民用固定翼無人機發展現狀以及未來展望

丁宇 李書文

摘要

隨著無人機在生活中的普及，越來越多的行業領域也開始使用無人機提供幫助，固定翼無人機因其飛行距離長，巡航面積大，巡航技術相對成熟等特點，常作為無人機航測、水土保持、物探等工作的專用平臺，但是對于目前的技術來說還是有許多的缺陷文章通過對2005-2018年關于固定冀無人機現狀的相關文獻進行分析整理，將固定冀無人機發展所面對的主要問題進行闡述與分析，并展望了固定冀無人機在我國的發展前景。

【關鍵詞】固定翼無人機 發展現狀 展望

無人駕駛飛機簡稱無人機，與載人飛機相比，無人機具有體積小，造價低，使用方便，起落環境要求低等特點，最初研制用于軍事用途，被用于偵察、靶機等方面，由于民用需求的日益提升，無人機技術作為一項新興技術被投入民用市場。民用無人機逐步進入各個行業視野之內，被用于航拍、測繪、植保、救災、運輸等多個方面。截至2017年底，我國航拍無人機市場規模達40億元，增長率達86.5%。固定翼無人機技術在多個無人機平臺中相對成熟，且因結構特點的原因，其氣動效率更高，續航與載重量更為優秀。在各個行業中占據一定比重，在航測作業，水土保持，地球物理勘探中尤甚。固定翼無人機的弊端也隨著應用的不斷深入而逐漸顯現。本文通過對2005-2018年關于固定翼無人機發展現狀的相關文獻進行分析整理。發掘闡述并分析限制其發展的主要矛盾，并對其未來發展進行展望。

1 研究方法

1.1 文獻納入和排除標準

1.1.1 納入標準

（1）文獻類型：現況研究、綜述研究;

（2）文獻的時間和語言：2005-2018年，中文文獻;

（3）研究內容：航測無人機目前的應用、技術缺陷、未來展望。

1.1.2 排除標準

（1）評論、書信、科普信息和會議簡報等

（2）無人機中無關航測固定翼無人機的文獻。

1.2 文獻檢索資源

1.2.1 中文數據庫

中國知網、萬方數據知識服務平臺。

1.2.2 其他來源

Baidu、Google等大型搜索引擎的學術搜索。

1.3 文獻檢索詞及策略

1.3.1 主要檢索詞

無人機、航測、UAV、固定翼飛機。

1.3.2 文獻檢索策略

根據確定的檢索詞，采用主題詞、關鍵詞和全文檢索，確定文獻類型為綜述，檢索年限為2005年1月1日至2018年8月18日的文獻及資料。

1.4 文獻篩選及流程

將初步檢索的文獻導入MarkDown，仔細閱讀文獻的標題和摘要，排除掉明顯不相關的文獻，而后仔細閱讀與研究內容相關的文獻全文，根據納入和排除標準納入有關無人機的航測固定翼無人機的相關文獻資料。

2 結果

通過對文獻進行整理發掘，阻礙固定翼無人機發展因素主要分為四個方面，分別為硬件技術、零件生產、國家政策以及分支應用需求。其中硬件技術因素為主要矛盾核心，零件生產因素為行業健康發展的重要保障，國家政策因素為行業應用提供安全合法保障，分支應用需求為各個行業應用固定翼無人機的特殊需求，為次要矛盾。以下進行詳細闡述。

2.1 硬件技術因素對固定翼無人機的影響

2.1.1 電池問題

現有民用無人機多采用鋰聚合物電池作為電源為機身各設備供電，鋰聚合物電池相對質量輕，可減小固定翼無人機載荷，但其缺陷也非常明顯，主要有三個問題，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續航的關鍵，急需技術革新;二為充電不便，無人機用鋰聚合物電池充電要求相對較高，不可過充過放，超出時間則會對電池造成不可逆損害。另外，滿電或缺電狀態長時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，常表現為放電平臺下降，輸出功率降低，可用電量衰減等。固定翼無人機高空高速作業時的低溫環境影響了電池的壽命及性能。

2.2 零件生產因素對固定翼無人機的影響

2.2.1 生產廠家規模與技術水平存在不足無法斷電續飛

民用無人機行業發展時間尚短，生產廠家良莠不齊，目前我國的固定翼無人機生產廠家主要分為兩類：一類為從軍工研究所或航空集團引用軍用無人機技術進行民用化的廠家;另一類為原航模飛機的民營生產廠家，轉型生產民用固定翼無人機，前者往往具有更為成熟的技術，但其成本也更高，這類廠家所接受的軍工任務十分飽滿，無暇投入民用方面。后者在技術上相對落后，盡管豐富的航模制造經驗，但由于航模與無人機性質不同，無人機需要更穩定，更安全，更大的載荷;導致其產出的無人機存在著安全隱患或不能達到要求。

2.2.1 生產零件質量尚未有質量標準

由于民用無人機行業廠家眾多，固定翼無人機型號更是數不勝數，結構上也不盡相同。零件生產上難有明確質量標準。上節提到關于電池在低溫環境下的失能問題，除此之外，無人機飛控硬件設備壽命，在惡劣環境下的穩定性也是保障無人機正常運行的關鍵，嚴格把控每一步生產環節，對零件進行耐疲勞與耐溫度測試，能夠大幅降低無人機的故障率，從另一角度，廠家生產的無人機如果經常故障，甚至造成意外損失，也將不利于行業的自身發展。故應完善零件相關質量標準，為行業健康發展提供保障。

2.3 國家政策因素對固定冀無人機的影響

2.3.1 飛手相關執照執行力度不足

隨著無人機行業的發展，越來越的人們開始購買無人機，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。無人機的類型也大不相同，有航空拍攝、農業植保、航空測繪，其中多旋翼無人機因其結構簡單，控制靈活，成本低，操控安全，操作較為簡單的特點，在空曠地帶實際操作一段時間即可上手，其飛行速度慢的特點使得其不易出現安全事故。但是固定翼無人機則不同，飛手需要較強的空氣動力學相關的知識基礎，并且操作它的難度也較高。固定翼無人機飛行速度快，較多旋翼無人機飛行高度高，新手如果未經訓練，常造成經濟損失，甚至出現傷害事故。現在許多無人機商家常聯合培訓機構開設了固定翼無人機的操控培訓，以降低事故風險。

雖有培訓機構為飛手提供專業培訓，但這些培訓機構頒發的無人機駕駛合格證未被國家所承認，這使得許多新手并沒有意識要去這些專業的培訓機構進行學習的必要性，也導致了在操作航測固定翼無人機時出現安全隱患得概率大大增加。相信在未來隨著民用無人機行業的不斷發展，國家出臺相關政策，飛手的相關資格也會不斷完備，安全隱患將會大幅降低。

2.3.2 低空領域尚未放開

隨著無人機行業規模的井噴式發展，固定翼無人機的數量不斷提高，對空中交通造成了一定的影響，目前國內低空領域尚未開放，飛手的限飛區與禁飛區意識不強，對空中交通秩序影響嚴重，對民航飛行安全與旅客人身安全有極大威脅。在這方面，需要國家組織相關部門制定并完善飛手行業標準，開放固定翼無人機可以飛行的相關區域，法律健全，才能促進固定翼無人機的行業應用發展。

2.4 分支應用對固定冀無人機的影響

分支應用是指各行各業對于固定翼無人機的特殊需求，如航測用固定翼無人機較高的攝像成像需求，運輸用固定翼無人機要求更大的載荷等，其中航測為固定翼無人機的優勢應用，應用相對更為深入，對固定翼無人機需求更高，故單獨列出進行闡述。

2.4.1 航測相機的標定

固定翼無人飛行高度高，速度快，使其對航測相機要求高，低像素如2400萬像素，2000萬像素的相機無法滿足航測行業需求，降低速度雖然可以使得航測更為清晰，但抗風能力也會相對減弱，作業難度加大;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，相機標定將提高航測的精準度，有利于航測作業進行。

2.4.2 航線規劃缺乏智能

目前，無人機的飛控系統對于無人機的飛行安全方面設計較為完善，如禁限飛區設置，低電量返航，失聯返航，避障功能等，但在航線規劃、定時定點的拍照功能等方面，盡管有第三方軟件彌補，但其效果仍達不到使用需求，這與飛控系統的編寫設計相關，完善這部分控制系統，將使得其在實際工作中更加高效，如針對相對地面高度變化的航線規劃可使得航測精準度提升等。

2.5 討論

經過總結分析，以上問題中有些需要靠技術發展突破，有些通過行業標準制定實施，相關政策出臺進行調控管理。

3 展望

通過文獻的分析總結，筆者認為，盡管硬件技術為固定翼無人機發展的主要矛盾，但出臺相關政策，完善行業法律法規、加大相關剛需行業的政策扶持才是重中之重。民用無人機是新興行業，只有完善健全了法律法規，行業發展才不會出現畸形，甚至夭折。技術方面，隨著商業需求的日益提升，技術研究方面的資金自然加大，研究力量也會逐步提高，現階段的技術問題也將逐個擊破，無人機成本也會逐漸下降，行業應用才會更加廣泛，從而在良性循環中發展下去。

參考文獻

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