民用无人机的应用前景

晨枫

如果说1991年的海湾战争揭开了精确制导武器革命，2001年开始的阿富汗和伊拉克战争无疑揭开了无人机革命。虽然说无人机的战场使用早就开始，正是在阿富汗和伊拉克，无人机才正是走上了战场的中央舞台。不仅美国，欧洲、中国和其他国家也在大力研制各种无人机。这是50年代喷气技术后又一个航空技术的高速发展期。然而直到现在，无人机的民用在很大程度上还是一个空白。
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+ Z8 u9 ^9 Z1 P& Z现在民用无人机最急迫的难题在于空管规则。美国FAA正在研究无人机和有人机混合使用空域的空管问题，预计将为民用无人机打开方便之门，世界上其他国家预计将跟进。但民用无人机到底有些什么应用前景呢？

警用无疑是军用无人机最直接的民用应用。美国边防巡逻已经开始使用无人机，海上反毒、反恐巡逻也已经使用无人机，但美国国内的警方也迫切希望开放无人机的使用。无人机尺寸较小，续航时间超长，不受地形视野限制，不易引起被监视对象的注意，携带的监控设备可以长时间提供稳定、高分辨率的实时视频，对反恐、反毒、反有组织犯罪、刑事调查、人群监控、大面积搜索等方面特别有用。2011年12月10日《洛杉矶时报》报道，北达科他州纳尔逊县的一个警官在搜寻6头走散的牛的时候，在一个农场上受到3个持枪人的威胁。警方立刻调动州警、特警和其他力量增援，同时呼叫海关用于边境巡逻的“捕食者B”无人机在空中监视现场，防止遭到伏击。“捕食者B”在3200米的空中徘徊，通过传回的实时视频，确认3个嫌疑人在某一时刻没有武装，警方乘机突入，一举逮捕了他们，避免了可能的恶性交火。这是美国历史上第一次有记载的无人机用于警察行动。
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' I) X1 x# Y  Z. T1 l9 l除了无武装的空中监视外，武装的无人机也可用于特殊的警察行动。对于特别危险的暴力犯罪嫌疑分子，动用无人机进行空中定点杀伤是完全可能的。在特别危险的大规模动乱中，无人机可以用于对暴力人群的空中监控，这可以在实时掌握情况的同时，避免现场警察遇到危险。配备面容和体格特征的图形识别功能后，空中巡逻的无人机也可以在浩瀚人群中搜寻、识别追捕对象，这比通过固定的街头摄像头要有效得多。

在其他警务方面，无人机还可以用于要人出行保护，在车队前巡视路线和经过的地区，掌握安全态势，预防意外。用于消防营救指挥的话，不仅可以避免交通堵塞而迅速赶到现场，现场实时监视火情和蔓延方向，还可以勘察人员逃生路线，确定疏散范围，指挥灭火和搜救。另外，居高临下的无人机还可以观察周边大片地区，协助实时指挥消防车辆和救护车辆避开交通堵塞，及时进出火场。在野外搜救方面，无人机同样大有可为，可以迅速覆盖大片区域，在有利于在搜救作业最宝贵的初期就发现线索。

' R, \0 g) l& y6 f& h7 B无人机的监控功能在城市交通监控、道路和公共场所停车管理方面也大有可为，可以高效地监控大片区域。比如说，用超低空巡飞的无人机拍摄车辆牌照和自动辨识按规定放在前风挡玻璃下的付费停车票据，可以在短时间里巡逻大片区域，保障按规定付费的合法停车者的权益，惩处非法停车或者超时停车。城管的市容巡逻当然也可以用无人机。另外，高速公路上超速驾车是一个传统的老鼠戏猫的游戏，但使用超长航时的无人机的话，可以保持长期稳定的游动监控，减少盲区，降低超速驾车人的侥幸心理。

8 r% O6 M9 \) R6 V4 e在市政和土地管理方面，无人机测绘可以用于绘制高精度3D地图，或者用于监控土地使用许可，确保没有越界使用土地，或者建筑超高及其他不按城市规划的违规使用土地现象。这样的高精度3D地图更可以用于电子导航。

但无人机民用的最大领域或许是农用。在发达国家，农业已经高度机械化，农民甚至可以购买卫星照片，用于评估成长和虫害情况。卫星照片和GPS相结合后，先进农业机械可以定点补施化肥、农药，可以定点浇水，避免浪费，也保证高产稳产。但卫星照片毕竟成本较高，高分辨率照片尤其如此，时效也不够理想。用低成本的微型无人机搭载简易的多光谱摄像机，容易实现农田的低成本、高频率、近实时的监测，随时掌握土壤、水分和作物长势情况，确定播种、补种、浇水、施肥、喷洒农药的需要，或者在大型果园里监控每一棵果树的结果情况，便于组织有针对性的及时采摘。无人机不光可以用于监测，还可以直接用于空中施肥、喷洒农药。这样的无人机对于升限、速度、续航时间只有最低要求，只要能覆盖自家农场就够了，实际上就是大型模型飞机的技术要求，但数量要求会很大，据估计，这可能包括80%的民用无人机市场。就空管难题而言，这是在农民自己的土地上接近地面的空中，不涉及公共空域的飞行安全和公众隐私问题，比较容易实现。不光农民可以用无人机，牧民也可以用无人机监控牧群，或者在迁徙时探路，探察远方草场的水草情况，搜寻走散的牲畜。

勘探和采矿是另一个适合使用无人机的地方。用无人机在荒芜人烟的地方实行航测航探，从多光谱到探地雷达，从磁场异常探测到重力异常探测，可以发现多种矿藏和其他资源，这当然是最自然的应用。开始开采时，用无人机测绘矿场矿坑的3D地图，指导开采作业，这是另一个自然的应用。传统上用光学摄像进行测绘，但激光雷达也开始用于精确测绘了。对于正在作业矿山来说，尤其是露天矿坑，无人机还可以用于随时监测矿坑壁面和坡道的地质稳定情况，及时提醒维修和加强，在可能出危险的时候，及时预警。

与采矿相近的一个应用是建筑和土木施工。高空吊装作业的时候，用无人机实行实时近距离环绕观察，有助于保障安全和精确作业。对于桥梁、高层建筑等高难度施工，一般的施工进度控制用普通照片就足够了，但在空中从各个角度近距离但非接触的实时视频观察可以更加准确地反映施工现场。即使在普遍采用计算机辅助设计的时代，由于制造或者安装错误，施工现场上构件或者管线对接不上的事情依然时不时出现。设计和技术人员直接爬到第一线调查和指导整改并不总是现实，牵涉到从外地外包预制件的情况更是如此。这时无人机就可以用于远程实时指导现场整改，帮户施工顺利继续。无人机还可以随时检视施工现场的建材准备情况，规划建材运输路线，帮助及时调运建材，保证进度。涉及到特大设备远程运输的时候，无人机更是可以沿路指挥交通，避开繁忙时段路段，降低对公众交通的干扰。
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无人机可以在短时间里覆盖大片区域，尤其是人迹难至的遥远区域，这对公路、铁路、高压电线和油气管线的巡逻特别有用。千里铁路、公路、高压电线和尤其管线要人工巡逻的话，工作量很大。铁路、公路还好一点，输油输气管道和高压电线可能穿越崇山峻岭，步行都难以到达。这些场合用无人机巡逻特别合适，可以抵近检查设施完好情况和检漏。配备遥控机械手的话，无人机还可以对偏远的高压电线、油气管线进行简单的维修。灯塔、微波中继塔、手机基站、各种无人值守监测站也是一样。化工厂、炼油厂和大型桥梁也可以用悬停接近的无人机进行精馏塔、尾气燃烧装置（“天灯”）、桥墩等高大结构的近距离检查。环保监测也是类似的应用，无人机不仅可以大片地区做一般监测，也可以对可疑地区重点监测。

- ]. N9 B) h4 s0 x相对于这些新应用，野生动物观察就是传统应用了。野生动物的习性研究、数量监控自然可以用无人机，反偷猎巡逻更是如此，配备夜视设备的无人机特别有用。同时，由于人类的刻意保护，一些野生动物过度繁殖，也需要及时监控和采取措施，避免另类生态破坏。另一方面，人类活动越来越逼近野生动物栖息地，使得人类活动与野生动物的互动也需要加强控制。野生动物栖息地不仅受到开垦活动的侵蚀，城郊居民区也在迅速渗入传统野生动物栖息地的边缘。事实上，山脚、林边、水际的宅居受到饱受拥挤城市之苦的人们的热烈追捧。这里不光空气清新，景色宜人，空间开阔，还便于休闲和户外运动，甚至可以与野生动物零距离接触。问题是野生动物毕竟是野生的，有的对人类有危险，在远足小径上遇到鹿、山羊、松鼠是惊喜，但遇到猞猁、狼甚至熊就不好玩了，有时必须出动有关部门主动猎杀。空中的野生动物巡逻可以及时监控和预警，既保护人类安全，也避免不必要的猎杀。
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2 r8 @0 S, O+ @+ O( w8 j在气象观察，无人机用于台风眼和龙卷风眼追踪特别有用。强烈旋风的危害很大，但生成机理和预测依然有很多难题，实际进入风眼收集数据十分必要，但危险性也不言而喻，这是无人机不可替代的应用场合。重大化工事故、核电站事故、水坝事故等也是一样的情况，需要及时掌握情况，但派人进去又太危险。另外，在灾害性气候过后，有关当局需要迅速掌握受灾情况，组织灾后救援，在道路、桥梁、电力、通信很可能受损的情况下，无人机也有不可替代的作用。具有一定的吊挂能力的无人直升机甚至可以向被困地区运输急需的食品、药品、饮用水，或则帐篷、毯子等自救装备。

除了这些一板正经的应用，无人机在新闻、影视、娱乐方面也大有可为。广告、婚纱、庆典摄影也可以用无人机，说不定哪一天私人侦探也会用上无人机。

, Q# R. j/ n, r除了特别危险和要求特别长巡航时间的情况，大多数无人机的应用都可以由有人机完成，但有人机有最小尺寸和重量的限制，需要训练有素的飞行员，安全要求较高，制造和使用成本较高，空管规则也更加严格。相比之下，高度自动化的微型无人机在很多方面就可以放宽要求。和军用无人机不同的是，大量的民用无人机应用在技术上没有多少难度，但可以拉动无人机的研发、制造、维修、运作、训练等行业，并带动相关的光电系统、数据链、地面站、机械手等技术服务。在无人机技术上，除了传统的固定翼无人机外，直升机形式的无人机将获得广泛应用，尤其是多旋翼的非常规直升机形式，这特别适合电力驱动。事实上，市政监测、农用、矿用等无人机应用对于速度、升限、航程都只有较低的要求，电力驱动环保、安静，便于使用、维修，正好是天然的驱动方式。民用无人机具有广阔的发展前景，是一个非常值得关注的产业。

晨枫

MacArthur 发表于 2014-2-12 08:56
, Q( Q: b! m0 P' D0 e* u6 D$ aAmazon的无人机快递呢？

这个恐怕还要一点时间。

晨枫

MacArthur 发表于 2014-2-12 11:04
: R' U8 r" K8 i8 v0 ]这个得大型无人机了，否则效率上不去。。。
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  f7 V+ M  K& @很好奇能不依赖机场起降的大型无人机（几十公斤级别）的， ...

几十公斤在载荷用于内部节点太小，怎么地也得几吨吧。

晨枫

抱朴仙人 发表于 2014-2-12 15:07
+ n4 M2 [. E% e# J$ R今天CCTV在报国家电网无人机巡视高压输电线路结冰情况的视频。想到2008年冰灾时候巡线员跌跌撞撞一步一滑地 ...

是啊，这就是进步。现在很多方面的技术还是不及欧美，但已经在可比的层次了。30年前根本就是不可比的。

晨枫

桃李不言 发表于 2014-2-12 15:20
在西部沙漠里高速旁有牌子说飞机监视超速，应该是无人机吧。

. x3 H8 s! l4 F6 n) f9 E3 A$ S现在都是有人的塞斯纳在抓超速。

晨枫

兜胖胖 发表于 2014-2-13 06:00
( s8 S; q) V( s) G  s晨大，美国现在对国内民用无人机有限制么？

还没有开放，FAA的规定快要出台了。