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无人机就是空中机器人

作者:王京生, 樊建平主编 ; 杨柳著 来源:《粤港澳大湾区战略性新兴产业研究. 机器人卷》 责任编辑:forever 2022-12-09 人已围观

作为一项全新的智能技术,无人机的发展近年来受到世界各国的广泛 关注,不管是美国等西方发达国家,还是中国等发展中国家,都在积极推 动无人机产业的快速发展。从世界范围看,无人机从航拍娱乐到农业植保、 地理测绘、抢险救援,再到智慧交通、军事科研,不论是消费级市场还是 工业级市场都面临着全面开花的喜人局面。

“无人机实质上就是空中机器人,在一些特定领域,机器人可以充当人 类的好帮手,在未来机器人会成为一种刚需,将人类从重复的劳动中解放出来。”深圳市洲际通航投资控股有限公司董事长王中阁直言快语地说,“城 市高楼林立,人口密集,高层建筑消防难度日益增大 ;石油化工行业高度 集中在产业园区,安全隐患也随之增多。无人机除了在这些领域有用武之 地,还可以在森林防火、智慧交通、治安管理、应急指挥、物流领域中发 挥意想不到的作用。”

森林消防无人机应用潜力巨大

近年来,森林防火形势越来越严峻,2019 年 3 月 30 日四川省凉山彝 族自治州木里县境内发生森林火灾,30 名灭火人员壮烈牺牲。王中阁在谈 及这场无情的火灾时说 :“森林火灾由于风力风向变化速度太快,给现场 的消防指战员带来严重生命危险,如果采用森林消防无人机,视野更全面, 可以全局监控,掌握火势蔓延的方向,又可局部重点侦察,抓拍高温火点等, 对灭火决策有重要帮助。”

据统计,飞播造林共实现新增森林 14 万公顷,因消防原因出动飞机 300 多架次。尽管投入了很多人力物力,林业火灾和林业有害生物灾害仍 频繁出现,根据《中国林业发展报告》,全国主要林业有害生物防治面积 约 1.7 万公顷,森林火灾一年发生约 4000 起,对我国林业造成重大损失。 目前,我国主要采取人工、车辆和载人飞机对灾害进行预防和救灾,这些 方式存在着效率低下、费用高昂、现场数据采集不及时等劣势,对火情能 早预防、早发现、早扑救已经成为森林防火工作的重点,无人机的出现,对林业的火灾防护、有害生物防治、林业资源统计等工作提供了更多的便 利条件。

王中阁介绍,针对森林消防的需要,洲际通航开发出专用无人机,巡 查速度 10 米 / 秒,巡查范围最远可达 10 千米,若干数量无人机可建立相 对稳定的网络拓扑结构成移动节点群,进行森林日常巡护,可以达到森林 防火的最佳事前监控。多种荷载支持白天和夜间工作,全天候随时可执行 任务,而且可以代替一线消防人员侦察火情,最大限度保障消防人员生命 安全。

首创激光探测无人机

我国油气管道具有运行总里程长、建设年代跨度大、安全事件和事故 多发的特点,加强管道的安全管理,特别是加强管道的现场安全巡护管理 可控制或减少占比约 86% 风险因素的影响。目前应用最广泛的管道巡护方 式是人工巡护。利用同沟敷设的光缆进行管道振动预警和泄漏检测,由于 技术条件限制还没有大规模地应用。无人机自动巡护技术已经具备实际应 用条件,是管道巡护应重点发展的方向。利用无人机对石油管道定期巡检、 应急巡查,不仅效率高、效果好,而且保证了巡护人员的人身安全,同时 可以提高管道巡护作业的自动化程度,具有极大的经济及社会意义。

很多油气长输管线都位于无人地带,并且有些还是位于地理条件复杂 的地区,车辆、人员不易到达,使对管线的巡检工作难度大、效率低。洲 际通航首创激光探测无人机,是利用国际上最先进的气体检测技术——激 光吸收光谱技术为检测手段,利用激光检测技术可进行远距离遥测、反应 速度快、灵敏度高的特点结合无人机,实现在空中对地下管线进行泄漏巡 检,可大大提高巡检效率。

▲洲际通航研制出的国内第一台激光探测无人机

王中阁介绍,使用无人机直接从空中以远距离遥测监测方式对地面的 管道泄漏情况进行检查,飞行高度可以达到 50 米,晴天情况下检测高度 25 米,阴天情况下检测高度 50 米。激光探测无人机拥有毫秒级的检测速度, 可以每小时 30 千米的速度进行巡检,提高巡检效率。该无人机灵敏度高, 可以检测到地下管道发生泄漏后渗漏到地面上的微量气体,通过 GPS 结 合实时检测数据可以对泄漏位置进行定位,为后期维修提供数据支持。而 且,标清图像传输能够显示实时时间、经纬度、飞行高度等信息,同时可 实时显示甲烷浓度值,当浓度过高时会提示甲烷浓度超标。无人机的抗干扰能力强,可在白天、夜晚、晴天、阴天、雨雪天等不同环境下使用,并 且只对天然气的主要成分甲烷有反应,不受其他气体干扰。值得一提的是, 激光探测无人机具有全自动化自检功能,无需校准,使用过程中无需定期 进行调校,没有额外的使用和维护成本。
 
研制系留无人机,服务应急通信

我国幅员辽阔,地理和气候条件都非常复杂,是全球遭受自然灾害最 严重的国家之一。由于我国位于地震带之间,地震断裂带十分活跃,具有 地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广等特点,近年来破坏性地震相 继发生,对通信基础设施造成了严重的破坏,给抢险救灾工作带来很大困 难。应急通信是突发性紧急事件时通信需求的基础保障,建立并完善先进 的应急通信系统是面对地震等突发性紧急事件时抢险救灾的重要工作内容。因此,对应急通信的研究具有极其重要的意义。

破坏性地震往往会对通信基础设施造成破坏,使受灾地区对外通信中 断,成为完完全全的信息孤岛,给救灾组织、指挥调度、人员搜救、次生 灾害预防等工作造成重大困难。因此,地震现场要利用各种通信资源,快 速有效地实现灾情信息的传递上报,为救灾组织、辅助决策、指挥调度等 提供支持。市场上大多采用系留多旋翼无人机作为应急通信基站。在遇到 自然灾害、电力中断等特殊环境下,通过系留无人机完全可以实现应急通 信保障。系留多旋翼无人机通信基站是随着无人机技术发展起来的一种新 兴通信技术,在如地震、泥石流、火灾、雪灾等自然灾害中,在有线通信 网络被破坏或者损毁的情况下,利用系留多旋翼无人机通信系统,可以迅 速建立起新的通信系统,以最快的速度与灾区取得联系,保障救援工作的 顺利进行。

2018 年 10 月,应急管理部成立后,对利用系留无人机作为应急通信 平台解决灾害时移动通信基站瘫痪的问题非常重视。同年底,洲际通航与 应急管理部沈阳消防研究所合作开发基于系留无人机的应急通信项目,这 是应急管理部 23 个重点攻关项目中唯一的无人机集成项目。2019 年 1 月, 洲际通航与恒隆控股联合成立北方应急救援中心。

为何应急管理部重点攻关项目——系留无人机应急通信空中基站会选 择落户洲际通航?有关专家介绍,目前,1.6 米左右轴距无人机由于机身 结构以及动力系统,主要用于 5 千克载重以内的载重飞行,但对于 8 千 克、10 千克以及 12 千克甚至 15 千克载重无法达到要求,而系留无人机 基站项目需要 10 千克甚至更高载重要求,目前市面上大轴距碳纤维一体 机身无人机暂时无法达到要求。

洲际通航以专网基站为载体进行产品完整性设计,系留基站无人机优势明显,最大载重 15 千克,空机电池续航时 间为 60 分钟,专门针对系留无人机供电方式进行定制开发,一体机身可 在中到大雨天气进行不间断飞行,单机可搭载空中基站完成公网或者私网 的 5 ~ 10 千米应急通信指挥任务,保证突发情况下应急通信。而且无人 机与基站进行完美匹配,不产生电磁干扰。该系留基站无人机可以通过系 留无人机通信系统搭载自组网电台、集群微型基站、微型基站等多种通信 载荷,形成多种灵活的通信应用配置方式,在灾区核心区域快速开通通信 服务,同时在后方应急中心、现场指挥部与抢险队伍间形成超短波通信达 40 千米、宽带视频通信达 10 千米的大区域覆盖应急通信网络,为救援工 作提供强有力的通信保障。
 
智慧交通无人机显神威

2018 年 4 月,洲际通航与上市公司海康威视签下 2018 年产品销售第 一单,由洲际通航自主研发的拥有 4 项发明专利的六旋翼无人机再次走进 应用市场。该产品此次装备了辽宁省交警部门,配合了在本溪市开展的“利 剑行动”,洲际通航飞手部与科研部专职人员也在现场,全程参与了此次 交通专项整治活动。

洲际通航工作人员根据洲际通航自主研发无人机的培 训大纲和交通警察支队的要求,使用现场教学的方式,对交警进行手把手 演示操作无人机的各项功能和无人机操作的各种注意事项,达成了交警可以独立完成无人机的起飞降落、云台操控、地面站的使用及电池的充放电和电池保养等工作,圆满完成了售后培训及对本溪公安干警和交通警察的 列队训练拍摄工作。

▲洲际通航深圳总部团队合影

智慧交通领域,无人机可以借助计算机网络技术,对高速公路的实时 交通状况进行监测,为交通部门和司乘人员提供实时的交通信息资源。在 高速公路监控领域,长期以来都是固定监控摄像头实现监控视频数据的采 集,其监控受到地域、高度、角度和天气等因素制约,而无人机在空中监 测不受地域限制,监控范围更广,不需要使用车道出入口,可以直接进入 封闭的高速公路上空进行监测,可以沿着直线飞行,不受交通堵塞的影响, 以最短的时间抵达事故现场。同时,无人机还有隐蔽性高的特点,在执行 监控任务时不会打扰驾驶员,除了可用于白天监控外还可携带热成像设备 用于夜间的监控。 王中阁透露,洲际通航的无人机已在江西高速公路监控领域试用,效 果不错,未来洲际通航无人机还会在其他省市的高速公路监控领域发挥威力。

物流领域无人机将广泛应用

自从无人机技术的应用从高技术武器拓展到大众消费品、工业生产, 人们一直在探索无人机的新应用领域,如物流、植保、巡线等,特别是在 物流行业如此发达的今天,物流也是无人机的一大应用场景,在可预见的 将来,物流无人机的应用势必会越来越广泛。 2018 年春天,洲际通航已与广州唯品会研究院有限公司签订合作协议。 这无疑是洲际通航进军物流无人机领域的一个重要里程碑,双方就合作方 向、合作模式、合作目标均达成一致。

广州唯品会研究院有限公司,是一 家专门研究创新前沿技术的公司,是唯品会集团旗下独立的研发机构,主要研究方向为电子商务、现代物流相关的创新技术,如虚拟试衣、图像处理、 AR/VR(增强现实 / 虚拟现实)、自然语言处理、无人车、无人机等技术。

王中阁表示,虽然物流领域还没有大规模使用无人机,但随着无人机 载荷的提升和续航时间延长,未来物流无人机的使用肯定会越来越多。众 多互联网电商、外卖平台都将无人机配送视为未来物流战略的重要一步,因为在打通物流最后一公里的环节以及地面交通不方便的地方,无人机肯 定能发挥巨大的作用,相信在不久的将来,无人机送包裹有望成为现实。

《深圳机器人产业发展白皮书(2017 年)》显示,我国无人机处于快 速发展阶段,在市场占有率、研发制造能力和应用场景等方面,均处于世 界前列。据国际数据公司 IDC 数据统计,2016 年,我国无人机销售规模 约 37 亿元人民币,同比增长 58.80% ; 2017 年销售规模约 62 亿元人民币, 同比增长 67.57%。2019 年我国无人机市场销售规模达到 390 万台,合计 约 600 亿元人民币。预计到 2023 年,我国民用无人机市场规模将会达到 976.9 亿元人民币,年复合增长率 59%。预计 2020 年全球无人机市场规 模将达到 259 亿美元,年均复合增长率达到 42%。据不完全统计,深圳无 人机市场份额占全球市场的 70% 以上,是全球无人机的集散地,堪称“无 人机之都”,拥有大疆创新、一电科技、雷柏科技等大型龙头企业,尤其 是大疆创新作为行业龙头,其飞行控制系统及云台等技术都处于领先地位。

展望无人机产业未来的发展趋势,王中阁指出,我国无人机产业要获 得快速健康的发展,还需要完善法律监管、增强产业配套建设、促进核心 技术的突破。尽管目前还有很多困难需要解决,但在王中阁看来,未来 5 年, 无人机的研制仍会以“载荷”为中心,随着 5G 技术日益成熟并且启动商 用化,公安系统、国土测绘、农林植保、环保监测、边防巡逻、线路巡检、 物流快递等领域会越来越多地使用无人机,这将是一个市场潜力巨大、快 速增长的朝阳产业。

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