[知识库] 史上最全最专业无人机知识普及

hensuibian ???级别:?管理员 ??UID:??1??? 发表于 2016-10-8 18:30:02 | 只看该作者cc国际网投代理贴吧 |只看大图 |倒序浏览 |阅读模式 [复制链接] 打印
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' o7 W4 x4 y6 r1 \" i? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??? 无人机是什么无人机是无人驾驶飞机的简称(Unmanned Aerial Vehicle),是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机,包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器(20-100公里空域),如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看,无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务,可以被看做是“空中机器人”。
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按照不同平台构型来分类,无人机可主要有固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三大平台,其它小种类无人机平台还包括伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等。固定翼无人机是军用和多数民用无人机的主流平台,最大特点是飞行速度较快;无人直升机是灵活性最强的无人机平台,可以原地垂直起飞和悬停;多旋翼(多轴)无人机是消费级和部分民用用途的首选平台,灵活性介于固定翼和直升机中间(起降需要推力),但操纵简单、成本较低。* p' P- k2 Q1 l: C
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按不同使用领域来划分,无人机可分为军用、民用和消费级三大类,对于无人机的性能要求各有偏重:" w" o1 g??]9 q1 G* j# ~
1)军用无人机对于灵敏度、飞行高度速度、智能化等有着更高的要求,是技术水平最高的无人机,包括侦察、诱饵、电子对抗、通信中继、靶机和无人战斗机等机型;8 {* _8 h6 M- b2 i' d) d9 m
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2)民用无人机一般对于速度、升限和航程等要求都较低,但对于人员操作培训、综合成本有较高的要求,因此需要形成成熟的产业链提供尽可能低廉的零部件和支持服务,目前来看民用无人机最大的市场在于政府公共服务的提供,如警用、消防、气象等,占到总需求的约70%,而我们认为未来无人机潜力最大的市场可能就在民用,新增市场需求可能出现在农业植保、货物速度、空中无线网络、数据获取等领域;
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3)消费级无人机一般采用成本较低的多旋翼平台,用于航拍、游戏等休闲用途。 {$ k5 A) f$ ^

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" U8 V6 |7 {7 b??B. V9 _0 ]& G. p  图:世界民用无人机使用领域构成。
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二无人机技术难点
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* X5 c: O! ^, G* f& ]' [1、飞控系统是无人机的“驾驶员”-更精确、更清晰9 n5 N& d* w5 R8 o9 k
飞控子系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统,飞控对于无人机相当于驾驶员对于有人机的作用,我们认为是无人机最核心的技术之一。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分,实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。- n' @& m. h- O( |. v

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  图:飞机架构。
, a1 C- K2 ^3 P7 Y& B其中,机身大量装配的各种传感器(包括角速率、姿态、位置、加速度、高度和空速等)是飞控系统的基础,是保证飞机控制精度的关键,在不同飞行环境下、不同用途的无人机对传感器的配置要求也不同。未来对无人机态势感知、战场上识别敌我、防区外交战能力等方面的需求,要求无人机传感器具有更高的探测精度、更高的分辨率,因此国外无人机传感器中大量应用了超光谱成像、合成孔径雷达、超高频穿透等新技术。
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2、导航系统是无人机的“眼睛”,多技术结合是未来方向% S* A3 `$ D8 s9 W
导航系统向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态,引导无人机按照指定航线飞行,相当于有人机系统中的领航员。无人机载导航系统主要分非自主(GPS等)和自主(惯性制导)两种,但分别有易受干扰和误差积累增大的缺点,而未来无人机的发展要求障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能,需要高精度、高可靠性、高抗干扰性能,因此多种导航技术结合的“惯性 多传感器 GPS 光电导航系统”将是未来发展的方向。
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3、动力系统-涡轮有望逐步取代活塞,新能源发动机提升续航能力" u0 |" v# l: X0 o
不同用途的无人机对动力装置的要求不同,但都希望发动机体积小、成本低、工作可靠:1)无人机目前广泛采用的动力装置为活塞式发动机,但活塞式只适用于低速低空小型无人机;2)对于一次性使用的靶机、自杀式无人机或导弹,要求推重比高但寿命可以短(1-2h),一般使用涡喷式发动机;3)低空无人直升机一般使用涡轴发动机,高空长航时的大型无人机一般使用涡扇发动机(美国全球鹰重达12t);4)消费级微型无人机(多旋翼)一般使用电池驱动的电动机,起飞质量不到100克、续航时间小于一小时。 w% l1 M2 h9 d* A* }8 S; @) F

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/ F' r2 ]6 N6 K) t# ^; T% D8 D. i往前看,我们认为随着涡轮发动机推重比、寿命不断提高、油耗降低,涡轮将取代活塞成为无人机的主力动力机型,太阳能、氢能等新能源电动机也有望为小型无人机提供更持久的生存力。
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4、数据链是“放风筝的线”?从独立专用系统向全球信息格栅(GIG)过渡' z$ I8 N6 u2 Q" k: j
数据链传输系统是无人机的重要技术组成,负责完成对无人机遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输,上行数据链实现对无人机遥控、下行数据链执行遥测、数据传输功能。普通无人机大多采用定制视距数据链,而中高空、长航时无人机则都会采用视距和超视距卫通数据链。1 w3 a( Y??d$ ^) g) n' f
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9 l$ N' `1 n* q现代数据链技术的发展推动者无人机数据链向着高速、宽带、保密、抗干扰的方向发展,无人机实用化能力将越来越强。往前看,随着机载传感器、定位的精细程度和执行任务的复杂程度不断上升,对数据链的贷款提出了很强的要求,未来随着机载高速处理器的突飞猛进,预计几年后现有射频数据链的传输速率将翻倍,未来在全天候要求低的领域可能还将出现激光通讯方式。
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从美国制定的无人机通信网络发展战略上看,数据链系统从最初IP化的传输、多机互连网络,正在向卫星网络转换传输,以及最终的完全全球信息格栅(GIG)配置过渡,为授权用户提供无缝全球信息资源交互能力,既支持固定用户、又支持移动用户。
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/ r9 I. l- v) @& A8 t3 q. M3 I- ?三无人机发展缘起
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1、军用技术溢出,成本下降引爆民用市场??[$ T, p) z2 J
战争是无人机发展的头号牵引力,20世纪末经历三大技术发展浪潮 J8 F0 I0 B0 h! d3 }
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- e8 E- ~# D9 C& M毫无疑问,无人机发展的初期是为了纯粹的军事用途:一战时期英国研制的世界第一款无人机被定义为“会飞的炸弹”,二战时期德军已经开始大量应用无人驾驶轰炸机参战;二战后无人机研发的中心出现在美国和以色列,用途延伸至战地侦察和情报搜集,无人机被派往朝鲜、越南和海湾战场协助美军和以色列军队作战。正是由于无人机在侦查方面低成本、控制灵活、持续时间长的天然优势,各国军队相继投入大量经费研发无人机系统。
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无人机技术在20世纪末经历了三次发展浪潮、真正进入了第一个“黄金时代”:1)1990年后,全球共有30多个国家装备了师级(大型)战术无人机系统,代表机型有美国“猎人”、“先驱者”,以色列“侦察兵”、“先锋”等;2)1993年后,中高空长航时军用无人机得到迅速发展,以美国“蒂尔”无人机发展计划为代表,在波黑战争中大放异彩;3)20世纪末,旅团级(中小型)固定翼和旋翼战术无人机系统出现,其体积小、价格更低、机动性好,标志着无人机进入大规模应用时代。
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; D6 y' v4 ?( D0 i5 g早期的航空技术解决的是无人机能够飞行的问题,而20世纪80年代以来现代技术的发展为无人机更高的飞行性能、更好的可靠性提供了条件,其中:1)智能化:自主飞控技术、急剧攀升的计算机处理能力推动无人机向智能化发展,真正成为“会思考”的空中机器人;2)高速带宽:高速宽带网数据链实现无人机组网和互相连通,无人机编组、空地装备联合成为可能;3)更轻的材料和传感器:材料科学和微机电技术进一步减轻无人机平台重量、提高精确度;4)更强的续航能力:电池续航能力的大幅上升,以及新能源技术赋予无人机更长的飞行时间。
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2、技术向民用外溢,无人机产业化进入普及时代6 _6 N$ Q# ]3 f
由于军用无人机在”3D”(DULL,DIRTY,DANGEROUS)环境下执行任务的显着优势以及灵活机动的特性,民用各行各业对无人机的应用也翘首以盼。但相比军用无人机近百年的发展历史,民用无人机在上世纪80年代军用无人机的现代系统得到大发展的基础上才开始尝试应用,各领域全面开花应用只有10余年时间。 Q# r; `5 R% S& O5 c5 u
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日本的民用无人机开发较早:早在1983年雅马哈公司采用摩托车发动机,开发了一种用于喷洒农药的无人直升机,1989年其成为实际首架成功用于试飞的无人直升机,2002年CERP公司及发明一款JAXA多用途民用无人机;2003年开始,耗时3年,岐阜工业协会先后开发了4代无人机产品,主要应用于森林防火、地震灾害评估等领域;
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- d??A& v& y9 {' t1 Y美国NASA牵头成立世界级无人机应用中心:2003年美国NASA成立世界级的无人机应用中心,专门研究装有高分辨率相机传感器无人机的商业应用。
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近年美国国家海洋和大气管理局用无人机追踪热带风暴有关数据,借此完善飓风预警模型。2007年森林大火肆虐时,美国宇航局使用“伊哈纳”(Ikhana)的无人机来评估大火的严重程度,以及灾害的损失估算工作。2011年墨西哥湾钻井平台爆炸后艾伦实验室公司的无人机协助溢油监测和溢油处理等。
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0 i( {??^7 g0 T3 Z( T: b以色列也专门组建了一个民用无人机及其工作模式的试验委员会,2008年给予“苍鹭“无人机非军事任务执行证书,并与有关部门合作展开多种民用任务的试验飞行。。
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" Q: i8 }# K* F0 k3 O0 c欧洲在2006年制定并即刻实施的“民用无人机发展路线图”,之后欧盟拟筹够一个泛欧民用无人机协调组织,为解决最关键的空中安全和适航问题提供帮助。
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0 D3 X5 ^: |2 m9 {中国起步早,近年发展较快:中国上世纪80年代,就将自行开发的无人机(脱胎于军用机型)在地图测绘和地质勘探中做了尝试。近些年,专为民用研制额”黔中“1号无人机与2010年顺利首飞,2011你那国产”蜜蜂“28无人机,可全自主起飞、着陆、悬停和航路规划,能应用农业喷洒、电力巡检、防灾应急、航拍测绘、中继通信等。
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: H$ J) P6 t/ b??t7 B! F对于民用领域,无人机仅仅是一个飞行平台,其功能归根到底要通过机载系统中的任务载荷设备来完成。9 A: v* L- [* o' s% ]
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. u$ |# S! _& w) p3 Y和ToB端各行各业无人机领域快速发展相比,近两年ToC消费端航拍、娱乐等市场,受益于无人机各方面技术的成熟和成本的大幅下降,可谓是爆发式发展。深圳大疆成立于06年,10年仅几百万收入,13年高达8亿元,14年近30亿元,15年估值100亿。
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3、硬件产业链成熟、成本下降为民用&消费无人机爆发创造条件3 K) R. k. U$ Y' c, R* i
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??B6 g??\& y, C8 {( L! F近十年民用和消费级无人机市场的兴起,和硬件产业链的成熟、成本曲线不断下降密不可分:随着移动终端的兴起,芯片、电池、惯性传感器、通讯芯片等产业链迅速成熟,成本下降,使智能化进程得以迅速向更加小型化、低功耗的设备迈进。这也给无人机整体硬件的迅速创新和成本下降创造了良好条件:" W4 O, p. X( K4 z

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芯片——目前一个高性能FPGA芯片就可以在无人机上实现双CPU的功能,以满足导航传感器的信息融合,实现无人飞行器的最优控制。
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L) o8 I: Z y4 ?* Y- R) ]惯性传感器——伴随着苹果在iPhone上大量应用加速计、陀螺仪、地磁传感器等,MEMS惯性传感器从2011年开始大规模兴起,6轴、9轴的惯性传感器也逐渐取代了单个传感器,成本和功耗进一步降低,成本仅在几美元。另外GPS芯片仅重0.3克,价格不到5美元。
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Wifi等无线通信——Wifi等通信芯片用于控制和传输图像信息,通信传输速度和质量已经可以充分满足几百米的传输需求。
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电池——电池能量密度不断增加,使得无人机在保持较轻的重量下,续航时间能有25-30分钟,达到可以满足一些基本应用的程度,此外,太阳能电池技术使得高海拔无人机可持续飞行一周甚至更长时间。3 U$ m7 @0 c- e0 a/ p6 ]$ @; u

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相机等——近年来移动终端同样促进了锂电池、高像素摄像头性能的急剧提升和成本下降。- @' O x. U2 E1 Y
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4、飞控系统开源,无人机飞入寻常百姓家: X9 }6 A- A- x% K5 G1 X3 s2 D2 z

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如果说硬件成本下降解决了无人机“身体”的问题,近年来飞控系统开源化的趋势解决了无人机“大脑”的问题,从此无人机不再是军用和科研机构的专利,全世界的商业企业和发烧友都加入了无人机系统设计的大潮中,是引爆民用和消费无人机市场的“爆点”。
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德国MK公司是多旋翼无人机系统开源的鼻祖,其后2011年美国APM公司开放无人机设计平台彻底点燃了市场对无人机系统开发的热情,2012年以后民用和消费无人机进入了加速上行的通道。
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( b" Y$ R. c) C, A. S至今,国际无人机行业已经形成了APM(用户最多)、德国MK(最早的开源系统)、Paparazzi(稳定性高、扩展性强)、PX4和MWC(兼容性强)等五大无人机开源平台。3 O2 |7 E6 W1 U0 w
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' C; O9 q( T" N6 S- V7 D以PPZ(Paparazzi)为例,始于2003年的PPZ是一个软硬件全开源的系统,至今已经形成了不仅覆盖传感器、GPS、自动驾驶软件,同时覆盖地面设备的全套成熟解决方案,既可以驱动固定翼飞机、也可以驱动旋翼机,并且可以通过地面控制软件实时监控飞机飞行的卫星地图。可以说,强大的开源飞控系统已经使得无人机全面进入“用户友好”时代。& z9 S* K- F" k

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' w0 p; l6 f' J5 c6 @$ O4 P2014年10月,着名计算机开源系统公司Linux推出了名为“Dronecode”的无人机开源系统合作项目,将3D Robotics、英特尔、高通、百度等科技巨头纳入项目组,旨在为为无人机开发者提供所需要的资源、工具和技术支持,加快无人机和机器人领域的发展。根据Teal航空市场调研公司的报告,Dronecode项目使未来十年世界无人机研发、测试和评估等活动的总值达到910亿美元。Dronecode开发界面囊括了无人越野车、无人固定翼飞机、无人直升机和各种多轴旋翼无人机等,吸收了APM、PX4等多个平台,进一步推动了系统开发的可视化和友好化。
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5、无人机相关政策:各国政策都处于持续完善中
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- @8 t# j8 ?' c0 g中国无人机相关政策:走出了规范化的第一步
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& N" Z5 g2 g; n$ g; j/ U 史上最全最专业无人机知识普及- 恨随变-吃喝玩乐365棋牌咨询_365棋牌真的假的_365棋牌游戏上分软件网站
: O0 u/ M4 x1 r% C' \) _1 y  图:2009年至今中国无人机相关主要政策汇总。0 K8 Y: e! C" g

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& J* Q0 a! p! C) T: I7 A6 O* C8 Z总的来说,2009年前,无人机处于无监管的空白状态。2009年以后至今,开始进入持证飞行阶段,但是法律法规和监管执行尚未完善和正规化,实际申请操作上模糊不清。$ v9 W??B- l6 g

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美国无人机相关政策:商业无人机草案终出
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8 t5 u6 t' b' N& P0 o??L  图:2014-2015美国联邦航空管理局无人机管理动态汇总。
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经历了长时间的等待,数次延期,2015年2月15日,美国联邦航空管理局终于公布了期盼已久的无人机商转管理办法草案。这项新规打破了之前全面禁飞的局面,但是还有待最终定案。0 W4 t. g8 k& ^3 U: m* a
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/ W& [% F1 S2 Q) a$ O( T这份规则主要适用于重量25千克以下的无人机,主要限定包括:; D* W, j% o: v; y3 y5 m

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(1)飞行时间,高速,速度,搭载限制:它限定无人机只能在白天飞行,且全程都必须保持在操作人员的视线范围内,飞行高度不得超过150米,时速不得超过160公里。不得从人头顶上飞过,不得从无人机上扔东西,机体外侧不得搭挂包裹。
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: ?0 J8 y/ `$ p K??]% e(2)飞行路线地点限制:无人机都必须避开飞机飞行路线和飞行限制区,必须严格遵守相关临时限飞令。无人飞机应避开人驾驶的飞机机场至少八公里。无人飞机飞行时,应始终维持于无线电操作者视界以内。
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(3)驾驶员资格要求:无人机操作人员至少满17岁,需考取美国联邦航空局无人机操作人员资格证书,并且通过TSA(美国运输安全管理局)的审查要求。) n ]4 r9 p( u- s
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(4)另外,关于爱好者的模型无人机,则仍然跟之前一样不受限制,只要不妨碍空中交通。) D- V5 W0 Q. O( M6 j3 I$ |

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英国无人机政策:世界无人机法规领航者; r; Z??i* Q& r _2 w
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* y4 r, k3 f' P' m  图:最新欧洲无人机相关主要政策汇总。
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0 D' X6 C C% i8 ?CAP722是英国民航局在英国领空内对无人机使用的指导准则,第四版的CAP722发布于2010年4月已适应空中导航法2009的推出。所有关于无人机的法规现在都收在空中导航法2009中.在那之前,CAP722是行业的参考标准,并被全世界所模仿学习与实施。这份文件强调了在英国操作无人机前需要注意的适航性和操作标准方面的安全要求。最新版的cap722发布于2012年8月,并且对民用无人机实施相当程度的开放政策。英国民航局是无人机法规领域的领航者。
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8 b; A1 J# |: c2 H5 M0 e: j: U欧洲法规2008第216号监管着所有整机重量超过150公斤的无人机.无人机的设计和生产也必须和常规飞机一样遵循相关的认证规范(该规范由EuroUSC公司主导,该公司获得民航局的授权实施轻型无人机计划),并且必须获得适航认证或准飞许可.在英国,整机重量在20公斤到150公斤的无人机需要具有英国法律下的适航性资质.如果飞行器在半径500米和低于400英尺的范围或者在隔离的飞行区域内,并且无人机和该飞行有一定的适航性保证,英国民航局可以豁免适航性认证的需求.英国民航局也会在自己调查和被365棋牌咨询_365棋牌真的假的_365棋牌游戏上分软件的基础上颁发豁免权,当前仅有一家组织获得了此项许可.整机重量20公斤以下的无人机并不需要遵从很多主要政策要求,但是领航法第98号文中设立了一些条件。这些条件包括禁止在管制区域或者飞机场附近飞行,除非获得空管局的许可,最大高度400英尺和禁止在没有英国民航局特别许可的情况下高空作业。$ S/ [7 M/ r' p% k( Z7 \8 |* u
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% y' v3 e5 |??\  当前英国航空法中操控无人机并不需要认证飞行员执照.但是英国民航局要求所有潜在无人机操控者都掌握飞行资质。飞行资质可以通过完成指定课程获得,并有四家认证机构运营着培训与考试。. J9 ^7 u2 e??X) Y??^# `

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四无人机全球市场; c5 x U" d" L, M! }% F
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3 q% N' f, J4 e3 _' t2 J上图是Teal集团对全球无人机市场规模预测,他们预计到2023年无人机市场将达到115亿美元。9 ^# \1 G6 w$ z& c
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而对于军用和民用的市场占比,TealGroup给出了民用市场更加乐观的判断(大约为年化复合增速为9%,到2023年达到15亿美元,当然TealGroup在报告中特别提到了Google、Facebook和Amazon等高科技巨头给民用军用无人机产业带来的潜在的现在难以量化预判的颠覆性变化)。! r1 p/ L" J, @??c' a
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6 {6 p- L# Y??C2 S; N3 ? q- Y我们认为,民用无人机市场在全球范围出现爆发性增长需要突破的两个瓶颈是空域资源和安全问题,一旦在世界范围内这两个问题得到解决,人类利用无人机征服空域的想象空间将被彻底打开,全球民用无人机市场可能呈现出爆发式的增长。
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  图:民用无人机下游应用行业。
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1、民用无人机:下游需求广泛,进入快速发展期
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民用无人机下游需求非常广泛,包括农业、电力石油、检灾、林业、气象、国土资源、警用、海洋水利、测绘、城市规划等多个行业。近年来无人机在民用市场的应用受到越来越多的关注,如农林植保和电力巡线两个领域,无人机需求较为迫切,且具备较大的市场规模。我们认为其它行业的潜在需求也将逐步显现,我国民用无人机市场空间巨大,将进入快速发展期。: g& _6 s& S1 k9 ???l/ K" P! A

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农业植保:民用无人机最大市场,农业植保市场规模超百亿
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0 ]3 r/ d% D8 k- m  图:农业质保无人机扶持政策。??u6 U& d# Q1 w
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; [/ {! d, K: q. `. D6 A日本植保无人机已经使用20多年,目前每年更新量约为3000架。我们按照中日年农药使用量进行测算,中国如果达到日本目前植保无人机的普及率和使用频次,年更新量约为30,000架,植保无人机价格按50万元/架测算,年市场规模可达150亿元。% v1 K$ J( X6 c$ ]/ R. k

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电力巡检:政策有望出台,市场规模超十亿
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2 g) ^, K# ]: n& e6 o2009年1月,国家电网公司正式立项研制无人直升机巡检系统。. J8 W2 l" {2 f; s
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2013年3月,国家电网公司出台《国家电网公司输电线路直升机、无人机和人工协同巡检模式试点工作方案》。方案指出,建立直升机、无人机和人工巡检相互协同的新型巡检模式是坚强智能电网发展的迫切需要,目前公司系统直升机巡检作业正在逐步向规范化、制度化方向发展,为此公司选定山东、冀北、山西、湖北、四川、重庆、浙江、福建、辽宁、青海十个检修公司作为试点单位,利用2-3年时间开展开展新型巡检模式试点工作。到2015年,国网公司系统将全面推广直升机、无人机和人工巡检相互协同的输电线路新型巡检模式。
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2014年6月,中国电力企业联合会标准化中心对外发布名为《架空输电线路无人机巡检作业技术导则》的电力行业标准草案,公开征求意见。我们预计电力联合会的无人机行业标准在今年有望正式出台。" ~ A, l) d' I1 C

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5 K. |- a2 H6 j% h( m# i2 q# w图:人工、载人直升机、无人机三种方式进行店里巡查对比。
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我国110kV以上高压输电线约为52公里,按每年巡检次数30次测算,则每年总巡检长度约为1,560万公里。无人机每小时巡检20公里,单机年飞行时间按150小时计算,全国需要5,200架。按每架20万人民币计算,则年市场空间约10.4亿元。
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# g$ a' B- ]$ ?" }森林防火:需求迫切,尚处初始阶段" o( [" }3 T5 {6 ]! U3 W! q: ^

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我国拥有森林面积1.75亿公顷,森林蓄积量为124.56亿立方米,森林覆盖率为18.21%,既是森林资源大国,又是森林火灾多发国家。, t$ g( L. q' h, p

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目前,国外森林防火中应用了较多的新技术和新设备,国内在此方面的应用需求也日益增加,对森林保护的投入逐渐加大,先后运用卫星进行资源普查、森林火场监视,而使用无人机系统对森林火情监测还是初始阶段。1 Q z/ u6 W7 k% q. H
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检灾:国情需要,空间广阔
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$ I( r* q6 N6 p??K, J2008年汶川地震引发了大量崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生地质灾害,引起灾区大部分国道、省道、乡村道路严重破坏,给救灾工作造成难于想象的困难。由于天气因素的影响,卫星遥感系统或载人航空遥感系统难以及时获取灾区的实时地面影像。地震发生后,多种型号的无人机航空遥感系统迅速进入灾区,在灾情调查、滑坡动态监测、房屋与道路损害情况评估、救灾效果评价、灾区恢复重建等方面得到广泛使用,取得了很好的效果,起到了其他手段无法替代的作用。无人机航空遥感系统第一次大规模用于应急救灾就取得了成功。
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2013年雅安地震搜救过程中,国家地震灾害紧急救援队使用旋翼无人机对灾区地形地貌、受损情况进行空中排查,为国家地震灾害紧急救援队的搜救工作提供了参考和依据。该无人机由国家地震灾害紧急救援队与中国科学院沈阳自动化研究所联合研制,并在地震搜救过程中应用,探测精度达到0.1米,可在200米低空连续飞行100公里。
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3 j# I2 S% N( ^, g我国自然灾害发生频繁,每年灾害造成的损失巨大。灾害发生时,为了提高救灾效率和质量,必须提供及时准确的灾害信息。常规灾害监测方法周期长,成本高,难于满足救灾应急的需要。无人机航空遥感系统作为卫星遥感和载人航空遥感的补充手段,具有实时性强、灵活方便、外界环境影响小、成本低的优点,其在灾害应急救援方面具有广阔的发展空间和应用前景。
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2、消费级无人机市场迅速升温! ?/ v2 _4 S5 J1 _: L3 m& c& ^, ?3 X8 c

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: A1 G/ s5 P2 k! ?) Z' b$ f今年全球无人机市场迎来广泛关注,大疆创新产品走向前台,国内极飞科技、零度智控以及国外3DRobotics等无人机公司产品和融资动作不断,2015年可以说是消费级无人机元年。3 y4 L$ F0 ^$ C, {( g( t; u

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大疆创新是全球领先的小型无人机厂商,占据了全球民用小型无人机约50%的市场份额,公司80%的产品都是销往国外。被硅谷认为能与苹果比较的隐形的世界级无人机公司。公司成立于2006年,最初从安装在无人机上的控制器切入,进而发现无人飞行器航拍的市场接入点,转做整机和稳定的飞行平台,以及高清数字视屏传输模块,再到如今致力于提供完整飞行影像策略。短短几年间成长上千倍,2013年收入规模达到8亿元,被美国《时代》杂志评为2014年度十大创新工具全球第三。
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大疆的DJI无人机被广泛运用于航拍,并且很受专业及业余级摄影师们的喜欢。其产品线涵盖中端价位的Phantom(大精灵)以及高端市场绝对王者的Inspire(“悟”)系列。包括热播电视节目《爸爸,去哪儿》中,以及神盾局特工、国土安全等热门美剧中的航拍镜头。同时也被用户用来全景扫描里约热内卢基督像、贴近拍摄鲸鱼换气,飞跃喷发中的伊苏尔火山等。& m; E. h* |3 w& |# n( [

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除了大疆创新外,近年来国内外科技公司对无人机关注热度也迅速升温,无人机不仅仅是航拍的“玩具”,更是颠覆未来的机器人:亚马逊的PrimeAir人机物流计划已进入第9代的研发;Google收购无人机公司TitanAerospace提供网络覆盖;Facebook也以2000万美元收购英国无人机公司Ascenta;3DRobotics无人机已获由其领投的5千万美金投资;Matternet建造无人机网络向全球的偏远农村运送食品和医疗用品。
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国内无人机市场也逐渐兴起,诞生出类似大疆科技、零度智控、极飞科技、一电科技、亿航无人机、天翔无人机等。2015年1月20日雷柏科技与零度智控共同设立合资公司,研发无人机,双方于2015年2月1日发布ZERO消费级四旋翼无人机系列产品,在深圳零度官网及部分电商平台开始预售,价格3199元起。
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0 k! L5 ?8 N9 h Q  图:目前主要的无人机公司及其融资盘点。2 l: m, w1 d) R# B6 B) z
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目前无人机主要应用于航拍等各行业应用,包括边防、农业等,例如大疆创新主要用于航拍,极飞科技用于各大行业应用。另外,搜救、防盗等安全监控应用也在起步。无人机用于物流的尝试也越来越多,亚马逊研发多年,国内快递业也开始试水。
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$ r" w" E??\8 [" z2 jGoogle热气球Project Loon,准备在全球打造一个平流层气球网络,然后又收购了Titan Aerospace,以提供太阳能动力的无人机,这两个都可以随时随地提供低成本的、覆盖整个星球的互联网接入。/ V E p& P4 G5 L1 ^, g

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NASA也在开发无人机“低空交通管理系统”,有望在2015年用于农业。无人机生产商Skycatch,主要做建造业、矿业、太阳能行业以及农业的数据采集,此前已经获得了1320万美元融资。其他创新应用包括蜜蜂大小的无人机对花朵进行授粉等等。) w* @6 w4 r$ o7 f% c* A `, j% _
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  图:消费应用无人机梳理。6 y) V* C5 t# P* ?, Z
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??S y$ Z7 u; ?- F' n??t) J, `GoPro去年也加入了“小型无人机联盟”,并已经为多款无人机推出了视频摄像设备,GoPro也宣布将进入消费级无人机领域,并预计今年正式推出第一款多马达驱动无人机,定价将于500到1000美元之间。大疆也宣布将在未来无人机产品上采用自主研发生产的摄像头。无人机与运动相机的结合,将是无人机在运动健康等个性化航拍领域的重要应用,例如STELLA推出的专为GoPro Hero3系列相机设计的稳定云台。
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/ w6 B1 ]. J/ b- I5 I2 q无人机配合Oculus Rift使用,可以获得虚拟现实、增强现实的体验。例如Parrot推出无线控制配件Skycontroller,用HDMI接口连上Oculus Rift,能直接操控飞行器的飞行,用上下左右按键,控制飞行器的运行轨迹。借助“连接”方式,把人的感知带到另一个真实空间。这样的体验或许今后还能应用在隧道、峡谷与水下等场景,探险者将不再需要亲历,就能收获刺激的感官体验。更重要的是,他不需要耗费人力物力去建模、创建一个虚拟世界,任何一个地点都能成为新的游乐场。
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# ]) S/ k5 `( v5 @* k% z根据大疆创新去年约30亿的营收规模以及数千元到数万元的定价,无人机出货量也就几十万台,未来成长空间极大。据TealGroup统计,2014年全球民用无人机市场规模已经达到28亿美元,未来10年还将实现前所未有的持续增长,市场规模将翻倍以上增长。
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, l0 h- H2 k0 ~' w& G- P五未来,无人机能为我们做些什么?
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除了我们已经熟知的军事、商用和消费功能,能够“上天入地”的无人机未来可能给我们的生活带来无限的惊喜。距离300米的高空没有地面的拥挤和各种限制,未来无人机不仅能够扮演超级速递员和超级警察的角色,还能够为地面提供低成本、机动程度极高的无线网络覆盖。把无人机想象成一个“会飞的传感器”,无人机就成了工业4.0的一个空中数据端口,大至地球物理、气象、农业数据、小至个人位置信息,无人机将引爆一场空中的大数据革命! w??U9 p. [# p! ^% T8 x" Q) K
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; u! r6 B% N: d$ f% W" G1 \! _1、工业4.0的空中数据端口!# Q2 o! T! k6 O/ ^! c. H* x

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我们认为,作为一个“会飞的传感器”,无人机未来在民用领域最具想象空间的应用可能是作为空中的数据端口,为连接全球的工业4.0“大数据”系统提供更精确、更强大的数据流。
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4 e" j' X5 ?/ r3 k9 w从无人机最普通的巡检功能说起,使用无人机在全国范围内来巡视农田,可以比卫星图像更清晰地观测到农作物长势、自然灾害、土壤变化等信息,无人机通过数据链接入全球互联网,可以将收集的数据实时传输给大宗商品分析师,用以判断全球农作物期货市场走势;在未来的精准农业系统中,小型无人机可以用来观测作物是否缺水,将信息反馈给灌溉系统以调节水量。
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从个人信息数据的获取来说,无人机可以模拟WiFi热点,嗅探移动设备的MAC地址,并根据信号的强度等对设备进行三角定位,搜集的信息汇总起来则可以绘制出用户的运动地图,呈现出他通常会路过的街区、商店等,进而有条件地对用户进行筛选,比如向“过其门而不入”的潜在消费者推送优惠促销信息。通过对个人运动轨迹的跟踪,可以更全面地把握人群的生活习惯,为厂商提供更精确的参考数据。此外,在紧急情况下,也可以通过定位移动设备来拯救生命。无人机通过受困者手机Wi-Fi信号来判断受困者的位置。
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4 ~" `$ [??y: |- B$ j??H; v$ ]1 }这项技术和商场、超市中常用的室内移动设备定位技术如iBeacon有些许类似的地方,均可以在用户经过时推送促销信息等。不同之处在于无人机更加灵活,可以在更加复杂的地理条件下对用户进行定位。
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2、科技巨头的下一站:提供灵活机动、低成本的WIFI网络接入# n8 v3 D8 K9 Y7 d# M3 z' J

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# {1 c! Y w( ?7 X$ ^; `2 ^在全球有将近四十亿的人口仍未接通互联网,如何解决互联网接入问题,如WiFi的网络部署,已成为人类十大解决难题之一。而无人机的能耗较低,但飞行时间却较长,可以为更大范围内的用户提供互联网接入服务。同时无人机具有很强的机动性,可以根据某一区域内的特殊需要来提供互联网接入服务。
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/ K; `; J' q) M' M4 S6 h) F0 H/ y2 b0 DGoogle收购Titan,用无人机抢占互联网覆盖市场:在2014年4月份收购了无人机公司Titan Aerospace。Titan Aerospace成立于2012年,其无人机试图取代高成本的近地卫星。目前已经研制成功并开始测试无人机Solara50和60,可以通过太阳能补充动能,在近地轨道持续航行五年而不用降落。Solara无人机50米宽,可以承载32kg,速度达到104km/h,Titan表示通过特殊设备,其高空无人机最高可提供每秒高达1GB的网络接入服务。' V. V e" S( F6 T4 Z

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5 g' }9 ~4 u n" u/ U??x9 V6 W. u据称在收购之后,Titan Aerospace将会与Google的两个项目进行合作,其中之一是通过高空氦气球提供互联网服务的ProjectLoon,除此以外,Google还计划斥资10亿美元,用卫星提供互联网覆盖。氦气球、无人机与卫星三管齐下,再加上在城市推进的有线光纤接入Google Fiber,可见Google对互联网入口的重视程度。
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* Z: `: y0 J( ?8 w$ F0 j9 ~不过,有线接入是在已有覆盖地区提供更优质的服务,而前三种无线接入方式主要解决的是覆盖问题。但相对而言,无人机技术可能会比氦气球更有优势,因为Titan Aerospace的无人机采用太阳能提供动力,续航能力可长达一年,而氦气球的部署成本太高,维护难度也相对较高;此外,无人机的其飞行高度既高于商业飞机的海拔,又低于卫星的高度,使得它可以稳定提供1Gbps的高速接入。所以未来Google的无人机可能会在小范围内提供大容量服务,而卫星则用于保证低速率需求地区的覆盖。
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8 L S& d W2 j u: cFacebook为了下一个10亿的用户,用无人机覆盖偏远地区
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, z% x! }' B" R# {% O
' W, M( J- t- m0 \Facebook成立了Connectivity Lab(连接实验室),其使命就是开发包括卫星、无人机在内的各自互联网连接技术。Facebook已经以2000万美金收购另一家提供类似技术的无人机产商Ascenta。Ascenta的太阳能无人机一次上天可以在20km高空持续飞行,滞空时间长达1个月。Facebook涉足无人机主要也是为了提供网络服务。为偏远地区居民提供可用的网络服务,以试图赢取了下一个10亿用户。" j. t- ~! y: `& B: D

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3、会飞的配送快递员% P! ~( \??`/ G& V! ^
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无人机送货服务最着名的要数亚马逊的Prime Air无人机物流计划,2013年底,亚马逊公布了一款叫Prime Air的8翼无人机,能够运输一件五磅重的快递。Amazon现在依然致力于购物领域,给与用户无穷的选择、最低的价格,以及未来将要实现的即时送达。现在,亚马逊的Prime Air已经迭代进入第九代,可负重5磅货物,而这个重量覆盖了86%的品类,同时能够达到超过50英里/小时的速度飞行。已经正式向FAA申请更大范围的室外飞行测试。另外Google、UPS等也从2012-2013年就开始测试无人机送货。# ^% ~- T6 J, X/ _% S& x4 }
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  图:无人机快递进展* Q* h/ @ T# l: u; p! S

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0 `3 Q$ d0 o9 m) q4 e6 W. D随着大疆等几千元高性能无人机的推出,无人机快递可以大大降低“最后十公里”的物流成本:
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4 n' }2 I6 t) m2 I; F" g能耗每单不到0.1元——以载重以2公斤计算,包裹10km范围内直接硬件成本(主要是能耗)不到0.1元,每单耗电10Ah,不到40Wh,耗电约0.03元;
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无人机摊销成本——以一个5000元的无人机测算,5年的运营寿命,加上每年20%的维护费,约6000元,4元/天,如果每个无人机每天完成10次任务,这就意味着每个包裹摊销成本0.4元;
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8 k! e, ~/ e7 d" N; E1 d- `7 L合计每单不到0.5元的成本,相比目前的人工物流成本有明显降低,因此从经济成本来看,无人机送货具备明显的经济效益。1 R' B8 X0 r) M

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$ d/ b# [4 F; ?; u: ~无人机物流最困难的是最后的货物投送阶段,仅知道目的地的GPS坐标是远远不够的。目前澳大利亚克林顿和格兰特的方法是在无人机上加装摄像头,并在用户的阳台上放一个大盒子,上有特定标识,无人机通过机器视觉识别并准确投递到用户的阳台上。. c! G# D. _) l??U$ @

! |- Z: e& V9 g) `* m4 r* ~" n; _$ K
2 O* p4 V2 g: B' s. D8 X. M! y _此外,法规仍然是最大阻碍。近期美国联邦航空管理局(FAA)公布无人机管理的新法草案,8 v, z3 J F- ?& V( P$ Y) M( g* x
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在FAA提议的新规则中,要求无人机必须在操作者视线内。主要是限制商业无人机用于摄影、勘察线路、搜救以及监控作物等,对于无人机物流服务不利。9 s: A0 M9 u. Z( A. Z. h- F* S
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" Q( n2 Q" {0 i??t. g9 _) f% @: o! @) A4、个人安全的空中守护者
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' b* p& m" U# S无人机已具备物流送货、监测信息、航空拍摄等各种功能,那么能够记录我们日常生活的无人机的诞生是否也指日可待了呢?或许在不久的将来就能够成为现实,位于上海的AirMind公司开发出的“Mind4”四旋翼无人机被授予了“跟踪者无人机”的称号,因为它具有跟踪某一指定人物或目标并对其进行拍摄的功能。
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$ E% k# }8 o' g4 P& D D8 D‘Mind4’的设计理念是为了记录我们的生活,甚至是记录非人类生物。“Mind4”配备的摄像头能够覆盖到距离指定物体20米以外的地方。凭借其自动导航功能,“Mind4”跟踪选定目标时的最大高度可达20米,最远身后距离可达50米。而且还能通过手势对其进行控制。
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配备有内置摄像头的四旋翼无人机如今已经广泛普及,但大部分无人机仍需要对其进行远程遥控。基于GPS的追踪技术无法确保物体所处方位(即摄像头指向的位置)的精确性,原因在于民用GPS通常情况下都不精确。, J" |1 V: |0 H9 S

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考虑到这些年来民用无人机产品的快速发展,像“Mind4”这类产品的诞生也许已经不足为奇了。未来更加成熟的可跟踪记录指定目标的无人机可对个人安全实现全面的监测和保护。试想一下:未来你的孩子上学或玩耍时,会有一支无人机舰队随时跟踪扫描危险,保护他的安全。( `" N/ }6 M5 M' \$ q( r
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