作者：邁克爾.帕克，mouser公司產品工程師 很少有新興的科技產品能夠像無人機一樣敏銳的捕捉到公眾的想象力。在過去的二十年里，無人機在軍事行動中的完美應用無異于一戰(zhàn)中的坦克及二戰(zhàn)中的火箭，都占據著顛覆性的地位。 在眾多無人機新興技術的發(fā)展過程中，可能更令人驚訝的是，劃破長空嗡嗡作響的無人機竟可以追溯到19世紀40年代后期，在第一次意大利獨立戰(zhàn)爭時期，澳大利亞試圖利用無人駕駛的氣球向威尼斯投擲炸藥，隨后在20世紀出現(xiàn)了用于軍事訓練和偵察的遠程遙控飛機以及新興的愛好者社區(qū)。 在21世紀的今天，科技創(chuàng)新為我們帶來了智能手機、物聯(lián)網和可穿戴設備，與此同時，也為我們帶來了無人機的繁盛。對于無人機來說，值得人們關注的不僅僅是無人機的數量增加，它們應用場景的不斷擴展更為引人注目。這篇文章探究了無人機的應用場景和在不同場景下所解決的問題，分析了無人機在應用中的所碰到的壁壘，討論了如何利用技術和非技術手段使得無人機能夠進一步發(fā)揮潛能。 擁有廣闊的市場前景 空中攝影及攝像恐怕算是無人機應用最廣泛的兩個領域了。暫且拋開攝影師和制片人對藝術的追求不談，無人機可以讓房地產經紀人、活動組織者及各種商業(yè)經營者輕輕松松并且以低廉的價格的為營銷活動添加令人驚嘆的視覺效果。在無人機的銷售對象中約有94%是個人，他們或者把無人機當做玩具或者用來攝影。據專注于資訊及業(yè)內動態(tài)的網站Recode數據表明，雖然個人無人機在銷售中占據主導地位，但該部分的收入僅占到了市場總收入的40%。大部分的銷售收入來源于比較小眾的高成本商用無人機，也正是在這個市場中，一些引人關注的新興使用案例及業(yè)務推動著無人機技術的發(fā)展。 就無人機本身而言，在商業(yè)及業(yè)余愛好者市場中，也許四軸飛行器最廣為流傳（如圖1）。眾百家企業(yè)針對這樣一個迅速崛起的市場紛紛打起價格戰(zhàn)。據Recode的最新的市場調研表明，無人機的單位銷售額從2015年的130萬上漲到了2016年的220萬。若以美元計算，其單位銷售額約為46億，年增長36%。放眼未來，分析師預測，到2017年無人機市值將達到60億美元，并且在2020年暴增至110億美元。 圖1：大疆Phantom 4，四旋翼無人機示例（來源：維基百科） 突發(fā)狀況及醫(yī)療處置 未來的無人機并不完全應用于娛樂。眾多公司欲將無人機技術應用于關乎生死的緊急時刻，為在不確定環(huán)境下的遇難的人們快速提供救生藥物、血液，甚至類似于除顫器的醫(yī)療設備。日前，Zipline等公司已經在缺少公共醫(yī)療基礎設施的地區(qū)（如Rwanda）做這件事。在不久前，Zipline獲得了聯(lián)邦航空局的大力支持，開始在整個美國境內提供該服務，他們把最初的目標定位在鄉(xiāng)村或者像阿帕拉契亞這樣的偏遠地區(qū)，以及遠離大陸的島嶼。 毫無疑問，無人機的應用為搜救提供了巨大幫助，大量的志愿者組織開始參與協(xié)助搜救任務。有一個叫做S.W.A.R.M.（空中遙感搜索）的公司聲稱可以召集31個國家的1000多名志愿無人機操作員，隨時準備協(xié)助搜救行動。無人機不僅能夠準確定位走失的個人，而且能夠在救援者找到傷員之前送去食物、水、急救藥箱以及通訊設備等物資。 火災消防對救援人員的生命安全構成了極大的威脅，為降低該風險，無人機承擔了部分探測工作，這樣一來，人類便可以專注于更高層次的工作，比如營救遇難者并遏制火情。防火航空自控系統(tǒng)(FAROS)就是這樣一種無人機系統(tǒng)，它配備了適用于消防的獨特技術?？紤]到火災經常發(fā)生在建筑樓體內部，GPS信號弱，F(xiàn)AROS利用了測高儀、2D激光掃描儀、及慣性測量單元等技術，以保證在建筑物內部飛行安全性。為解決無人機暴露于火災現(xiàn)場所面臨的高溫問題，F(xiàn)AROS裝備了特殊材料并使用了空氣緩沖器、熱電冷卻系統(tǒng)等技術。 工業(yè)及科學應用 無人機在提升科研人員和企業(yè)執(zhí)行任務效率及效力方面也表現(xiàn)得十分卓越。為提高產量并降低成本，農業(yè)率先引入了無人機技術。DroneSeed 是為數不多的公司中獲得了政府支持允許一位操作員同時操作多臺無人機的公司。他們的無人機群負責播撒種子和農藥，同時也監(jiān)控作物的生長情況。操作無人機群意味著可以在更短的時間內，以更少的成本來播種更多的土地。 設備經理們開始調整他們的業(yè)務范圍，以應對無人機的廣泛使用。由于無人機配備了高清攝像機配或紅外成像傳感器，屋頂、太陽能板、風力渦輪機、輸電線以及路基的勘測工作變得安全而高效。建筑規(guī)劃和現(xiàn)場調查也從配備激光雷達的無人駕駛飛機中受益，無人機使測繪精度達到了厘米量級。 除了規(guī)劃未來，無人機在歷史研究領域也意義非凡。目前，考古學家們利用無人機可以找到潛在的挖掘地點，而不用再依靠小型飛機駕駛員和模糊不清的衛(wèi)星圖像。英國劍橋大學的研究員們迫不及待的將無人機應用于搜尋劍橋郡內一個叫做“英國龐貝古城”的舊址。無人機為他們提供了高質量的低空圖像，這樣他們才能在更短的時間內進行精準挖掘。此外，這些圖像還會應用于未被掩埋的文獻的發(fā)掘。 無人機的另外一個新興應用就是它可以提供機載互聯(lián)網接入點，這在災難恢復、高參與度的活動（比如體育賽事）及傳統(tǒng)電信基礎設施安裝成本極高的欠發(fā)達地區(qū)會發(fā)揮很大的作用。據業(yè)內知情人士爆料，F(xiàn)acebook最近剛剛完成了737-號（依照翼展尺碼）太陽能無人機的第二次飛行試驗，并命名為天鷹座。 文娛和體育 2016年，極具影響力的體育電視網絡ESPN與無人機競速聯(lián)盟(DRL)簽訂了一項多年的協(xié)議，對已經被定義為體育運動的無人機比賽進行全球轉播。無人機比賽的參賽選手具有廣泛性和多樣性，這在國際賽事中是很少見的。同時，無人機競賽也打破了地域的屏障。此外，無人機比賽的技術層面也吸引了很多年輕人，這對于吸引和維持一個老牌媒體公司的用戶群至關重要，因為傳統(tǒng)媒體正遭受著越來越激烈的市場競爭。 如果說看著一臺無人機劃過天空是令人興奮的，那么觀看一群無人機飛過則著實令人著迷。這恰好是未來電子實驗室在幾年前考慮過的問題，他們打算利用無人機來代替煙火，去創(chuàng)造出一種類似于煙火秀的產品，他們將其命名為“SPAXEL”。據Ars網站表明，“SPAXEL”一詞源自于“空間像素”，“SPAXELS”是在空間中自由和動態(tài)定位的視覺元素?！拔覀兪褂脽o人機來搭載LED照明系統(tǒng)，并將它們組合成一種美麗而有序的的機載燈光?！?去年年底，他們與合作伙伴英特爾聯(lián)合推出了一項令人驚艷的500個無人機燈光秀（圖2）。英特爾將收購SPAXELS背后的這個公司，繼續(xù)提升其技術性。 圖2:SPAXELS類似于煙花的表演，使用無人機而不是煙火。(來源:Ars) 無人機發(fā)展的壁壘 無人機能夠很好的應對時下的各種的問題，那么無人機發(fā)展的障礙是什么呢？很多反烏托邦的觀點認為，帶有高清相機的無人機代表了隱私的入侵。 在無人機的發(fā)展過程中，安全是另外一個值得關注問題。無人機在空中飛行，很多種情況會造成財產的損失，甚至更嚴重的后果，比如無人機從天空中掉下來傷及到無辜的旁觀者或者與載人的飛行器（如飛機）相撞。安全上的問題可以通過技術上的改進得以解決，但是人的錯誤或者瀆職也會帶來同樣的問題，就比如大街上的人和汽車。 迫切希望發(fā)展無人機的個人或組織來認為無人機發(fā)展遇到的最大問題是電池所導致的飛行時間短的問題。此外，缺少傳感器所引起的交互問題也是一個急需解決的問題。 通過技術和法規(guī)解決發(fā)展的壁壘 人們應該將無人機視作一件有用的工具，而不是一個新奇的小玩意，可以通過技術的和非技術解決方案的結合來發(fā)揮無人機的潛力?？v觀世界各地，RC俱樂部和其他航空團體正在為新的無人機飛行員提供培訓課程。在美國，聯(lián)邦航空局要求所有操縱0.55磅(250克)和55磅之間非商用無人機的操作員必須在小型無人駕駛飛機系統(tǒng)(sUAS)中進行注冊，對于超過55磅的無人機還有其他法規(guī)予以要求。除了進行必要的注冊，如果無人機操作員打算從事商業(yè)企業(yè)活動，那么他們還需要在聯(lián)邦航空局第107部進行商業(yè)無人機飛行員的認證。 從技術的角度來看，在無人機的硬件和軟件方面，有許多有創(chuàng)新的機會。對于配備攝像頭的無人機操作員來說第一人稱主視角(FPV)護目鏡是一個很流行的配件。護目鏡中的圖像來自于機載的攝像機，這讓操作者感覺自己坐在一個不存在的駕駛艙中來駕駛無人機。FPV護目鏡在技術上依賴于高速無線數據傳輸，需要在傳遞高分辨率圖像并保證無人機和操作員之間的距離的基礎上，保持最小的數據延遲。隨著越來越多的無人機在天空中飛行，數據的加密也將變得越來越重要。 提高電池的容量并改進無人機的功耗將提高無人機的續(xù)航能力。高效率的電池將提高無人機的飛行時間并減小飛行重量，這反過來又進一步促進了飛行的高效率，而且可以通過添加更多的硬件來增加無人機的功能。使用更高效的機電元件，例如驅動螺旋槳或攝像頭的馬達，也會降低功耗。 通過機載的智能傳感器和控制系統(tǒng)來更好的控制飛行，將在解決無人機的飛行安全和隱私問題上大有幫助。目前在很多廉價無人機上也配備了GPS或GLONASS導航系統(tǒng)，以確定無人機所在的位置。虛擬墻被稱為geofences，它是為無人機劃定了飛行區(qū)域，即使在操作員的強制操作下，它們也會避免飛出限定的區(qū)域。當然，知道虛擬墻的具體位置并保持信息流通是一個復雜的挑戰(zhàn)，為了解決這個問題，在高端無人機上，通過將無人機控制系統(tǒng)通過藍牙或Wi-fi與手機的APP連接，可以保持虛擬墻的更新。通過其他技術，如IMUs、氣壓計、紅外目標檢測，計算機視覺等也可以為無人機飛行提供更全面的操作環(huán)境，以保證飛行安全。 最后，隨著越來越多的傳感器和高分辨相機被整合到無人機中，無人機的控制系統(tǒng)也必須進行改進，以實時處理更多的數據。此外，用于目標檢測和避碰的機器學習算法也需要機載控制系統(tǒng)處理能力的提升。對于無人機群，任何規(guī)模的無人機都必須融入到網絡中。無論是網狀網絡還是其他的動態(tài)網絡結構都被接受，每一個想要在蜂群中運行的無人機都必須有能力在不可預知的環(huán)境中高效地進行通信。當然，所有這一切都必須與這樣一個事實相平衡——額外的計算能力會成為無人機的一個重要負擔，因為無人機本身為了能夠保持在氣中，就必須消耗掉一大部分功耗，這才是使用無人機的根本意義所在。 原文鏈接： 該發(fā)布文章為獨家原創(chuàng)文章，轉載請注明來源。對于未經許可的復制和不符合要求的轉載我們將保留依法追究法律責任的權利。 (mbbeetchina)