專(zhuān)業(yè)無(wú)人機(jī)來(lái)了

居然

2001年時(shí)，美軍率先在阿富汗的茫茫叢林之中，使用無(wú)人機(jī)追蹤“基地”頭目;轉(zhuǎn)眼間，屬于無(wú)人機(jī)的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。

不過(guò)，無(wú)人機(jī)在空中飛行時(shí)所面臨的不確定因素太多了。它要學(xué)會(huì)穿越極低的空域、擁擠的環(huán)境，還要追求安全、輕便、充足的動(dòng)力。為了探索和解決這些問(wèn)題，無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)開(kāi)始走向?qū)I(yè)化。

按需生產(chǎn)

讓任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，通過(guò)無(wú)人機(jī)可以得到想要的任何信息，這就是無(wú)人機(jī)的核心理念。艾瑞咨詢的一份報(bào)告指出，2025年中國(guó)無(wú)人機(jī)750億元的市場(chǎng)規(guī)模中，用于航拍娛樂(lè)的消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)規(guī)模約為300億元，其余450億元將來(lái)自專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。

但對(duì)于不同的行業(yè)、科研要求來(lái)說(shuō)，終端的需求越來(lái)越多樣化。海洋和極地，草原和森林，數(shù)據(jù)的收集和處理面臨著一系列挑戰(zhàn)，千差萬(wàn)別的需求與無(wú)人機(jī)單一的產(chǎn)品類(lèi)型之間產(chǎn)生了亟待解決的矛盾。

不同的行業(yè)需要各自具有針對(duì)性的突破?！拔磥?lái)的農(nóng)業(yè)將從無(wú)人機(jī)開(kāi)始?！边@是一種廣泛的說(shuō)法。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展逐漸成熟，正在推動(dòng)農(nóng)業(yè)智能化。

以土壤和作物調(diào)查為例，無(wú)人機(jī)在早期階段要?jiǎng)?chuàng)建準(zhǔn)確的三維地圖，然后可以根據(jù)土壤條件和不同種子的扎根模式來(lái)播種，提高種子利用效率。

播種后，企業(yè)可以用無(wú)人機(jī)分析土壤狀況，進(jìn)一步來(lái)管理農(nóng)田灌溉和施氮水平。

過(guò)去，衛(wèi)星拍攝是監(jiān)測(cè)農(nóng)場(chǎng)最先進(jìn)的技術(shù)，但具有很大的缺陷—拍攝必須提前預(yù)約，每天只能看到一次圖像。而且圖像算不上準(zhǔn)確，一旦天氣很差，分辨率也隨之大幅下降，直接導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)和管理成本增加。

目前，包括谷歌、拜耳和約翰迪爾（John Deere）在內(nèi)的許多全球性公司在大力投資農(nóng)業(yè)，主要投資方向就是無(wú)人機(jī)。

當(dāng)它的翅膀振動(dòng)起來(lái)，讓人聯(lián)想到英劇《黑鏡》里的“殺人蜂”。

但是，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)需要突破的掣肘很多—價(jià)格貴、續(xù)航短、缺少懂農(nóng)業(yè)技術(shù)的操作員，并且還沒(méi)有形成全行業(yè)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

續(xù)航問(wèn)題

理想中的無(wú)人機(jī)，是想飛多久就飛多久。但事實(shí)是，續(xù)航能力不足是所有無(wú)人機(jī)的一個(gè)通病，根本無(wú)法滿足行業(yè)的應(yīng)用需要。不少無(wú)人機(jī)因在空中電力耗盡而墜落。

哈佛大學(xué)研發(fā)的世上最輕的無(wú)纜飛行器RoboBeeX-Wing

續(xù)航時(shí)長(zhǎng)由電池容量決定，就好比容量1萬(wàn)mAh（毫安時(shí)）的充電寶，就是比1000mAh的要重上許多。市場(chǎng)上的大部分娛樂(lè)型四軸飛行器，迷你型的飛行時(shí)長(zhǎng)均在5～7分鐘，中型的能達(dá)到15分鐘，大型的可達(dá)20～40分鐘甚至更長(zhǎng)，頻繁地操作也會(huì)消耗掉更多的電量。

如何讓無(wú)人機(jī)在低空空域安全飛行？

無(wú)人機(jī)企業(yè)提升產(chǎn)品續(xù)航能力，主要聚焦在三個(gè)方面：電池、結(jié)構(gòu)、材料。

近幾年，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)得到了一定突破。西北工業(yè)大學(xué)的“魅影”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，在2018年創(chuàng)下了19小時(shí)34分的續(xù)航紀(jì)錄，最近實(shí)現(xiàn)了27小時(shí)37分的續(xù)航。Facebook也正與航空巨頭空中客車(chē)合作，在澳大利亞進(jìn)行相關(guān)無(wú)人機(jī)測(cè)試，并開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，以便在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接。

幾個(gè)月前，《自然》封面刊登了一款太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，是哈佛大學(xué)研發(fā)的世上最輕的無(wú)纜飛行器RoboBeeX-Wing。從形狀上看，它像哆啦A夢(mèng)的竹蜻蜓，動(dòng)力系統(tǒng)加機(jī)器本身只有259毫克，比一枚回形針還要輕。當(dāng)它的翅膀振動(dòng)起來(lái)，讓人聯(lián)想到英劇《黑鏡》里的“殺人蜂”。

這款無(wú)人機(jī)可攜帶最多6塊太陽(yáng)能電池板。在強(qiáng)光直射的條件下，太陽(yáng)能電池板能提供約110～120毫瓦能量。

從無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)、增大能源儲(chǔ)備或者減少能源消耗來(lái)延長(zhǎng)續(xù)航，也取得了一定突破。去年，西雅圖一家初創(chuàng)公司W(wǎng)iBotic便為大疆商用級(jí)無(wú)人機(jī)打造了無(wú)線電源系統(tǒng)，用戶只需花10分鐘安裝系統(tǒng)，便能對(duì)大疆兩款機(jī)型進(jìn)行無(wú)線充電。

根據(jù)WiBotic的介紹，它可以實(shí)現(xiàn)完全自主充電，使無(wú)人機(jī)無(wú)需更換電池即可保持待機(jī)狀態(tài)。該系統(tǒng)應(yīng)用范圍也很廣：長(zhǎng)期安全和防御監(jiān)視，施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和快速響應(yīng)搜救，以及油井場(chǎng)地、煉油廠和海上鉆井平臺(tái)的甲烷泄漏檢測(cè)。

從材料著手，一般是尋找新型輕量化材料、減少無(wú)人機(jī)重量，來(lái)增強(qiáng)續(xù)航能力。

空域環(huán)境

無(wú)人機(jī)在操作者視線之外工作，為其增加了不可控風(fēng)險(xiǎn)。但是，這個(gè)行業(yè)的發(fā)展必須依賴全域飛行能力，即使是在最擁堵的環(huán)境下。

針對(duì)無(wú)人機(jī)運(yùn)行和交通管理提供解決方案，是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)需求增長(zhǎng)的關(guān)鍵。對(duì)此，歐盟委員會(huì)提出了U-space空域藍(lán)圖。早在2015年，歐委會(huì)就授權(quán)SESAR JU（歐洲單一天空空管研究計(jì)劃聯(lián)合執(zhí)行體）啟動(dòng)研究—如何讓無(wú)人機(jī)在低空空域安全飛行？

2017年6月，SESAR JU發(fā)布了U-space藍(lán)圖。

U-space是為確保大量無(wú)人機(jī)安全、高效地進(jìn)入空域，所設(shè)計(jì)的一套新的服務(wù)和特定程序。這些服務(wù)依賴于高度的功能數(shù)字化和自動(dòng)化，保證無(wú)人機(jī)在各個(gè)等級(jí)的空域和各種復(fù)雜空域環(huán)境中，順利開(kāi)展任務(wù)。

作為這一愿景的實(shí)施步驟，SESAR JU已啟動(dòng)了一系列項(xiàng)目。

U-space分為四層服務(wù)：U1基礎(chǔ)服務(wù)，提供電子注冊(cè)、電子識(shí)別和電子圍欄，識(shí)別無(wú)人機(jī)和操作者，并告知操作者飛行禁區(qū);U2初始服務(wù)，包括飛行規(guī)劃、批準(zhǔn)及追蹤，空域動(dòng)態(tài)信息等;U3高級(jí)服務(wù)，可為交通稠密地區(qū)等復(fù)雜環(huán)境提供支持，包括自動(dòng)監(jiān)測(cè)和避障功能;U4全面服務(wù)，具有高度自動(dòng)化和數(shù)字化水平，支持與傳統(tǒng)航空系統(tǒng)交互。

對(duì)于一些歐洲國(guó)家來(lái)說(shuō)，U-space缺少清晰的搭建路徑。瑞士先行嘗試了U-space，盡管其并不是歐盟成員國(guó)。

瑞士的U-space監(jiān)管框架，由瑞士聯(lián)邦民航局制定，具體系統(tǒng)由瑞士空中導(dǎo)航服務(wù)商、瑞士國(guó)有企業(yè)Skyguide搭建。據(jù)了解，2019年年中開(kāi)放之后，U-space的無(wú)人機(jī)航線自動(dòng)批準(zhǔn)服務(wù)，首先會(huì)在日內(nèi)瓦和盧加諾使用，在全瑞士推行則需要更長(zhǎng)時(shí)間。

中國(guó)和美國(guó)也在致力于開(kāi)展本國(guó)的無(wú)人機(jī)管理系統(tǒng)工作。