民用固定翼無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀以及未來展望

丁宇 李書文

摘要

隨著無人機(jī)在生活中的普及，越來越多的行業(yè)領(lǐng)域也開始使用無人機(jī)提供幫助，固定翼無人機(jī)因其飛行距離長，巡航面積大，巡航技術(shù)相對成熟等特點(diǎn)，常作為無人機(jī)航測、水土保持、物探等工作的專用平臺(tái)，但是對于目前的技術(shù)來說還是有許多的缺陷文章通過對2005-2018年關(guān)于固定冀無人機(jī)現(xiàn)狀的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析整理，將固定冀無人機(jī)發(fā)展所面對的主要問題進(jìn)行闡述與分析，并展望了固定冀無人機(jī)在我國的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】固定翼無人機(jī) 發(fā)展現(xiàn)狀 展望

無人駕駛飛機(jī)簡稱無人機(jī)，與載人飛機(jī)相比，無人機(jī)具有體積小，造價(jià)低，使用方便，起落環(huán)境要求低等特點(diǎn)，最初研制用于軍事用途，被用于偵察、靶機(jī)等方面，由于民用需求的日益提升，無人機(jī)技術(shù)作為一項(xiàng)新興技術(shù)被投入民用市場。民用無人機(jī)逐步進(jìn)入各個(gè)行業(yè)視野之內(nèi)，被用于航拍、測繪、植保、救災(zāi)、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)方面。截至2017年底，我國航拍無人機(jī)市場規(guī)模達(dá)40億元，增長率達(dá)86.5%。固定翼無人機(jī)技術(shù)在多個(gè)無人機(jī)平臺(tái)中相對成熟，且因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的原因，其氣動(dòng)效率更高，續(xù)航與載重量更為優(yōu)秀。在各個(gè)行業(yè)中占據(jù)一定比重，在航測作業(yè)，水土保持，地球物理勘探中尤甚。固定翼無人機(jī)的弊端也隨著應(yīng)用的不斷深入而逐漸顯現(xiàn)。本文通過對2005-2018年關(guān)于固定翼無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析整理。發(fā)掘闡述并分析限制其發(fā)展的主要矛盾，并對其未來發(fā)展進(jìn)行展望。

1 研究方法

1.1 文獻(xiàn)納入和排除標(biāo)準(zhǔn)

1.1.1 納入標(biāo)準(zhǔn)

（1）文獻(xiàn)類型：現(xiàn)況研究、綜述研究;

（2）文獻(xiàn)的時(shí)間和語言：2005-2018年，中文文獻(xiàn);

（3）研究內(nèi)容：航測無人機(jī)目前的應(yīng)用、技術(shù)缺陷、未來展望。

1.1.2 排除標(biāo)準(zhǔn)

（1）評論、書信、科普信息和會(huì)議簡報(bào)等

（2）無人機(jī)中無關(guān)航測固定翼無人機(jī)的文獻(xiàn)。

1.2 文獻(xiàn)檢索資源

1.2.1 中文數(shù)據(jù)庫

中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)。

1.2.2 其他來源

Baidu、Google等大型搜索引擎的學(xué)術(shù)搜索。

1.3 文獻(xiàn)檢索詞及策略

1.3.1 主要檢索詞

無人機(jī)、航測、UAV、固定翼飛機(jī)。

1.3.2 文獻(xiàn)檢索策略

根據(jù)確定的檢索詞，采用主題詞、關(guān)鍵詞和全文檢索，確定文獻(xiàn)類型為綜述，檢索年限為2005年1月1日至2018年8月18日的文獻(xiàn)及資料。

1.4 文獻(xiàn)篩選及流程

將初步檢索的文獻(xiàn)導(dǎo)入MarkDown，仔細(xì)閱讀文獻(xiàn)的標(biāo)題和摘要，排除掉明顯不相關(guān)的文獻(xiàn)，而后仔細(xì)閱讀與研究內(nèi)容相關(guān)的文獻(xiàn)全文，根據(jù)納入和排除標(biāo)準(zhǔn)納入有關(guān)無人機(jī)的航測固定翼無人機(jī)的相關(guān)文獻(xiàn)資料。

2 結(jié)果

通過對文獻(xiàn)進(jìn)行整理發(fā)掘，阻礙固定翼無人機(jī)發(fā)展因素主要分為四個(gè)方面，分別為硬件技術(shù)、零件生產(chǎn)、國家政策以及分支應(yīng)用需求。其中硬件技術(shù)因素為主要矛盾核心，零件生產(chǎn)因素為行業(yè)健康發(fā)展的重要保障，國家政策因素為行業(yè)應(yīng)用提供安全合法保障，分支應(yīng)用需求為各個(gè)行業(yè)應(yīng)用固定翼無人機(jī)的特殊需求，為次要矛盾。以下進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 硬件技術(shù)因素對固定翼無人機(jī)的影響

2.1.1 電池問題

現(xiàn)有民用無人機(jī)多采用鋰聚合物電池作為電源為機(jī)身各設(shè)備供電，鋰聚合物電池相對質(zhì)量輕，可減小固定翼無人機(jī)載荷，但其缺陷也非常明顯，主要有三個(gè)問題，一為電池容量小，無法滿足更高的巡航需求，此問題為限制無人機(jī)續(xù)航的關(guān)鍵，急需技術(shù)革新;二為充電不便，無人機(jī)用鋰聚合物電池充電要求相對較高，不可過充過放，超出時(shí)間則會(huì)對電池造成不可逆損害。另外，滿電或缺電狀態(tài)長時(shí)間存放極易損壞電芯也是一大問題。三為鋰電池本身劣勢部分——在低溫情況下性能不佳，常表現(xiàn)為放電平臺(tái)下降，輸出功率降低，可用電量衰減等。固定翼無人機(jī)高空高速作業(yè)時(shí)的低溫環(huán)境影響了電池的壽命及性能。

2.2 零件生產(chǎn)因素對固定翼無人機(jī)的影響

2.2.1 生產(chǎn)廠家規(guī)模與技術(shù)水平存在不足無法斷電續(xù)飛

民用無人機(jī)行業(yè)發(fā)展時(shí)間尚短，生產(chǎn)廠家良莠不齊，目前我國的固定翼無人機(jī)生產(chǎn)廠家主要分為兩類：一類為從軍工研究所或航空集團(tuán)引用軍用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行民用化的廠家;另一類為原航模飛機(jī)的民營生產(chǎn)廠家，轉(zhuǎn)型生產(chǎn)民用固定翼無人機(jī)，前者往往具有更為成熟的技術(shù)，但其成本也更高，這類廠家所接受的軍工任務(wù)十分飽滿，無暇投入民用方面。后者在技術(shù)上相對落后，盡管豐富的航模制造經(jīng)驗(yàn)，但由于航模與無人機(jī)性質(zhì)不同，無人機(jī)需要更穩(wěn)定，更安全，更大的載荷;導(dǎo)致其產(chǎn)出的無人機(jī)存在著安全隱患或不能達(dá)到要求。

2.2.1 生產(chǎn)零件質(zhì)量尚未有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

由于民用無人機(jī)行業(yè)廠家眾多，固定翼無人機(jī)型號(hào)更是數(shù)不勝數(shù)，結(jié)構(gòu)上也不盡相同。零件生產(chǎn)上難有明確質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。上節(jié)提到關(guān)于電池在低溫環(huán)境下的失能問題，除此之外，無人機(jī)飛控硬件設(shè)備壽命，在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性也是保障無人機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，嚴(yán)格把控每一步生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對零件進(jìn)行耐疲勞與耐溫度測試，能夠大幅降低無人機(jī)的故障率，從另一角度，廠家生產(chǎn)的無人機(jī)如果經(jīng)常故障，甚至造成意外損失，也將不利于行業(yè)的自身發(fā)展。故應(yīng)完善零件相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為行業(yè)健康發(fā)展提供保障。

2.3 國家政策因素對固定冀無人機(jī)的影響

2.3.1 飛手相關(guān)執(zhí)照執(zhí)行力度不足

隨著無人機(jī)行業(yè)的發(fā)展，越來越的人們開始購買無人機(jī)，從十二三歲的孩子到四五十歲的中年人都開始使用無人機(jī)。無人機(jī)的類型也大不相同，有航空拍攝、農(nóng)業(yè)植保、航空測繪，其中多旋翼無人機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，成本低，操控安全，操作較為簡單的特點(diǎn)，在空曠地帶實(shí)際操作一段時(shí)間即可上手，其飛行速度慢的特點(diǎn)使得其不易出現(xiàn)安全事故。但是固定翼無人機(jī)則不同，飛手需要較強(qiáng)的空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)的知識(shí)基礎(chǔ)，并且操作它的難度也較高。固定翼無人機(jī)飛行速度快，較多旋翼無人機(jī)飛行高度高，新手如果未經(jīng)訓(xùn)練，常造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至出現(xiàn)傷害事故?，F(xiàn)在許多無人機(jī)商家常聯(lián)合培訓(xùn)機(jī)構(gòu)開設(shè)了固定翼無人機(jī)的操控培訓(xùn)，以降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

雖有培訓(xùn)機(jī)構(gòu)為飛手提供專業(yè)培訓(xùn)，但這些培訓(xùn)機(jī)構(gòu)頒發(fā)的無人機(jī)駕駛合格證未被國家所承認(rèn)，這使得許多新手并沒有意識(shí)要去這些專業(yè)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行學(xué)習(xí)的必要性，也導(dǎo)致了在操作航測固定翼無人機(jī)時(shí)出現(xiàn)安全隱患得概率大大增加。相信在未來隨著民用無人機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，國家出臺(tái)相關(guān)政策，飛手的相關(guān)資格也會(huì)不斷完備，安全隱患將會(huì)大幅降低。

2.3.2 低空領(lǐng)域尚未放開

隨著無人機(jī)行業(yè)規(guī)模的井噴式發(fā)展，固定翼無人機(jī)的數(shù)量不斷提高，對空中交通造成了一定的影響，目前國內(nèi)低空領(lǐng)域尚未開放，飛手的限飛區(qū)與禁飛區(qū)意識(shí)不強(qiáng)，對空中交通秩序影響嚴(yán)重，對民航飛行安全與旅客人身安全有極大威脅。在這方面，需要國家組織相關(guān)部門制定并完善飛手行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開放固定翼無人機(jī)可以飛行的相關(guān)區(qū)域，法律健全，才能促進(jìn)固定翼無人機(jī)的行業(yè)應(yīng)用發(fā)展。

2.4 分支應(yīng)用對固定冀無人機(jī)的影響

分支應(yīng)用是指各行各業(yè)對于固定翼無人機(jī)的特殊需求，如航測用固定翼無人機(jī)較高的攝像成像需求，運(yùn)輸用固定翼無人機(jī)要求更大的載荷等，其中航測為固定翼無人機(jī)的優(yōu)勢應(yīng)用，應(yīng)用相對更為深入，對固定翼無人機(jī)需求更高，故單獨(dú)列出進(jìn)行闡述。

2.4.1 航測相機(jī)的標(biāo)定

固定翼無人飛行高度高，速度快，使其對航測相機(jī)要求高，低像素如2400萬像素，2000萬像素的相機(jī)無法滿足航測行業(yè)需求，降低速度雖然可以使得航測更為清晰，但抗風(fēng)能力也會(huì)相對減弱，作業(yè)難度加大;地形變化，高度較大的樹木與建筑物也常對其航測造成一定誤差，相機(jī)標(biāo)定將提高航測的精準(zhǔn)度，有利于航測作業(yè)進(jìn)行。

2.4.2 航線規(guī)劃缺乏智能

目前，無人機(jī)的飛控系統(tǒng)對于無人機(jī)的飛行安全方面設(shè)計(jì)較為完善，如禁限飛區(qū)設(shè)置，低電量返航，失聯(lián)返航，避障功能等，但在航線規(guī)劃、定時(shí)定點(diǎn)的拍照功能等方面，盡管有第三方軟件彌補(bǔ)，但其效果仍達(dá)不到使用需求，這與飛控系統(tǒng)的編寫設(shè)計(jì)相關(guān)，完善這部分控制系統(tǒng)，將使得其在實(shí)際工作中更加高效，如針對相對地面高度變化的航線規(guī)劃可使得航測精準(zhǔn)度提升等。

2.5 討論

經(jīng)過總結(jié)分析，以上問題中有些需要靠技術(shù)發(fā)展突破，有些通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定實(shí)施，相關(guān)政策出臺(tái)進(jìn)行調(diào)控管理。

3 展望

通過文獻(xiàn)的分析總結(jié)，筆者認(rèn)為，盡管硬件技術(shù)為固定翼無人機(jī)發(fā)展的主要矛盾，但出臺(tái)相關(guān)政策，完善行業(yè)法律法規(guī)、加大相關(guān)剛需行業(yè)的政策扶持才是重中之重。民用無人機(jī)是新興行業(yè)，只有完善健全了法律法規(guī)，行業(yè)發(fā)展才不會(huì)出現(xiàn)畸形，甚至夭折。技術(shù)方面，隨著商業(yè)需求的日益提升，技術(shù)研究方面的資金自然加大，研究力量也會(huì)逐步提高，現(xiàn)階段的技術(shù)問題也將逐個(gè)擊破，無人機(jī)成本也會(huì)逐漸下降，行業(yè)應(yīng)用才會(huì)更加廣泛，從而在良性循環(huán)中發(fā)展下去。

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