淺談多旋翼無人機(jī)應(yīng)用及前景

李先超

【摘? 要】多旋翼無人機(jī)與固定翼無人機(jī)相比，大多機(jī)型小巧，結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，控制靈活，反應(yīng)迅速，性價(jià)比高，智能化程度高，益于搭載相關(guān)測(cè)量模塊等優(yōu)點(diǎn)。本文以多旋翼無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為切入點(diǎn)，介紹了多旋翼無人機(jī)常見應(yīng)用，結(jié)合5G通信技術(shù)及人工智能的快速發(fā)展，對(duì)多旋翼無人機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行了展望，為以后多旋翼無人機(jī)應(yīng)用發(fā)展方向提供參考。

【關(guān)鍵詞】多旋翼無人機(jī);優(yōu)點(diǎn);應(yīng)用;展望

1. 多旋翼無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

20世紀(jì)90年代后期，隨著自動(dòng)控制理論、多旋翼動(dòng)力學(xué)模型、非線性估計(jì)算法、新材料以及電池技術(shù)的快速發(fā)展，多旋翼無人機(jī)所需技術(shù)走向成熟，導(dǎo)致其近年來呈現(xiàn)出井噴式的發(fā)展，應(yīng)用也愈加廣泛，這也是由其優(yōu)勢(shì)所決定的：一是可垂直起降、懸停、側(cè)飛、倒飛，飛行穩(wěn)定，易于編隊(duì)、協(xié)作完成任務(wù);二是體積小、重量輕、噪聲小、隱蔽性好，適合多平臺(tái)、多空間使用;三是冗余度高、安全性好，旋翼數(shù)大于6的多旋冀飛行器自身有容錯(cuò)功能，在旋翼單一或成對(duì)出現(xiàn)故障時(shí)仍能安全降落;四是槳葉多采用固定螺距，易于制造，飛行危險(xiǎn)性小;五是整體結(jié)構(gòu)簡單，相比傳統(tǒng)主流直升機(jī)更易于維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性較高。

2. 多旋翼無人機(jī)常見應(yīng)用

多旋翼無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)決定了其應(yīng)用前景，在日常生活中多旋翼無人機(jī)常見應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1空中拍攝

空中拍攝為日常生活中最常見應(yīng)用技術(shù)，同時(shí)在許多行業(yè)內(nèi)都有體現(xiàn)。一些影視公司和攝影愛好者利用多旋翼無人機(jī)可在空中懸停的特點(diǎn)，搭載高清攝像機(jī)載荷，可以拍攝出一些高難度的素材。公安機(jī)關(guān)利用多旋翼無人機(jī)噪聲小、隱蔽性好這一優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合空中拍攝技術(shù)對(duì)一些犯罪分子的實(shí)時(shí)拍攝和犯罪證據(jù)的取證。測(cè)繪部門利用多旋翼無人機(jī)可以在山間靈活穿梭、低速飛行、懸停觀察等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)一些環(huán)境惡劣，人工測(cè)量難度大的高山等進(jìn)行不同角度的拍攝，能夠極大提高拍攝的精度，掌握準(zhǔn)確信息，為處置突發(fā)情況時(shí)，提供有力保障。以上只是列舉了我們將這一技術(shù)應(yīng)用到比較常見行業(yè)工作中，還有許多行業(yè)也正在逐步結(jié)合這一應(yīng)用，用科技手段提高工作效率。

2.2電力巡檢

日常電力巡線方式為人工通過望遠(yuǎn)鏡和肉眼進(jìn)行觀察，這種巡線方式效率低、觀察不全面、受外界環(huán)境影響較大。使用多旋翼無人機(jī)對(duì)輸電線路進(jìn)行巡檢，可以近距離的在空中對(duì)輸電線路進(jìn)行全方位、多角度觀察，通過懸停對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行檢查、拍攝。同時(shí)還能夠在復(fù)雜地形和惡劣天氣的情況下獲取最佳現(xiàn)場(chǎng)信息，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)方式巡視有死角的缺點(diǎn)。針對(duì)一些地形復(fù)雜多高山溝壑地區(qū)，線路徑直距離短，不方便人和汽車通行，需要通過長時(shí)間的行駛才能到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)，但通過操作無人機(jī)可以直接飛到下一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)直接觀測(cè)，進(jìn)而節(jié)省了大量時(shí)間，從而提高一線電力巡檢人員的工作效率。

2.3物資投送

傳統(tǒng)的物資運(yùn)輸方式主要有空運(yùn)、海運(yùn)和陸運(yùn)，不同的運(yùn)輸方式有著不同的優(yōu)點(diǎn)，但這些運(yùn)送方式大多受自然環(huán)境影響嚴(yán)重，針對(duì)一些偏遠(yuǎn)地區(qū)由于交通不便導(dǎo)致一些急需物資無法急時(shí)送達(dá)，因此有可能對(duì)人民的生命安全造成嚴(yán)重威脅。多旋翼無人機(jī)對(duì)飛行環(huán)境要求較低，同時(shí)易于操作、定位準(zhǔn)，載重能力也在持續(xù)增加，可在空中完成懸停，因此在一定程度上能完成應(yīng)急物資的精準(zhǔn)投送。如在新冠疫情期間，順豐無人機(jī)完成了對(duì)銀潭醫(yī)院防疫物資的精準(zhǔn)投送，避免了道路限行和小區(qū)封閉等因素的影響，也有效的杜絕了人員之間的接觸。

2.4通信中繼

我國地貌環(huán)境復(fù)雜，多山地、丘陵和高原，當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，常會(huì)導(dǎo)致公共通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓、衛(wèi)星通信系統(tǒng)飽和等問題，從而導(dǎo)致通信失聯(lián)狀況。一些災(zāi)區(qū)處于交通不便地區(qū)，因此通訊設(shè)備搶修極為困難，短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常通訊不太可能，這對(duì)于搶險(xiǎn)救災(zāi)來說是非常不利的。此時(shí)多旋翼無人機(jī)就可以攜帶通信中繼設(shè)備，充當(dāng)一個(gè)通訊基站，構(gòu)建成應(yīng)急局域網(wǎng)，保障通訊暢通。目前系留無人機(jī)通過攜帶足夠的化學(xué)燃料可使其滯空時(shí)間數(shù)十小時(shí)之久甚至更長，因此依托無人機(jī)組建完善的通信系統(tǒng)是完全可行的，確保了災(zāi)區(qū)與后方搶險(xiǎn)部門之間的通訊。

3. 多旋翼無人機(jī)的應(yīng)用展望

隨著自動(dòng)控制理論、多旋翼動(dòng)力學(xué)模型、非線性估計(jì)算法、新材料以及電池技術(shù)的快速發(fā)展，多旋翼無人機(jī)所需技術(shù)走向成熟，使多旋翼無人機(jī)運(yùn)行也越來越穩(wěn)定，同時(shí)在應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)也逐漸顯現(xiàn)出來，將多旋翼無人機(jī)與相應(yīng)的地面控制系統(tǒng)結(jié)合形成平臺(tái)，多旋翼無人機(jī)應(yīng)用平臺(tái)價(jià)值也可以更好的體現(xiàn)。5G通信技術(shù)的到來，使頻譜利用效率、可靠性提高，時(shí)延大大縮短，能源消耗大大降低，憑借著5G通訊技術(shù)無限的發(fā)展?jié)摿Γ嘈頍o人機(jī)將在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用方面得到挖掘，下面將結(jié)合現(xiàn)有成熟技術(shù)和無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)對(duì)未來應(yīng)用進(jìn)行展望：

3.1 多無人機(jī)協(xié)同

隨著多智能體控制技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，以及多智能體協(xié)調(diào)一致性和編隊(duì)隊(duì)形算法的成熟并在實(shí)物中得到應(yīng)用，結(jié)合多旋翼無人機(jī)操控方便、數(shù)學(xué)模型益于建立，使多臺(tái)無人機(jī)智能協(xié)同完成任務(wù)成為可能。無人機(jī)的多臺(tái)協(xié)同可以體現(xiàn)出比傳統(tǒng)的單臺(tái)無人機(jī)更加卓越的協(xié)調(diào)性、智能性和完整性。因此無人機(jī)的應(yīng)用逐步從單個(gè)向“集群”的方向發(fā)展。

3.2 無人駕駛汽車與無人機(jī)相結(jié)合

近年來隨著傳感器產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，應(yīng)用模式也日漸成熟，促進(jìn)了無人駕駛汽車的飛速發(fā)展，無人駕駛汽車是集自動(dòng)控制、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，通過車載傳感系統(tǒng)感知到道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的智能汽車。隨著無人機(jī)平臺(tái)技術(shù)和機(jī)載遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的軌跡進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自主飛行。將無人駕駛技術(shù)與多旋翼無人機(jī)相結(jié)合可以有效的解決多旋翼無人機(jī)飛行時(shí)間短、電量不足等問題。

3.3 VR技術(shù)結(jié)合無人機(jī)應(yīng)用

VR是促使真實(shí)世界信息和虛擬世界信息內(nèi)容之間綜合在一起較新的技術(shù)內(nèi)容，將原本在現(xiàn)實(shí)世界的空間范圍中比較難以進(jìn)行體驗(yàn)實(shí)體信息在電腦等科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)施模擬仿真處理，疊加將虛擬內(nèi)容在真實(shí)世界中加以有效運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。真實(shí)環(huán)境和虛擬物體之間重疊之后，能夠在同一個(gè)畫面以及空間中同時(shí)存在。在5G之前，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和帶寬是制約AR市場(chǎng)發(fā)展的一個(gè)重要原因，隨著5G技術(shù)的到來AR的一些技術(shù)局限問題也得到了解決。5G憑借全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提供峰值10Gbps以上的帶寬、毫秒級(jí)時(shí)延和超高密度連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的飛躍?？蓪⒍嘈頍o人機(jī)實(shí)時(shí)采集的圖像和視屏等信息通過5G站點(diǎn)傳輸?shù)街笓]中心，然后與AR圖像采集處理模塊相結(jié)合，再通過AR頭盔使用戶體驗(yàn)高清現(xiàn)場(chǎng)畫面，遠(yuǎn)端用戶人員便可獲得第一視角AR體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了身臨其境的效果。

4. 結(jié)束語

隨著多旋翼無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展和5G信息時(shí)代的到來，結(jié)合人工智能、通信、圖像識(shí)別等高端技術(shù)，形成相對(duì)完善的無人機(jī)控制系統(tǒng)，使其應(yīng)用在日常生活中更加完善，但有些應(yīng)用只是停留在理論層面上，還沒有實(shí)際完成，所以在未來的發(fā)展過程中仍需做好研究工作。

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