无人机所涉及的应用领域 只有你想不到的

　　控设备如何在战场以外找到用武之地

　　多年来，无人机（UAV）一直占据着各大报刊媒体的头版头条，美国等国家已经使用无人机对中东及其它地区展开监控并实施快速而隐蔽的军事打击。

　　不过还有一些鲜为众人所知的无人机。长期以来，人们借助这些无人机去完成各类相对繁琐或危险的海陆空作业。无人机的作用当然不止于此，许多无人机甚至可以拯救生命。如今，无人机的应用已经十分普遍，其中包括人道主义救助。

　　杜克大学研究员专门针对非洲加蓬的野生动物保护项目研发了一款廉价无人机。护林员可以利用它来监视大象隐秘的行踪。杜克大学人类与自主实验室高级研究科学家迈克尔？克拉曼（Michael Clamann）介绍说：“我们可以借助无人机来获得更准确的计数，并能及时了解它们繁衍及猎获猎物的真实情况。”

　　另外，无人机还可用于耕作。克拉曼继续说道：“由于无人机可以拍摄到分辨率较高的照片，所以可以帮助农民了解农作物的生长情况是否理想，有无虫害，或是否存在其它问题等。”有了无人机，农作物的产量和品质都将得到大幅度地提升，不仅如此，农民还可从高空迅速有效地观察到农作物的生长情况。此外，亚马逊等零售商也对无人机产生了浓厚的兴趣，他们希望能建立一支无人机快递队伍，以超越联邦快递（FedEx）或联合包裹服务公司（UPS）的速度，更快速地将包裹送到客户手中。

　　对于热衷于高科技的金融家们来说，自然抵挡不住无人机的诱惑。Business Insider报道称，2015年风险投资家用于创办无人机相关企业的注资超过4.5亿美元，这一投资额是2014年的四倍。目前无人机总收入已破80亿美元，BI Intelligence预计，到2021年该收入将达到120亿美元。

　　此外，在娱乐、新闻及工业操作领域，无人机的使用同样如鱼得水。无人机能完成人类无法完成或不适合完成的任务，这几乎使所有行业都获得了一个新的选择。美国出台的商用无人机操作条例代表了该领域的新发展。尽管两年前联邦航空管理局依然禁止将无人机用于商业领域，但有几家好莱坞影视公司在2014年获得了联邦航空管理局关于这一规定的豁免权，并在某些电影的场景拍摄中已采用无人机替代昂贵的直升机，其中包括《华尔街之狼》与《天幕坠落》。

　　无人机已经在电影制作解决方案中被广泛使用。2014年，吉福德？胡珀（Gifford Hooper）和菲利普？乔治（Phillip George）因其联合发明的Helicam微型摇距升降摄录机荣获奥斯卡最佳技术成就奖。不仅如此，他们合营的Hovercam公司也因其发明的Helicam，已为数百部电影、广告、电视节目和企业制作内容拍摄了大量的空中场景。

　　像通用电气（GE）这样的跨国公司使用无人机后，能够让质检人员以一种更加安全的方式来管理大型机械零部件。通用电气工程师经过设定无人机的程序，使其围绕风力涡轮机和废气燃烧烟道等障碍物盘旋飞行，然后借助专用摄像头探测到腐蚀点或其他受损点。另外，无人机拍摄到的图像还可制作成3-D打印模型。目前通用电气正在开发自主机器人机群，从而代替人力处理单调、脏乱或危险的工作。

　　新闻机构也利用无人机来采集新闻。2016年5月，《纽约时报》发布了一篇有关哈特岛（Hart）的报道，哈特岛是布朗克斯区（Bronx）附近的一处与世隔绝的贫民墓地。在过去的147年间，这座城市共埋葬了一百多万具尸体。《纽约时报》申请对此事进行报道，却遭到纽约市官员的拒绝，于是报社利用无人机从上空拍摄雷克斯岛（Rikers），并捕捉到囚犯挖掘弃尸坟墓的场景。《纽约时报》报道称，哈特岛最终成为了那些被社会体制所淘汰的贫民们灵魂的归属地。

　　无人机经过短时间的发展便迅速对各行各业产生了极大的影响。下面将重点为大家介绍一些不熟知的智能互连无人机，以及应用无人机来改善民生及挽救生命的项目。

　　

　　机器人救援

　　当冲天的火光燃烧到足以融化金属的温度时，局部的参照物也已经化为灰烬，消防员很难准确判断自身的位置与前进的方向。第一响应者——一线消防队员将义无反顾地冲入熊熊燃烧的大楼或肆虐的林火中，他们根本不了解火灾的大小或范围，也不知道大概有多少人困在其中。

　　无人机可以改变这个现状。采用恩智浦半导体等公司制造的高科技通信处理器，为无人机创建无线网状网络。有了这一网络，单人也足以控制整个无人机群，还能帮助一线消防队员始终与中央指挥部及同伴保持联系，即便在多人同时发声导致频道拥堵的时候或通信基础设施受损的情况下也不例外。

　　伍兹霍尔海洋研究所工程师艾米？库库亚（Amy Kukulya）介绍说：“科学家只有越来越深入的了解鲨鱼在水底抢占地盘的原因，才能将更多的数据信息提供给政策制定者和生态环境保护者。”

　　恩智浦半导体公司营销与通信副总裁约翰？迪克森（John Dixon）介绍说，用于增强无线电效率的通信处理器主要用于军事行业，而且价格昂贵。但它们能够在极端条件下实现一定区域内车对车或车对基础设施的通信。这就意味着第一响应者可以保持无人机与地面车辆或紧急援助者之间的通信，即使与卫星的通信被切断也不受影响。迪克森还补充说，他的公司正在开发一种新型螺旋桨电机控制处理器，其扭矩足以提起一个人的重量。

　　2005年卡特里娜飓风事件发生以后，密西西比州上空出现了两驾小型无人机。它们负责在坍塌的建筑物中搜寻幸存者。德州农工大学的机器人辅助搜寻和救援中心、应急信息中心主任罗宾？墨菲（Robin Murphy）介绍说，空中搜寻可以极大地提高救援效率。

　　墨菲指出，现场评估对于控制火情、营救受灾群众以及灾后重建具有至关重要的意义，而且它对于其它灾难亦是如此。无人机可以帮助救灾指挥官和消防员识别、处理和掌握大型火灾或其他紧急险情中的关键因素。

　　

　　第一响应者应尽可能充分地了解灾情，这对于救灾很有帮助。 墨菲举说，“救援前，应该尽可能的了解现场是否有人被困，道路是否已被切断，换条路走是否能更接近现场等关键问题。”了解了这些信息，指挥官就能做出更加迅速和准确的响应，从而减少混乱，让更多的人远离危险。

　　德克萨斯州奥斯汀消防局机器人紧急部署（RED）团队一直与当地政府和联邦政府、业界以及墨菲这样的学术专家保持合作，共同探讨将无人机等机器人用于海陆空实时紧急救援行动的方法，从而确保消防员的人身安全，并且提高紧急响应效率。

　　RED团队正在练习使用无人机进行森林灭火，并针对洪涝灾害、危险品泄露以及其他紧急情况进行实战演习。与此同时，他们也正在制定有关无人机使用方法、使用时间和使用条件的相关规定，并计划拟定调度协议。墨菲介绍说，除了能够准确了解现场情况和获得可靠的搜救能力以外，无人机的另一大作用就是灾后侦察。灾后侦察有助于应急管理人员了解当前事故对建筑物、道路和其他基础设施的损坏程度，并明确还有哪些资源需要重建。

　　今年，负责跟踪和评估气候事件的国家环境信息中心（National Centers for Environmental Information）报告称，自1980年以来，美国遭受了196起与天气和气候有关的灾难，总损失达到或超过10亿美元。这些灾难事件引起的总开支已超过1.1万亿美元。

　　福特汽车互联汽车产品开发经理帕特里克？埃利斯（Patrick Ellis）说：“我们的设想是：第一响应者按下按钮，无人机自动起飞，完成任务后自动着陆，同时向管理者提供数据和信息流。”

　　联邦航空管理局（FAA）预测，小型无人机系统将在未来几年内成为航空业最具增长动力的部分。FAA估计，到2020年，将有700万架小型无人机投入使用，其中270万架服务于商业领域。

　　其它救援机器人

　　无人机救护车

　　德尔福特理工大学研究生亚历克？莫蒙特（Alec Momont）设计的无人机救护车可以迅速将除颤器送到心脏病发病者身边。莫蒙特估计，目前心脏病突发患者的生存率为8%，有了他的无人机救护车，则可以将这个生存率提高到80%。这种无人机的飞行速度超过60英里/小时，内置网络摄像头，可供患者或患者的陪同人员与医护人员进行沟通。将来，莫蒙特希望无人机救护车能够成为空中医药箱，可以将氧气面罩送到火场人员手中，或将胰岛素针剂传递给糖尿病患者。

　　水上救援

　　洛杉矶县消防局使用一批遥控救生快艇在南加州海岸线巡逻。每一艘救生快艇都相当于一名救生机器人。快艇叫做“紧急情况综合救生绳索”，简称“艾米丽”。这款无人快艇由亚利桑那州萨瓦里塔（Sahuarita）的Hydronalix公司开发，长4英尺，重25磅，可用于搜救和复原工作。无人快艇通过内置的微型电泵用来发电，时速可达22英里。不仅可冲破30英尺高的海浪，还能抵御激流。如有游泳者被困，艾米丽能够飞驰到被困者身边，开启漂浮设备的功能将其托举在水面，直到营救人员抵达。艾米丽可以从直升机或桥面抛至水面，在洪水、飓风或其他海上灾难中提供援助。它还配备摄像机、夜间救援灯以及双向通信功能。

　　排雷无人机

　　联合国估计，在七十个国家的前战区仍埋有多达1.1亿枚有效地雷。这种隐形杀手每年导致15000至20000人丧生，并使更多人致残。

　　位于荷兰艾恩德霍芬（Eindhoven）的Hassani设计公司研制了用于探测和销毁地雷的低价Kafon排雷无人机（MKD）。MKD目前仍处于原型设计阶段，它配备六只转子和可互换的机器人延伸臂，可加载高分辨率摄像头与金属探测器，还能抓取雷管。

　　无人机的工作分为三个阶段：测绘雷区，探测地雷和摧毁地雷。首先，无人机携带空中3D测绘系统飞跃雷区。接下来，无人机盘旋于雷区上空，并使用机器人金属探测臂在地图上标记地雷点。每个被探测出的地雷都会做上标记，成为待引爆对象。最后，夹持臂将小型定时雷管投至暴露的地雷顶部。MKD飞到安全区后，雷管就会爆除地雷。该公司称，无人机的排雷速度比传统排雷方式快20倍，成本降低了200倍。

　　生态无人机拯救地球

　　无人机在科研领域也得到了应用。有了无人机，研究人员可以在统一的平台上使用多种仪器，为更加深入地研究课题提供了可能。伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）海洋车辆操作工程师艾米？库库亚（Amy Kukulya）介绍说：“现在，我们能够充分发挥这一‘军事设备’的功能，为科学家所用。”

　　多数无人机都可配置数码相机，这样研究人员就能够从上空，更近距离地观察到需要研究的区域，比如说，从苏门答腊与婆罗洲树冠上观察猩猩的栖息场所。这些无人机还能借助相应的软件生成高分辨率的照片和视频，并配备地理参数，以便导入图像识别软件，从而提高人口计数的准确度。

　　生态环境保护者还在水中部署了无人机。十多年前，伍兹霍尔海洋研究所就已经开始使用自主水下航行器收集水生动物的生活习性资料。近期，该研究所又在收集有关大白鲨的资料。（大家或许在“探索频道”的《鲨鱼周》（Shark Week）节目中看到过无人机的身影。）

　　大白鲨是一种肉食动物，它的生活习性一直以来鲜为人知。库库亚和她的团队为了对大白鲨的习性展开追踪研究，用无人机对大白鲨进行跟踪。2012年，库库亚和她的同事——首席工程师罗杰？斯托克（Roger Stokey）使用一种名为Remus鲨鱼摄影机（Remus SharkCam）的自主水下航行器在科德角（Cape Cod）附近对大白鲨进行了跟踪拍摄。她解释说：“人们利用这些水下无人操控设备，可以对大型海洋生物进行三维追踪。设备提供的画面为人类，尤其是科学家和创新者，展示了更加广阔的水下世界。”

　　科学家在每条鲨鱼身上安装了一只应答器标签。通过定位和追踪这只标签，REMUS鲨鱼摄影机（Remus SharkCam）能够在安全距离内展开工作，以免对鲨鱼的习性造成影响。

　　在水下，Remus鲨鱼摄影机具有和海豚或黄鳍金枪鱼相似的的鱼雷外形，长度有六英尺多一点，重一百磅。它能够精准跟踪附标大白鲨，在不惊动鲨鱼的前提下尽可能接近它们，细致观察鲨鱼的海底活动，并从中收集有关其习性的大量科学数据。

　　库库亚指出，在Remus问世之前，鲨鱼研究专家只能根据水面上的观察结果对鲨鱼的习性进行假设。比如它们如何进食、如何交配以及如何与环境相互作用。她强调说：“通过Remus鲨鱼摄影机，我们第一次近距离直接观察到鲨鱼的个体行为。科学家只有越来越多的了解鲨鱼在水底抢占地盘的情况，才能能将更多的有效信息提供给决策者和生态环境保护者。”

　　2013年，当Remus鲨鱼摄影机首次前往墨西哥瓜达卢佩岛时，就遭到几只大白鲨的攻击。幸亏当时在水下活动的是机器而不是人，否则后果不堪设想。尽管Remus遭到了撞击和撕咬，但它仍在不断地搜集信息，并通过安装在四周的六只摄像头拍摄到了鲨鱼攻击时的画面。这段录像让我们对鲨鱼的捕猎技巧有了更新、更详细的认识。

　　

　　绿洲外的机器人

　　监控极冰融化

　　在北极，无人机对研究气候变化作出了重大贡献。它们可以前往冰层以下，达到破冰船和载人飞机无法涉足的地方。

　　伍兹霍尔海洋学研究所的科学家正在使用改进后的Remus对阿拉斯加州巴罗（Barrow）附近的极地冰川进行监控。库库亚称，极冰监控的难度在于需要使用强大的远程自主监控设备，同时确保设备必须能够在冰下游动并自动返回。

　　植树

　　位于英国牛津的BioCarbon工程公司设计出一种空中无人机原型，这种无人机可以快速高效地植树。首先，人们需要针对某个过度砍伐区制作高分辨率的三维地图。之后无人机根据地图用微型炮将种荚发射至精确位置。种荚采用生物可降解材料，内部包含了发芽种子和营养物质。击中土壤后会立刻破裂，里面的种子落地生根。目前这种方法尚在试验阶段。BioCarbon公司希望利用这种技术每年种植10亿棵树。

　　让地球远离饥饿

　　如今，我们生活的地球上还有不少人在饥饿中煎熬。联合国粮食及农业组织预计，到2050年地球人口将增至91亿。据估计，目前仍有九分之一的人口长期处于营养不良的状态。随着新兴经济体的居民饮食逐渐向高糖、高动物脂肪和高蛋白质的形式转变，缓解全球饥饿问题的压力进一步加大，澳大利亚农业发展非营利组织克劳福德基金会（Crawford Fund）指出，这种营养社区模式的转变，需要消耗比现在多100倍的资源，才能从家畜而不是谷物中获得足够的热量和蛋白质。

　　那么2050年，人类的食物供求情况会怎样呢？联合国粮农组织指出，到那时人类需要的食物将比现在多70%。这就需要我们的耕地扩大5%，这意味着达到7000万公顷土地，额外增加10亿吨谷物、2亿吨肉类和近11%的淡水。而所有这些必要的资源都将变得更加紧缺。我们似乎需要提高现有农田的生产力，才能满足将来的食物需求。

　　农业无人机的时代已到来。它们可以拍摄高分辨率照片，以确认作物是否有虫害，跟踪作物库存，并对土壤进行分析。所有这些工作通常都是由人类在田间完成的。杜克大学的克拉曼（Clamann）说，使用自主无人机能够更快速、更准确地完成这些工作。是否使用智能飞行器可能会决定是歉收还是丰收。

　　无人机还有助于对抗农场中牛群和其他牲畜的各种常见疾病，增加世界粮食供应，挽救饥饿人口的生命。例如，西班牙无人机开发商Embention正在与国际原子能机构、埃塞俄比亚畜牧部和粮农组织联合对抗锥虫病。锥虫病是一种寄生虫病，通常被称为“昏睡病”，通过采采蝇传播。它会影响人类和牲畜的身体状况，导致国家食物供应濒临险境。若不加以治疗，这种疾病甚至会危及生命。

　　一个名为“抗蝇无人机”（Drones Against Tsetse）的项目正在测试一种全自主式无人机系统，在每平方公里感染区内释放100只经过绝育处理的雄性采采蝇。无人机的每片机翼都设有多个腔体，用于放置装满了采采蝇的生物可降解盒。这些采采蝇被放逐后会与本地采采蝇交配，但由于从无人机中飞出来的采采蝇经过绝育处理，所以这种交配不会衍生出后代。雌雄采采蝇将逐渐死亡，绝无后代，这样最终能减少采采蝇的总体数量。

　　通常情况下，要彻底清除埃塞俄比亚地区的采采蝇，必须部署多支机队，将一盒盒雄性采采蝇手动投掷到感染区。但是有了无人机，就不需要有经验的飞行员参与，从而以更低的成本和更高的效率完成这项工作。

　　其他农业无人机

　　DroneDeploy

　　由旧金山新兴公司DroneDeploy开发的一款软件，可以让任何人来操作小型无人机，并使用计算机或智能手机分析采集到的映射图像。该公司专注于农业、建筑、检验和保险等行业。用户只需要动动指尖，就可以按照自动路线放飞任何一款已面市的无人机，获取空中拍摄到的图片和三维现场模型。这项技术可以帮助用户了解哪些作物的生长出现了问题、预估产量并保存精准的数据以备后期进行对比。

　　SenseFly推出eBee

　　小型SenseFly eBee无人机专为避免农作物侦查中的人为失误而研制。这种固定翼无人机可帮助农民扩大农田侦查范围，提高侦查速度，同时采集近红外波段数据对作物的生长状况进行评估。eBee实现了完全自主操作，即抛即飞，采集图像，完毕后自行着陆。这款无人机在飞行过程中可迅速生成作物映射图，识别问题区域，定制农业应用图，创建从“无人机到拖拉机”的农作物处理流程。所有这些工作，都可以在一天完成。

　　灾难响应

　　2011年3月11日，日本福岛第一核电站遭遇严重地震和海啸，导致反应堆熔毁、放射性材料泄漏。考虑到放射性沉降物的影响，约15万人被迫从该地区撤离。《福布斯》杂志称，核电站清理工作将耗时20年，耗资150亿美元，难民赔偿总额超过600亿美元。然而，这只是核电站泄露带来的部分影响。能源经济研究所（Institute of Energy Economics）指出，日本已经花费了2000多亿美元才完成从核能发电向化石燃料发电的转型。此外，地震和海啸带来的集中重建工作也需要大量资金。日本重建局称，灾后五年的重建成本将超过2500亿美元。

　　提高速度是降低灾后重建成本的关键。2015年，德州农工大学的墨菲（Murphy）在TEDWomen上发表了一次有关如何使用救援机器人进行灾难响应的演讲。她告诉观众：“，如果我们能把第一响应提前一天，就可以将整个恢复期缩短1000天，也就是三年。”这个数据对于降低自然灾害或人为灾害带来的损失具有非比寻常的意义。

　　无人机可以帮助我们实现这个目标。墨菲在她的演讲中说：“机器人可以让灾难更快地过去。”

　　墨菲指出，2011年的日本海啸摧毁了400英里海岸线，是卡特里娜飓风的两倍。海啸让桥梁、管道和港口都毁于一旦。墨菲在TEDWomen上说： “没有港口，就无法获得足够的救济用品来援助灾民。”专家们认为，港口一旦瘫痪，通常需要等待六个月才能有潜水员抵达现场，还需要额外两周清理残片，港口才能恢复正常。但墨菲和她的同事们使用海上无人机在短短四个小时内就让一座繁忙的渔港恢复了运营。显然，响应迟缓，会对后续的复原工作造成阻碍。

　　墨菲指出，无人机还用于灾后重建工作。“无人机对于建筑工程师而言具有十分重要的作用。在地面上用双目镜所无法观察到的角度，都能在无人机下现形。此外，无人机还能拍摄到卫星图像，并发现更高飞行物。”

　　赈灾无人机将发挥越来越重要的作用。2016年，大疆创新科技有限公司（DJI）与福特汽车公司、联合国携手举办了第三届年度DJI开发者大赛。福特汽车联网车辆产品开发经理帕特里克埃利斯（Patrick Ellis）介绍说，参加比赛的程序员要使用DJI软件开发套件制作一种应用软件，实现无人机从移动车辆上自动起飞，在特定区域内搜寻灾难幸存者，然后返回指定基地的操作。他说，“我们的设想是：第一响应者按下按钮，无人机自动起飞，完成任务后自动着陆，同时向管理者提供数据和信息流。”尽管无人机用于救灾已有几年的时间，但从移动车辆中自动起飞并不常见。有了这种技术，救援人员可以在洪水、火灾或地震中进行移动巡逻作业。

　　参加比赛的团队必须开发出新的通信软件，确保在发射与着陆时无人机与车辆之间的无缝对接。他们可以通过福特SYNC AppLink或OpenXC平台访问车辆数据。获胜者将赢得十万美元奖金。埃利斯说，这种技术可以用于农业、建筑业以及其他户外行业。

　　

　　进入难以涉足之地

　　无人机可以攻克复杂地形、飞越受阻道路，因此常常被派往地势复杂和难以涉足之地发放急救医疗用品。2015年4月，尼泊尔遭遇7.8级地震，无数家园被夷为平地，数千人因此丧生。尼泊尔政府迅速对此次灾难造成的损失进行了评估，并对幸存者进行援救。尼泊尔还收到了国际援助提供的医疗设备、塑料板、食品和饮用水。加拿大救援队在此次行动中使用了无人机。

　　多伦多人道主义组织GlobalMedic提供了一支由三架无人机组成的机队，采用先进的车载摄像机勘察区域情况，以便救援人员能更快地找到幸存者。无人机拍摄到的图像还能够帮助救援人员了解到哪些街道和建筑物已被摧毁，为护卫队提供导航。

　　美国宇航局（NASA）全球鹰无人机（Global Hawk UAV）正用于帮助科学家更好地预测飓风登陆地点与强度。全球鹰无人机最初由诺斯罗普？格鲁曼（Northrop Grumman）为美国空军研制，能够适应高空、远程和长时间飞行，因而被美国宇航局收入囊中。飓风高度最多不会超过55000英尺，而全球鹰无人机的飞行高度在60，000英尺以上，因而能够帮助科学家收集高空中的风暴数据。该无人机可连续飞行28小时，航行11000海里。每架无人机均配备相关仪器，用于收集云层结构、温度、风速、水蒸汽以及与热带风暴有关的其它数据。