中国无人机应用的现状及展望

秦万

摘 要：本文对无人机的分类、能耗及应用现状做了综合性的介绍。无人机具有成本低、机动性强、自组网、部署灵活等优点，因而在近几年发展迅速，备受关注。本篇文章对无人机的分类——旋翼无人机、固定翼无人机各自的优缺点做出了介绍，并对无人机的能耗组成进行了说明。结合现阶段无人机在观测任务、空间基站、空间组网等方面的应用，给出了对于无人机未来发展方向的讨论。

关键词：无人机；现状；展望

一、无人机简介

近年来，无人机由于其高机动性和低成本而引起了各方面的重视。例如，在灾难救援和远程空间感知中，无人机可以比传统方法更好，更快地执行任务。此外，由于电池电源和信息技术的进步，无人机也可以作为无线通信的空中基站。它们具有可操作性和易于部署的灵活性，本文针对无人机应用的广泛，对无人机的分类、能耗及應用现状做了综合性的介绍，给出了对于无人机未来发展方向的讨论。

二、无人机分类

无人机根据飞行平台构型进行分类可以分为旋翼无人机和固定翼无人机两类，且各自具有相应的优势。

固定翼无人机：即非悬停无人机，依靠螺旋桨或者涡轮发动机产生的推力作为飞机向前飞行的动力，主要的升力来自机翼与空气的相对运动。固定翼无人机优点如下：（1）固定翼无人机的续航能力强，适合用于长途飞行；（2）它们往往比悬停的无人机更大，在部署天线阵列时更灵活，适用于MIMO天线；不过局限之处在于需要跑道辅助起飞降落，因此固定翼无人机对地形的要求更为苛刻，此外，也存在地面测控和保障系统复杂、维护保养要求高等缺点。

旋翼无人机：旋翼无人机是依靠多个旋翼产生的升力来平衡飞行器的重力，让飞行器可以飞起来，通过改变每个旋翼的转速来控制飞行器的平稳和姿态。旋翼的优点是机动、灵活，不需要跑道便可以垂直起降，可以精准悬停，可精细对某个目标进行观察，体积小，操作简单容易上手，应用领域广，缺点是机动性、稳定性和效率都是比较差的，操控距离较近，飞行高度较低，负载较小，续航时间短，所以只能小面积作业，且旋翼无人机上的旋转叶片运动可能导致高频多普勒反射，对通信信号造成一定影响。

三、无人机能耗

无人机能耗通常由两个主要部分组成，即通信相关能量和推进能量。通信相关能量包括用于通信电路，信号处理，信号辐射/接收等方面的能量。另一方面，无人机需要推进能量以保持无人机在高空的运动。通常，推进能量取决于无人机飞行速度以及其加速度。

四、无人机的主要应用

无人机现如今已被广泛应用于生活中的方方面面，本文给出无人机应用相对广泛的几个领域：

（1）在航拍领域，无人机航拍摄具一般有高清晰、小面积、大比例尺、高现势性的优势所以常常能完成许多其他无法完成的拍摄。使用无人机来进行航拍，不仅是一种新型的摄影方式，并且有其独特的拍摄角度和拍摄效果，所有已经有了一批专业的无人机摄影人士，甚至已经形成了与之相关的产业链。最常见的就是利用无人机进行高空拍摄，在中国航拍网上一些优秀的作品令人赏心悦目。此外，无人机航拍在各种大型活动当中的实时转播、记录等也有着独特的优势和相当大的应用。

（2）在高空作业领域，无人机也有着许多的应用。比如，在架设高压电线当中，除一般的电线工人所面临的各种困难和风险之外，一些极其复杂的环境之下纯人工操作往往不能完成，但引入无人机不仅能完成并且大大降低了高空作业的难度和风险。于此相关的是高压电线的维护，由于各种意外高压电线上难免出现飘挂的风筝、塑料袋、孔明灯等异物，如果不及时清理可能导致难以想象的后果，这时借助“喷火”无人机比原来使用机械设备和人力清除要省时省力，且更加安全。在清洗城市高楼玻璃幕墙这个行业里面，清洁工使用的工具简单原始，不仅人身安全得不到保障，而且工作效率还不高，然而借助无人机的协助就能很大程度上克服一些现有的痛点。

（3）在交通领域，总所周知的是每逢节假日我国各地高速路面临着极大的压力，不免出现乱超、违停、应急通道等各种违法交通规则的现象，由于时间紧、视频监控困难和执法人员不足等各种各种因素导致取证困难或无法及时处理执法难点。但据了解山东、安徽、四川、北京和上海等全国各地都已经相继引进了无人机助力交巡警，在“铁骑队员”移动终端的操纵下，无人机实时的将道路图像传至分控中心的大屏幕上，并且清晰度完全能够的得到保障。所以一旦有任何违法交通法规或者事故出现，都能通知附件的执法人员迅速到达现场及时处理，大大提高了执法效率。无人机巡查监督在快速处理简易交通事故、疏解城市交通、监控视频盲区、管理乡村主次干道等工作中发挥重要作用。

（4）在通信领域，无人机可以被认为是为给定区域内的地面用户服务的空中准静态基站（BS）。利用高移动性的移动无人机网络引起了很大的兴趣，在优化中考虑了无人机轨迹，以分别改善移动无人机网络的容量，物理安全性和能量效率。无人机充当中继站，从地面上的同频道用户收集消息，以便将它们转发给其他地面用户或某些远程基站。

（5）在军事或灾难响应（例如，灾难）场景中，地面上的用户需要彼此及其指挥中心的可靠通信。这种情况经常发生在没有固定通信基础设施的环境中（例如，如蜂窝网络中的集中式基站），因此网络必须以对等或自组织方式操作。用户和命令中心可以分开大于其通信设备范围的距离，或者由于山区地形或密集环境（森林，建筑物等），信号可能被遮蔽。此外，由于用户是移动的，因此通信环境不断变化，因此连接通常只是零星的。作为空中继电器（主要是“飞行基站”）的无人驾驶飞行器（UAV）为在这种情况下遇到的问题提供了有吸引力的解决方案，因为它们的高度允许它们超越地面阴影并获得视线（LOS）或大面积的LOS通信信道附近。无人机的固有移动性允许调整其位置，以便最好地适应不断发展的网络拓扑。

五、启示与展望

随着无人机技术的不断发展，无人机应用领域也在逐渐变得越来越大。笔者以为未来无人机领域将朝着规范化、专业化、系统化的方向发展，不仅将在民用领域给予人们更多的选择，并且在交通、通信、军事等其他领域也将扮演着重要的角色。