无人机发展的障碍是什么？资料下载

作者：迈克尔.帕克，mouser公司产品工程师 很少有新兴的科技产品能够像无人机一样敏锐的捕捉到公众的想象力。在过去的二十年里，无人机在军事行动中的完美应用无异于一战中的坦克及二战中的火箭，都占据着颠覆性的地位。 在众多无人机新兴技术的发展过程中，可能更令人惊讶的是，划破长空嗡嗡作响的无人机竟可以追溯到19世纪40年代后期，在第一次意大利独立战争时期，澳大利亚试图利用无人驾驶的气球向威尼斯投掷炸药，随后在20世纪出现了用于军事训练和侦察的远程遥控飞机以及新兴的爱好者社区。 在21世纪的今天，科技创新为我们带来了智能手机、物联网和可穿戴设备，与此同时，也为我们带来了无人机的繁盛。对于无人机来说，值得人们关注的不仅仅是无人机的数量增加，它们应用场景的不断扩展更为引人注目。这篇文章探究了无人机的应用场景和在不同场景下所解决的问题，分析了无人机在应用中的所碰到的壁垒，讨论了如何利用技术和非技术手段使得无人机能够进一步发挥潜能。 拥有广阔的市场前景 空中摄影及摄像恐怕算是无人机应用最广泛的两个领域了。暂且抛开摄影师和制片人对艺术的追求不谈，无人机可以让房地产经纪人、活动组织者及各种商业经营者轻轻松松并且以低廉的价格的为营销活动添加令人惊叹的视觉效果。在无人机的销售对象中约有94%是个人，他们或者把无人机当做玩具或者用来摄影。据专注于资讯及业内动态的网站Recode数据表明，虽然个人无人机在销售中占据主导地位，但该部分的收入仅占到了市场总收入的40%。大部分的销售收入来源于比较小众的高成本商用无人机，也正是在这个市场中，一些引人关注的新兴使用案例及业务推动着无人机技术的发展。 就无人机本身而言，在商业及业余爱好者市场中，也许四轴飞行器最广为流传（如图1）。众百家企业针对这样一个迅速崛起的市场纷纷打起价格战。据Recode的最新的市场调研表明，无人机的单位销售额从2015年的130万上涨到了2016年的220万。若以美元计算，其单位销售额约为46亿，年增长36%。放眼未来，分析师预测，到2017年无人机市值将达到60亿美元，并且在2020年暴增至110亿美元。 图1：大疆Phantom 4，四旋翼无人机示例（来源：维基百科） 突发状况及医疗处置 未来的无人机并不完全应用于娱乐。众多公司欲将无人机技术应用于关乎生死的紧急时刻，为在不确定环境下的遇难的人们快速提供救生药物、血液，甚至类似于除颤器的医疗设备。日前，Zipline等公司已经在缺少公共医疗基础设施的地区（如Rwanda）做这件事。在不久前，Zipline获得了联邦航空局的大力支持，开始在整个美国境内提供该服务，他们把最初的目标定位在乡村或者像阿帕拉契亚这样的偏远地区，以及远离大陆的岛屿。 毫无疑问，无人机的应用为搜救提供了巨大帮助，大量的志愿者组织开始参与协助搜救任务。有一个叫做S.W.A.R.M.（空中遥感搜索）的公司声称可以召集31个国家的1000多名志愿无人机操作员，随时准备协助搜救行动。无人机不仅能够准确定位走失的个人，而且能够在救援者找到伤员之前送去食物、水、急救药箱以及通讯设备等物资。 火灾消防对救援人员的生命安全构成了极大的威胁，为降低该风险，无人机承担了部分探测工作，这样一来，人类便可以专注于更高层次的工作，比如营救遇难者并遏制火情。防火航空自控系统(FAROS)就是这样一种无人机系统，它配备了适用于消防的独特技术。考虑到火灾经常发生在建筑楼体内部，GPS信号弱，FAROS利用了测高仪、2D激光扫描仪、及惯性测量单元等技术，以保证在建筑物内部飞行安全性。为解决无人机暴露于火灾现场所面临的高温问题，FAROS装备了特殊材料并使用了空气缓冲器、热电冷却系统等技术。 工业及科学应用 无人机在提升科研人员和企业执行任务效率及效力方面也表现得十分卓越。为提高产量并降低成本，农业率先引入了无人机技术。DroneSeed 是为数不多的公司中获得了政府支持允许一位操作员同时操作多台无人机的公司。他们的无人机群负责播撒种子和农药，同时也监控作物的生长情况。操作无人机群意味着可以在更短的时间内，以更少的成本来播种更多的土地。 设备经理们开始调整他们的业务范围，以应对无人机的广泛使用。由于无人机配备了高清摄像机配或红外成像传感器，屋顶、太阳能板、风力涡轮机、输电线以及路基的勘测工作变得安全而高效。建筑规划和现场调查也从配备激光雷达的无人驾驶飞机中受益，无人机使测绘精度达到了厘米量级。 除了规划未来，无人机在历史研究领域也意义非凡。目前，考古学家们利用无人机可以找到潜在的挖掘地点，而不用再依靠小型飞机驾驶员和模糊不清的卫星图像。英国剑桥大学的研究员们迫不及待的将无人机应用于搜寻剑桥郡内一个叫做“英国庞贝古城”的旧址。无人机为他们提供了高质量的低空图像，这样他们才能在更短的时间内进行精准挖掘。此外，这些图像还会应用于未被掩埋的文献的发掘。 无人机的另外一个新兴应用就是它可以提供机载互联网接入点，这在灾难恢复、高参与度的活动（比如体育赛事）及传统电信基础设施安装成本极高的欠发达地区会发挥很大的作用。据业内知情人士爆料，Facebook最近刚刚完成了737-号（依照翼展尺码）太阳能无人机的第二次飞行试验，并命名为天鹰座。 文娱和体育 2016年，极具影响力的体育电视网络ESPN与无人机竞速联盟(DRL)签订了一项多年的协议，对已经被定义为体育运动的无人机比赛进行全球转播。无人机比赛的参赛选手具有广泛性和多样性，这在国际赛事中是很少见的。同时，无人机竞赛也打破了地域的屏障。此外，无人机比赛的技术层面也吸引了很多年轻人，这对于吸引和维持一个老牌媒体公司的用户群至关重要，因为传统媒体正遭受着越来越激烈的市场竞争。 如果说看着一台无人机划过天空是令人兴奋的，那么观看一群无人机飞过则着实令人着迷。这恰好是未来电子实验室在几年前考虑过的问题，他们打算利用无人机来代替烟火，去创造出一种类似于烟火秀的产品，他们将其命名为“SPAXEL”。据Ars网站表明，“SPAXEL”一词源自于“空间像素”，“SPAXELS”是在空间中自由和动态定位的视觉元素。“我们使用无人机来搭载LED照明系统，并将它们组合成一种美丽而有序的的机载灯光。” 去年年底，他们与合作伙伴英特尔联合推出了一项令人惊艳的500个无人机灯光秀（图2）。英特尔将收购SPAXELS背后的这个公司，继续提升其技术性。 图2:SPAXELS类似于烟花的表演，使用无人机而不是烟火。(来源:Ars) 无人机发展的壁垒 无人机能够很好的应对时下的各种的问题，那么无人机发展的障碍是什么呢？很多反乌托邦的观点认为，带有高清相机的无人机代表了隐私的入侵。 在无人机的发展过程中，安全是另外一个值得关注问题。无人机在空中飞行，很多种情况会造成财产的损失，甚至更严重的后果，比如无人机从天空中掉下来伤及到无辜的旁观者或者与载人的飞行器（如飞机）相撞。安全上的问题可以通过技术上的改进得以解决，但是人的错误或者渎职也会带来同样的问题，就比如大街上的人和汽车。 迫切希望发展无人机的个人或组织来认为无人机发展遇到的最大问题是电池所导致的飞行时间短的问题。此外，缺少传感器所引起的交互问题也是一个急需解决的问题。 通过技术和法规解决发展的壁垒 人们应该将无人机视作一件有用的工具，而不是一个新奇的小玩意，可以通过技术的和非技术解决方案的结合来发挥无人机的潜力。纵观世界各地，RC俱乐部和其他航空团体正在为新的无人机飞行员提供培训课程。在美国，联邦航空局要求所有操纵0.55磅(250克)和55磅之间非商用无人机的操作员必须在小型无人驾驶飞机系统(sUAS)中进行注册，对于超过55磅的无人机还有其他法规予以要求。除了进行必要的注册，如果无人机操作员打算从事商业企业活动，那么他们还需要在联邦航空局第107部进行商业无人机飞行员的认证。 从技术的角度来看，在无人机的硬件和软件方面，有许多有创新的机会。对于配备摄像头的无人机操作员来说第一人称主视角(FPV)护目镜是一个很流行的配件。护目镜中的图像来自于机载的摄像机，这让操作者感觉自己坐在一个不存在的驾驶舱中来驾驶无人机。FPV护目镜在技术上依赖于高速无线数据传输，需要在传递高分辨率图像并保证无人机和操作员之间的距离的基础上，保持最小的数据延迟。随着越来越多的无人机在天空中飞行，数据的加密也将变得越来越重要。 提高电池的容量并改进无人机的功耗将提高无人机的续航能力。高效率的电池将提高无人机的飞行时间并减小飞行重量，这反过来又进一步促进了飞行的高效率，而且可以通过添加更多的硬件来增加无人机的功能。使用更高效的机电元件，例如驱动螺旋桨或摄像头的马达，也会降低功耗。 通过机载的智能传感器和控制系统来更好的控制飞行，将在解决无人机的飞行安全和隐私问题上大有帮助。目前在很多廉价无人机上也配备了GPS或GLONASS导航系统，以确定无人机所在的位置。虚拟墙被称为geofences，它是为无人机划定了飞行区域，即使在操作员的强制操作下，它们也会避免飞出限定的区域。当然，知道虚拟墙的具体位置并保持信息流通是一个复杂的挑战，为了解决这个问题，在高端无人机上，通过将无人机控制系统通过蓝牙或Wi-fi与手机的APP连接，可以保持虚拟墙的更新。通过其他技术，如IMUs、气压计、红外目标检测，计算机视觉等也可以为无人机飞行提供更全面的操作环境，以保证飞行安全。 最后，随着越来越多的传感器和高分辨相机被整合到无人机中，无人机的控制系统也必须进行改进，以实时处理更多的数据。此外，用于目标检测和避碰的机器学习算法也需要机载控制系统处理能力的提升。对于无人机群，任何规模的无人机都必须融入到网络中。无论是网状网络还是其他的动态网络结构都被接受，每一个想要在蜂群中运行的无人机都必须有能力在不可预知的环境中高效地进行通信。当然，所有这一切都必须与这样一个事实相平衡——额外的计算能力会成为无人机的一个重要负担，因为无人机本身为了能够保持在气中，就必须消耗掉一大部分功耗，这才是使用无人机的根本意义所在。 原文链接： 该发布文章为独家原创文章，转载请注明来源。对于未经许可的复制和不符合要求的转载我们将保留依法追究法律责任的权利。 (mbbeetchina)