無人機(jī)全稱“無人駕駛飛行器”，（Unmanned Aerial Vehicle）英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。它涉及傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、智能控制技術(shù)以及航空動力推進(jìn)技術(shù)等，是信息時代高技術(shù)含量的產(chǎn)物。無人機(jī)價值在于形成空中平臺，結(jié)合其他部件擴(kuò)展應(yīng)用，替代人類完成空中作業(yè)。隨著無人機(jī)研發(fā)技術(shù)逐漸成熟，制造成本大幅降低，無人機(jī)在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，除軍事用途外，還包括農(nóng)業(yè)植保、電力巡檢、警用執(zhí)法、地質(zhì)勘探、環(huán)境監(jiān)測、森林防火以及影視航拍等民用領(lǐng)域，且其適用領(lǐng)域還在迅速拓展。
無人機(jī)根據(jù)不同場景、平臺、應(yīng)用方式，可以進(jìn)行不同分類，例如：應(yīng)用場景、飛行平臺、控制方式、視距、重量尺度、任務(wù)高度、活動半徑等。詳見下圖：
中國民航總局對無人機(jī)按重量1.5KG、7KG、25KG、150KG、5700KG，劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ六類。植保類無人機(jī)歸屬Ⅴ類，無人飛艇歸屬Ⅵ類，超視距無人機(jī)歸屬Ⅶ類。實際運(yùn)行中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ類無人機(jī)有交叉時，分屬較高要求一類。串并行無人機(jī)編隊，按機(jī)隊總重量分類。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著輕型復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，衛(wèi)星定位系統(tǒng)的成熟，電子與無線電控制技術(shù)的改進(jìn)，尤其是多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，整個無人機(jī)行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。
無人機(jī)的飛行平臺主要分為固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)、直升無人機(jī)、其它無人機(jī)等，各飛行平臺的優(yōu)勢、劣勢、特點如下：
一、多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)
多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)主要由機(jī)架機(jī)身、動力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、輔助設(shè)備系統(tǒng)五部分組成。
圖：多旋翼無人機(jī)
A. 機(jī)架機(jī)身
無人機(jī)的機(jī)架機(jī)身指無人機(jī)的承載平臺，一般選擇高強(qiáng)度輕質(zhì)材料制造，例如：玻纖、玻纖維、ABS、PP、尼龍、改性塑料、改性PC、樹脂、鋁合金等。無人機(jī)所有的設(shè)備都是安裝在機(jī)架機(jī)身上面，支架數(shù)量也決定了該無人機(jī)為幾旋翼無人機(jī)。優(yōu)秀的無人機(jī)機(jī)架設(shè)計可以讓其他各個元器件安裝合理，堅固穩(wěn)定，拆裝方便。
B. 動力系統(tǒng)
無人機(jī)動力系統(tǒng)，就是為無人機(jī)提供飛行動力的部件，一般分為油動和電動兩種。電動多旋翼無人機(jī)是最主流的機(jī)型，動力系統(tǒng)由電機(jī)、電調(diào)、電池三部分組成。無人機(jī)使用的電池一般都是高能量密度的鋰聚合電池，由于一些客觀原因，傳統(tǒng)每300g鋰電池，可以為無人機(jī)500g（含電池）自重，提供17分鐘飛行時間。氫燃料電池、太陽能電池等受制于現(xiàn)有的技術(shù)水平和成本，暫時還無法普及。無人機(jī)主要在露天作業(yè)，對電機(jī)、電調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，需要定期進(jìn)行檢查、保養(yǎng)、防水、防潮。
C. 飛控系統(tǒng)
飛控系統(tǒng)就是無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)，不管是無人機(jī)自動保持飛行狀態(tài)（如懸停）還是對無人機(jī)的人為操作，都需要通過飛控系統(tǒng)對無人機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行實時調(diào)節(jié)。一些高階的飛控系統(tǒng)除了保證飛機(jī)正常飛行導(dǎo)航功能以外，還有安全冗余、飛行數(shù)據(jù)記錄、飛行參數(shù)調(diào)整和自動飛行優(yōu)化等功能。飛控系統(tǒng)是整個無人機(jī)的控制核心，主要包括飛行控制、加速計、氣壓計、傳感器、陀螺儀、地磁儀、定位芯片、主控芯片等多部件組成。
D. 遙控系統(tǒng)
無人機(jī)遙控系統(tǒng)，主要由遙控器、接收器、解碼器、伺服系統(tǒng)組成。遙控器是操作平臺，接收器接到遙控器信號進(jìn)行解碼，分離出動作信號傳輸給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)則根據(jù)信號做出相應(yīng)的動作。
E. 輔助設(shè)備系統(tǒng)
輔助設(shè)備系統(tǒng)，主要包括無人機(jī)外掛平臺簡稱云臺，外掛輕型相機(jī)，無線圖像傳輸系統(tǒng)。云臺是安裝在無人機(jī)上用來掛載相機(jī)的機(jī)械構(gòu)件，能滿足三個活動自由度：繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)，每個軸心內(nèi)都安裝有電機(jī)，當(dāng)無人機(jī)傾斜時，會配合陀螺儀給相應(yīng)的云臺電機(jī)加強(qiáng)反方向的動力，防止相機(jī)跟著無人機(jī)“傾斜”，從而避免相機(jī)抖動，云臺對于穩(wěn)定航拍來說卻起著非常大的作用。外掛輕型相機(jī)，主要為體積重量小巧，高清晰度相機(jī)。無線圖像傳輸系統(tǒng)，在無人機(jī)航拍時候，將天空中處于飛行狀態(tài)下無人機(jī)拍攝的畫面，實時穩(wěn)定的發(fā)射給地面無線圖傳遙控接收設(shè)備，優(yōu)秀的無線圖像傳輸系統(tǒng)具備傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸穩(wěn)定、圖像清晰流暢、抗干擾、抗遮擋、低延時等特性。
二、固定翼無人機(jī)系統(tǒng)
固定翼無人機(jī)系統(tǒng)由五部分組成：機(jī)體結(jié)構(gòu)、航電系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、起降系統(tǒng)和地面控制站系統(tǒng)。
機(jī)體結(jié)構(gòu)由可拆卸的模塊化機(jī)體組成，既方便攜帶，又可以在短時間內(nèi)完成組裝、起飛。
航電系統(tǒng)由飛控電腦、感應(yīng)器、酬載、無線通訊等組成，完成飛機(jī)控制系統(tǒng)的需要。
動力系統(tǒng)由動力電池、螺旋槳、無刷馬達(dá)組成，為無人機(jī)提供飛行所需的動力。
起降系統(tǒng)由彈射繩、彈射架、降落傘組成，幫助無人機(jī)完成彈射起飛和傘降著陸。部分高級固定翼無人機(jī)采用滑行起降，需要額外設(shè)計起落架收放、減震、精準(zhǔn)定位、加速和剎車等系統(tǒng)。
地面控制站包括地面站電腦、手柄、電臺等通訊設(shè)備，用以輔助完成路線規(guī)劃任務(wù)和飛行過程的監(jiān)控。
圖：固定翼無人機(jī)
三、無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域
無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域主要分為三類，消費(fèi)級應(yīng)用、工業(yè)級應(yīng)用、軍事級應(yīng)用。
無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域匯總?cè)缦拢?
消費(fèi)級無人機(jī)應(yīng)用
以多旋翼無人機(jī)為代表的消費(fèi)級無人機(jī)應(yīng)用市場，已經(jīng)進(jìn)入快速成長期，根據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，消費(fèi)級無人機(jī)應(yīng)用市場每年有超過50%以上增速，消費(fèi)級無人機(jī)產(chǎn)品種類與服務(wù)日益豐富，行業(yè)出現(xiàn)領(lǐng)軍企業(yè)大疆，占據(jù)70%以上的消費(fèi)級無人機(jī)市場份額。
消費(fèi)級無人機(jī)的技術(shù)門檻并不高，一套開源程序就可以支持飛行器的起飛和降落，任何人都可以用開源程序做一套無人機(jī)平臺。入門級的消費(fèi)無人機(jī)產(chǎn)品，已經(jīng)變成紅海，各大廠商為很薄的利潤而廝殺。各大無人機(jī)廠商的優(yōu)勢在于飛控系統(tǒng)和云臺系統(tǒng)，通過技術(shù)積累使其自身產(chǎn)品比競爭對手更穩(wěn)定、故障率更低。
在美國、德國的相關(guān)航空展上，已經(jīng)出現(xiàn)了許多不遜色于大疆的無人機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。一些有能力將成本做到極致的國內(nèi)巨頭企業(yè)，也紛紛進(jìn)入消費(fèi)級無人機(jī)產(chǎn)業(yè)掘金。
新型輕質(zhì)材料的廣泛應(yīng)用，飛控核心技術(shù)成熟讓消費(fèi)級無人機(jī)行業(yè)門檻進(jìn)一步降低，加劇行業(yè)競爭。行業(yè)競爭的加劇又導(dǎo)致無人機(jī)產(chǎn)品分化，各大廠商開始走差異化路線，針對不同用戶需求推出不同的產(chǎn)品。例如：針對巡檢市場推出價格低廉、維護(hù)簡便、航程相對較遠(yuǎn)的無人機(jī)產(chǎn)品；針對安防市場推出續(xù)航時間長，能在惡劣環(huán)境工作、圖傳效果好的無人機(jī)產(chǎn)品。
預(yù)計2018年民用消費(fèi)級無人機(jī)市場規(guī)模約180億元人民幣，到2025年將達(dá)到約300億元人民幣。
工業(yè)級無人機(jī)應(yīng)用
工業(yè)級無人機(jī)和消費(fèi)級無人機(jī)是完全兩個不同的概念，產(chǎn)品也有天壤之別。刨去電磁散逸、保密通訊等專業(yè)技術(shù)問題，工業(yè)級無人機(jī)在大規(guī)模應(yīng)用的道路上還有兩個關(guān)鍵壁壘需要突破：一是航程和滯空時間不足；二是載荷能力不足。在突破這兩個技術(shù)難點前，工業(yè)級無人機(jī)很難在產(chǎn)業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用。另外成本問題，也是不得不去考慮的現(xiàn)實問題，數(shù)萬元的工業(yè)級無人機(jī)，需要充分考慮投入產(chǎn)出比。
以現(xiàn)在的電池技術(shù)、無人機(jī)結(jié)構(gòu)，在有效載荷和續(xù)航時間上，不可能有革命性突破。電池技術(shù)10多年來幾乎原地踏步，從石墨負(fù)極、硅負(fù)極、金屬負(fù)極、石墨烯，材料學(xué)家在電池方面的革新無所不用其極，論文天天發(fā)，投資疊疊加，但電池產(chǎn)品的突破并沒有出現(xiàn)。
當(dāng)前工業(yè)級無人機(jī)有效續(xù)航時間約20分鐘左右，按作業(yè)最大水平飛行速度5米/秒計算，工業(yè)級無人機(jī)單次飛行最遠(yuǎn)距離6公里，考慮往返程和安全冗余，實際作業(yè)半徑不會超過3公里。以無人機(jī)電力巡檢為例，只有3公里作業(yè)半徑的無人機(jī)高空巡檢，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足工業(yè)級實際生產(chǎn)需要的。
工業(yè)級無人機(jī)單價一般在2萬-8萬元，甚至也有數(shù)十萬元一架。無人機(jī)創(chuàng)造的實際價值，扣減掉設(shè)備折舊和其它費(fèi)用后，是否有剩余收益，這是一個現(xiàn)實的財務(wù)問題。
工業(yè)級無人機(jī)市場還處于摸索與投入期，但考慮到未來巨大市場潛力，國內(nèi)各大無人機(jī)廠商相繼進(jìn)入這個領(lǐng)域。
預(yù)計到2025年，工業(yè)級無人機(jī)市場規(guī)模約400億，其中農(nóng)林植保約200億，安防市場約為150億，電力巡檢約為50億。
軍事級無人機(jī)應(yīng)用
軍事級無人機(jī)應(yīng)用，已經(jīng)成為另一個獨(dú)立產(chǎn)業(yè)。無論國內(nèi)、國外都有很多非常成功的產(chǎn)品應(yīng)用于實戰(zhàn)，例如：諾斯羅普·格魯曼公司生產(chǎn)的無人機(jī)“全球鷹”。在軍事應(yīng)用中，每個國家都有專注于該類市場的相關(guān)企業(yè)，開發(fā)滿足不同需求的專業(yè)無人機(jī)。
圖：全球鷹無人機(jī)
四、無人機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀
續(xù)航
市面上的無人機(jī)主要采用鋰聚合物電池作為主要動力，續(xù)航能力一般在20分鐘至30分鐘之間。因無人機(jī)技術(shù)方案不同，續(xù)航時間有所差別，無人機(jī)需要盡可能減輕起飛重量，所以無法攜帶較重的大容量電池，大多數(shù)無人機(jī)維持二十分鐘有效飛行之后，就必須更換電池或者插上充電線。無人機(jī)電池充電時間，一般每次一個小時以上。這是無人機(jī)一個致命的短板，大大限制了行業(yè)的快速良性發(fā)展，解決無人機(jī)電池續(xù)航能力迫在眉睫。
通信系統(tǒng)
無人機(jī)通信系統(tǒng)，目前主要使用900MHz、1.4GHz、2.4GHz無線電頻段，其中1.4GHz主要作為數(shù)據(jù)通訊頻段，2.4GHz主要作為圖像傳輸頻段，900MHz不建議使用。工信部已經(jīng)制定無線電相關(guān)使用準(zhǔn)則，規(guī)范無人機(jī)行業(yè)的無線電頻段使用。公共無線電通信鏈路，抗干擾能力弱，尤其是同頻干擾無法避免。只需采用幾種特殊干擾方法，就可以實施對無人機(jī)指定無線電頻段的定向干擾，今年五一西安無人機(jī)編隊表演異常就是通信信號干擾造成的。隨著無人機(jī)的數(shù)量指數(shù)級增長，無人機(jī)通信系統(tǒng)干擾的問題，將日漸突出。
定位導(dǎo)航
無人機(jī)系統(tǒng)的定位導(dǎo)航，普遍采用GPS和北斗雙模模式。GPS定位分為碼定位和載波定位，碼定位速度快，一般民用精度為3-10米，軍用精度為0.3米；載波定位速度慢，不分民用和軍用。北斗系統(tǒng)定位精度在10-20米。基于導(dǎo)航衛(wèi)星的無人機(jī)定位系統(tǒng)，各大無人機(jī)廠商優(yōu)化自己的算法，使精度勉強(qiáng)達(dá)到米級。但受地形、天氣等客觀條件影響，導(dǎo)航衛(wèi)星信號易干擾，精度穩(wěn)定性不足的問題有待解決。民用無人機(jī)依靠衛(wèi)星定位，在不用差分定位技術(shù)輔助的情況下，米級精度已經(jīng)是極限。這樣精度，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。米級的定位精度，不足以支撐無人機(jī)自動控制。
差分輔助定位技術(shù)，其原理是通過GPS或北斗衛(wèi)星信號與已知真實基準(zhǔn)站坐標(biāo)對比，實現(xiàn)快速厘米級精度定位。無人機(jī)千機(jī)編隊表演基本都采取這種技術(shù)，但在自由空間中，不具備這樣條件。
避障
避障技術(shù)，對于主流的無人機(jī)飛行至關(guān)重要，但現(xiàn)有的解決方案仍處于探索階段。為確保公共安全，需要不斷改進(jìn)傳感器、傳感算法和無人機(jī)設(shè)計。無人機(jī)避障技術(shù)主要有四套解決方案：紅外線傳感器方案、超聲波傳感器方案、激光傳感器方案以及視覺傳感器方案。在地面行駛的無人汽車避障問題徹底解決之前，無人機(jī)避障技術(shù)還有漫長路要走。
五、無人機(jī)相關(guān)規(guī)定與法律法規(guī)
2018年1月，《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》公開征求意見。
2017年6月，《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規(guī)定》，民用無人機(jī)登記注冊系統(tǒng)正式上線，起飛重量超過250克以上的無人機(jī)，必須實施登記注冊。建立無人機(jī)登記數(shù)據(jù)共享和查詢制度，實現(xiàn)與無人機(jī)運(yùn)行云平臺的實時交聯(lián)。
2016年9月，《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)空中交通管理辦法》，保障民用航空活動的安全，加強(qiáng)民用無人機(jī)飛行活動的管理，規(guī)范其空中交通管理的辦法。
2016年，《關(guān)于促進(jìn)通用航空業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，低空空域定義由1000米以下，提升到3000米以下。
2015年，《輕小型無人機(jī)運(yùn)行試行規(guī)定》，起飛全重7公斤以上無人機(jī)，必須接入“電子圍欄”，不得在禁飛區(qū)使用無人機(jī)，無人機(jī)駕駛員需要持有操作執(zhí)照。
2014年，《低空空域使用管理規(guī)定（試行）》征求意見稿，將低空空域分為管制空域、監(jiān)視空域和報告空域，其中涉及監(jiān)視、報告空域的飛行計劃，企業(yè)需向空軍和民航局報備。
2013年，《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》，由中國AOPA協(xié)會負(fù)責(zé)民用無人機(jī)的相關(guān)管理。
劃定禁飛區(qū)、無人機(jī)摸底統(tǒng)計、操作員實名制，國內(nèi)無人機(jī)相關(guān)法律法規(guī)監(jiān)管政策，整體趨嚴(yán)，彰顯政府推進(jìn)行業(yè)規(guī)范化發(fā)展的決心。
六、無人機(jī)行業(yè)未來發(fā)展趨勢
民用消費(fèi)級無人機(jī)，持續(xù)高速增長
民用消費(fèi)級無人機(jī)市場的高速增長不可避免。輕質(zhì)復(fù)合材料、通信系統(tǒng)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件，飛控技術(shù)的成熟，使得多旋翼無人機(jī)操作更靈活、更便利。受惠于產(chǎn)業(yè)鏈成熟，傳感器、磁羅盤等零配件成本減少，消費(fèi)級無人機(jī)價格大幅降低，無人機(jī)與攝像頭的結(jié)合在民用航拍、影視航拍等場景得到了廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)銷售級市場的突破。
民用工業(yè)級無人機(jī)，技術(shù)突破前較難實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用
民用工業(yè)級無人機(jī)續(xù)航時間有待提升，目前有效續(xù)航時間普遍未超過30分鐘；工業(yè)級無人機(jī)飛行穩(wěn)定性有待提升，在風(fēng)、雨、雪等復(fù)雜環(huán)境下無人機(jī)飛行穩(wěn)定性較差，還需改進(jìn)；工業(yè)級無人機(jī)負(fù)載能力有待提升，小型工業(yè)無人機(jī)載重較差，制約在農(nóng)藥噴灑、物流等場景的應(yīng)用。農(nóng)林、安防、電力三個領(lǐng)域的，受限于續(xù)航、載重、穩(wěn)定性因素制約，在技術(shù)突破前，較難實現(xiàn)民用工業(yè)級無人機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用。另外工業(yè)級無人機(jī)的價格昂貴，在追求投資收益的生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，也是需要考慮的現(xiàn)實問題。
系留無人機(jī)，應(yīng)用場景廣闊
在電池技術(shù)未突破，無人機(jī)續(xù)航問題未解決前，一種通過外接電線的系留無人機(jī)值得關(guān)注。系留無人機(jī)是將無人機(jī)和系留綜合纜繩結(jié)合起來實現(xiàn)的無人機(jī)系統(tǒng)。系留無人機(jī)通過光電綜合纜繩給無人機(jī)傳輸電能，使無人機(jī)可以不受電能限制而長時間停留在空中，其結(jié)構(gòu)大小、制作材料可以根據(jù)應(yīng)用需求來靈活設(shè)計，機(jī)動性較強(qiáng)，很好的滿足了部分工作環(huán)境對無人機(jī)長時間滯空需求。系留無人機(jī)減輕了電池負(fù)荷，通過一根電線為無人機(jī)提供電能，同時利用電線對無人機(jī)進(jìn)行有線控制、圖像傳輸具有極高的抗干擾能力。由于是地面電源有線輸入，理論上系留無人機(jī)可以無限滯空作業(yè)。在不需要無人機(jī)大范圍機(jī)動的定位觀察、基地安全、景區(qū)監(jiān)測、地質(zhì)勘測、野外作業(yè)、森林防火、應(yīng)急通信、公安反恐、交通監(jiān)管、新聞采訪、工程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、影視拍攝、科學(xué)研究、國防軍工等領(lǐng)域，有廣泛應(yīng)用前景。
無人機(jī)千機(jī)編隊文藝演出，將成獨(dú)立的商業(yè)模式
數(shù)千架無人機(jī)編隊飛行表演，在廣州、成都、西安等多地上演，數(shù)千架無人機(jī)可以進(jìn)行復(fù)雜的編隊飛行，組成的不同的圖案與主題，且不會發(fā)生碰撞。強(qiáng)烈的視覺震撼，已經(jīng)獲得市場的廣泛認(rèn)可。無人機(jī)千機(jī)編隊表演，無數(shù)“螢火蟲”點亮夜空，已經(jīng)成為獨(dú)立商業(yè)模式，將持續(xù)擴(kuò)大影響。
無人機(jī)相關(guān)行業(yè)監(jiān)管政策，將逐步趨嚴(yán)
無人機(jī)在推廣和使用過程中，出現(xiàn)了一系列的安全隱患和監(jiān)管漏洞，比如誤闖禁飛區(qū)、小區(qū)飛行干擾休息等，這類現(xiàn)象對公共安全和個人權(quán)益造成一定影響，政策層面在不斷完善和加強(qiáng)無人機(jī)領(lǐng)域的專項管理。由于國內(nèi)對公共安全領(lǐng)域的高度關(guān)注，無人機(jī)監(jiān)管政策總體趨嚴(yán)。
