民用固定翼无人机发展现状以及未来展望

丁宇 李书文

摘要

随着无人机在生活中的普及，越来越多的行业领域也开始使用无人机提供帮助，固定翼无人机因其飞行距离长，巡航面积大，巡航技术相对成熟等特点，常作为无人机航测、水土保持、物探等工作的专用平台，但是对于目前的技术来说还是有许多的缺陷文章通过对2005-2018年关于固定冀无人机现状的相关文献进行分析整理，将固定冀无人机发展所面对的主要问题进行阐述与分析，并展望了固定冀无人机在我国的发展前景。

【关键词】固定翼无人机 发展现状 展望

无人驾驶飞机简称无人机，与载人飞机相比，无人机具有体积小，造价低，使用方便，起落环境要求低等特点，最初研制用于军事用途，被用于侦察、靶机等方面，由于民用需求的日益提升，无人机技术作为一项新兴技术被投入民用市场。民用无人机逐步进入各个行业视野之内，被用于航拍、测绘、植保、救灾、运输等多个方面。截至2017年底，我国航拍无人机市场规模达40亿元，增长率达86.5%。固定翼无人机技术在多个无人机平台中相对成熟，且因结构特点的原因，其气动效率更高，续航与载重量更为优秀。在各个行业中占据一定比重，在航测作业，水土保持，地球物理勘探中尤甚。固定翼无人机的弊端也随着应用的不断深入而逐渐显现。本文通过对2005-2018年关于固定翼无人机发展现状的相关文献进行分析整理。发掘阐述并分析限制其发展的主要矛盾，并对其未来发展进行展望。

1 研究方法

1.1 文献纳入和排除标准

1.1.1 纳入标准

（1）文献类型：现况研究、综述研究;

（2）文献的时间和语言：2005-2018年，中文文献;

（3）研究内容：航测无人机目前的应用、技术缺陷、未来展望。

1.1.2 排除标准

（1）评论、书信、科普信息和会议简报等

（2）无人机中无关航测固定翼无人机的文献。

1.2 文献检索资源

1.2.1 中文数据库

中国知网、万方数据知识服务平台。

1.2.2 其他来源

Baidu、Google等大型搜索引擎的学术搜索。

1.3 文獻检索词及策略

1.3.1 主要检索词

无人机、航测、UAV、固定翼飞机。

1.3.2 文献检索策略

根据确定的检索词，采用主题词、关键词和全文检索，确定文献类型为综述，检索年限为2005年1月1日至2018年8月18日的文献及资料。

1.4 文献筛选及流程

将初步检索的文献导入MarkDown，仔细阅读文献的标题和摘要，排除掉明显不相关的文献，而后仔细阅读与研究内容相关的文献全文，根据纳入和排除标准纳入有关无人机的航测固定翼无人机的相关文献资料。

2 结果

通过对文献进行整理发掘，阻碍固定翼无人机发展因素主要分为四个方面，分别为硬件技术、零件生产、国家政策以及分支应用需求。其中硬件技术因素为主要矛盾核心，零件生产因素为行业健康发展的重要保障，国家政策因素为行业应用提供安全合法保障，分支应用需求为各个行业应用固定翼无人机的特殊需求，为次要矛盾。以下进行详细阐述。

2.1 硬件技术因素对固定翼无人机的影响

2.1.1 电池问题

现有民用无人机多采用锂聚合物电池作为电源为机身各设备供电，锂聚合物电池相对质量轻，可减小固定翼无人机载荷，但其缺陷也非常明显，主要有三个问题，一为电池容量小，无法满足更高的巡航需求，此问题为限制无人机续航的关键，急需技术革新;二为充电不便，无人机用锂聚合物电池充电要求相对较高，不可过充过放，超出时间则会对电池造成不可逆损害。另外，满电或缺电状态长时间存放极易损坏电芯也是一大问题。三为锂电池本身劣势部分——在低温情况下性能不佳，常表现为放电平台下降，输出功率降低，可用电量衰减等。固定翼无人机高空高速作业时的低温环境影响了电池的寿命及性能。

2.2 零件生产因素对固定翼无人机的影响

2.2.1 生产厂家规模与技术水平存在不足无法断电续飞

民用无人机行业发展时间尚短，生产厂家良莠不齐，目前我国的固定翼无人机生产厂家主要分为两类：一类为从军工研究所或航空集团引用军用无人机技术进行民用化的厂家;另一类为原航模飞机的民营生产厂家，转型生产民用固定翼无人机，前者往往具有更为成熟的技术，但其成本也更高，这类厂家所接受的军工任务十分饱满，无暇投入民用方面。后者在技术上相对落后，尽管丰富的航模制造经验，但由于航模与无人机性质不同，无人机需要更稳定，更安全，更大的载荷;导致其产出的无人机存在着安全隐患或不能达到要求。

2.2.1 生产零件质量尚未有质量标准

由于民用无人机行业厂家众多，固定翼无人机型号更是数不胜数，结构上也不尽相同。零件生产上难有明确质量标准。上节提到关于电池在低温环境下的失能问题，除此之外，无人机飞控硬件设备寿命，在恶劣环境下的稳定性也是保障无人机正常运行的关键，严格把控每一步生产环节，对零件进行耐疲劳与耐温度测试，能够大幅降低无人机的故障率，从另一角度，厂家生产的无人机如果经常故障，甚至造成意外损失，也将不利于行业的自身发展。故应完善零件相关质量标准，为行业健康发展提供保障。

2.3 国家政策因素对固定冀无人机的影响

2.3.1 飞手相关执照执行力度不足

随着无人机行业的发展，越来越的人们开始购买无人机，从十二三岁的孩子到四五十岁的中年人都开始使用无人机。无人机的类型也大不相同，有航空拍摄、农业植保、航空测绘，其中多旋翼无人机因其结构简单，控制灵活，成本低，操控安全，操作较为简单的特点，在空旷地带实际操作一段时间即可上手，其飞行速度慢的特点使得其不易出现安全事故。但是固定翼无人机则不同，飞手需要较强的空气动力学相关的知识基础，并且操作它的难度也较高。固定翼无人机飞行速度快，较多旋翼无人机飞行高度高，新手如果未经训练，常造成经济损失，甚至出现伤害事故。现在许多无人机商家常联合培训机构开设了固定翼无人机的操控培训，以降低事故风险。

雖有培训机构为飞手提供专业培训，但这些培训机构颁发的无人机驾驶合格证未被国家所承认，这使得许多新手并没有意识要去这些专业的培训机构进行学习的必要性，也导致了在操作航测固定翼无人机时出现安全隐患得概率大大增加。相信在未来随着民用无人机行业的不断发展，国家出台相关政策，飞手的相关资格也会不断完备，安全隐患将会大幅降低。

2.3.2 低空领域尚未放开

随着无人机行业规模的井喷式发展，固定翼无人机的数量不断提高，对空中交通造成了一定的影响，目前国内低空领域尚未开放，飞手的限飞区与禁飞区意识不强，对空中交通秩序影响严重，对民航飞行安全与旅客人身安全有极大威胁。在这方面，需要国家组织相关部门制定并完善飞手行业标准，开放固定翼无人机可以飞行的相关区域，法律健全，才能促进固定翼无人机的行业应用发展。

2.4 分支应用对固定冀无人机的影响

分支应用是指各行各业对于固定翼无人机的特殊需求，如航测用固定翼无人机较高的摄像成像需求，运输用固定翼无人机要求更大的载荷等，其中航测为固定翼无人机的优势应用，应用相对更为深入，对固定翼无人机需求更高，故单独列出进行阐述。

2.4.1 航测相机的标定

固定翼无人飞行高度高，速度快，使其对航测相机要求高，低像素如2400万像素，2000万像素的相机无法满足航测行业需求，降低速度虽然可以使得航测更为清晰，但抗风能力也会相对减弱，作业难度加大;地形变化，高度较大的树木与建筑物也常对其航测造成一定误差，相机标定将提高航测的精准度，有利于航测作业进行。

2.4.2 航线规划缺乏智能

目前，无人机的飞控系统对于无人机的飞行安全方面设计较为完善，如禁限飞区设置，低电量返航，失联返航，避障功能等，但在航线规划、定时定点的拍照功能等方面，尽管有第三方软件弥补，但其效果仍达不到使用需求，这与飞控系统的编写设计相关，完善这部分控制系统，将使得其在实际工作中更加高效，如针对相对地面高度变化的航线规划可使得航测精准度提升等。

2.5 讨论

经过总结分析，以上问题中有些需要靠技术发展突破，有些通过行业标准制定实施，相关政策出台进行调控管理。

3 展望

通过文献的分析总结，笔者认为，尽管硬件技术为固定翼无人机发展的主要矛盾，但出台相关政策，完善行业法律法规、加大相关刚需行业的政策扶持才是重中之重。民用无人机是新兴行业，只有完善健全了法律法规，行业发展才不会出现畸形，甚至夭折。技术方面，随着商业需求的日益提升，技术研究方面的资金自然加大，研究力量也会逐步提高，现阶段的技术问题也将逐个击破，无人机成本也会逐渐下降，行业应用才会更加广泛，从而在良性循环中发展下去。

参考文献

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