多旋翼無人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用淺析

孫振祥　李云昊　王波

摘 要：隨著多旋翼無人機(jī)技術(shù)逐漸成熟，多旋翼更加的簡單、實(shí)用，人們已經(jīng)開始嘗試在各個領(lǐng)域內(nèi)使用多旋翼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的作業(yè)方式。目前在膠為熱門的幾個領(lǐng)域內(nèi)已取得令人矚目的成績，在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷地挖掘多旋翼的潛能。可以預(yù)見，在不久的將來，多旋翼在各個領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用將會越發(fā)普及，甚至?xí)嵏舱麄€傳統(tǒng)作業(yè)方式。

關(guān)鍵詞：多旋翼;民用;應(yīng)用;作業(yè)方式

0 引言

自2010年大疆無人機(jī)將其大部分產(chǎn)品市場轉(zhuǎn)移至國內(nèi)，國內(nèi)的多旋翼產(chǎn)品及其配件研發(fā)出現(xiàn)井噴式增長，各類大中小型無人機(jī)公司如雨后春筍般相繼成立。但是在航拍領(lǐng)域，大疆已經(jīng)將市場牢牢掌握在手里，其它公司根本無利可圖。而單純的無人機(jī)平臺對消費(fèi)者而言并無實(shí)際意義。于是各家公司在開發(fā)多旋翼產(chǎn)品的同時(shí)，也試圖將產(chǎn)品引入到各個領(lǐng)域。目前多旋翼無人機(jī)已在教育教學(xué)、農(nóng)業(yè)植保、管線巡檢、航空測繪、物流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域廣泛展開并有多項(xiàng)成功案例，在其他領(lǐng)域的應(yīng)用還在不斷挖掘中。

1 教育教學(xué)

1.1 啟蒙教育

隨著生活質(zhì)量不斷提升，孩子的教育越來越受到關(guān)注，而無人機(jī)知識教學(xué)，無疑是最受歡迎的學(xué)科之一，而無人機(jī)中結(jié)構(gòu)最簡單、最容易實(shí)現(xiàn)的非多旋翼莫屬。自2014年前后，便有多家公司與某些中學(xué)達(dá)成了一些列協(xié)議，合理利用業(yè)余時(shí)間，充分發(fā)揮學(xué)生的興趣愛好，開展多旋翼知識普及。對學(xué)生來說是一次很好的學(xué)習(xí)機(jī)會，對企業(yè)來講確實(shí)一次難得的宣傳事項(xiàng)，從而達(dá)到了雙方共贏的效果，啟蒙教育知識普在一些中學(xué)甚至大學(xué)中已被列入選修課程。

1.2 飛行執(zhí)照培訓(xùn)

非專業(yè)應(yīng)用的多旋翼無人機(jī)一般都需要一個飛手進(jìn)行操縱，早期的多旋翼處于不成熟階段，飛行過程具有一定的危險(xiǎn)性，危險(xiǎn)的來源主要為人為操作。研發(fā)多旋翼的同時(shí)，某些公司另辟蹊徑專門搞無人機(jī)飛手培訓(xùn)，最為典型的就是北方天途科技，通過自身努力，成為全國首批具有AOPA資格證書頒發(fā)的企業(yè)之一，到目前為止拿到AOPA證書畢業(yè)的多旋翼飛手?jǐn)?shù)以萬計(jì)，也令嘚北方天途紅極一時(shí)。

2 農(nóng)業(yè)植保

多旋翼無人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的莫過于噴灑農(nóng)藥，傳統(tǒng)的噴藥方式為人工噴灑，人工噴灑效率低，約30-40min/畝，藥物彌漫在空氣中容易引發(fā)藥物中毒，藥物噴灑不均或噴灑不到位。相比于人工噴灑，多旋翼進(jìn)行植保作業(yè)時(shí)，可充分利用旋翼的下旋風(fēng)將藥物均勻有效的噴灑在植物葉片表面，而操作人員遠(yuǎn)離藥物，可直接避免藥物中毒。多旋翼植保機(jī)隨著技術(shù)的不斷成熟，噴灑效率逐漸提高，目前可以達(dá)到人工噴灑的4-5倍甚至更多。

最早進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保的多旋翼無人機(jī)種類很多，性能不一，最有名氣的要屬極飛科技的P系列植保保機(jī)。從最初的飛手手動操作到現(xiàn)在多架飛機(jī)全自主集群飛行，從人工手動配藥加藥，到現(xiàn)在智能配藥桶等等一些列技術(shù)革新，大大縮短操作時(shí)間，提高工作效率，使得多旋翼在植保領(lǐng)域大放異彩。

3 管線巡檢

3.1 電力巡檢

我國高壓電線路分布較廣，分布區(qū)域地形比較復(fù)雜，特別是西部地區(qū)，一般都分布在山頂或崎嶇的荒蕪地面。而電力線以及線塔長期暴漏，風(fēng)吹日曬，極易發(fā)生故障，所以需要定期檢查維護(hù)。目前的人工巡線方案時(shí)間太長、人工成本較高，發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)電網(wǎng)安全情況需要第一時(shí)間掌握，人工巡檢時(shí)還要承擔(dān)很大的風(fēng)險(xiǎn)[1]。多旋翼無人機(jī)進(jìn)行線路巡檢則可以完美的解決這些問題。

由于電線及線塔屬于不移動物體，特別適用于固定航線飛行。多旋翼搭載相應(yīng)的設(shè)備后，設(shè)定飛行航線以及起降點(diǎn)，完全可以實(shí)現(xiàn)全自主飛行作業(yè)。操作簡單，運(yùn)輸方便，在經(jīng)濟(jì)效益方面具有非常突出的優(yōu)勢。例如某公司負(fù)責(zé)一段位于山區(qū)的線路巡線任務(wù)，傳統(tǒng)的工作方式是人徒步登上山頂，然后爬上線塔去確定故障點(diǎn)。以某段線路跳閘為例，10個人進(jìn)行重點(diǎn)段故障排查，攀登線塔每人需要3h，線塔巡視每人需要4h，耗時(shí)較長。若應(yīng)用多旋翼無人機(jī)進(jìn)行該段故障點(diǎn)查找工作，實(shí)測僅需2h，大大縮短了巡視時(shí)間及員工高空作業(yè)時(shí)間[1]。

3.2? 石油管道巡檢

石油管道巡檢與電力巡檢極為相似，固定的巡檢路線以及固定的作業(yè)方式。與電力巡檢不同的是，電力巡檢可以以電塔為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域劃分，巡檢路徑較短，而石油管道并沒有明顯的分界點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)域劃分時(shí)一般巡檢路徑都較長，多旋翼無人機(jī)很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離巡檢任務(wù)。雖然多旋翼在石油管道巡線中的應(yīng)用并沒有達(dá)到預(yù)期效果，但憑借其自身的絕對優(yōu)勢，目前仍有企業(yè)將多旋翼引入到石油管路巡檢中來。

4 航空測繪

多旋翼無人機(jī)航測是指通過多旋翼搭載高清相機(jī)，對地面進(jìn)行連續(xù)拍照獲取照片，結(jié)合數(shù)據(jù)處理、圖片質(zhì)量控制、測圖等步驟獲取地形圖的一套系統(tǒng)[2]。傳統(tǒng)測繪作業(yè)是通過人工攜帶特定的設(shè)備進(jìn)行多點(diǎn)標(biāo)記測量，然后綜合大量數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制某區(qū)域的地形圖，費(fèi)時(shí)費(fèi)力成本高。隨著無人機(jī)技術(shù)、差分定位技術(shù)、圖像處理技術(shù)的不斷提升，在空中進(jìn)行地面測繪成為了可能。

由于多旋翼具有攜帶方便、操作簡單、起降場地要求低等特點(diǎn)，人們開始將多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)引入到測繪領(lǐng)域中來。多旋翼系統(tǒng)裝配實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)，可將飛機(jī)的精準(zhǔn)位置記錄下來并傳遞給搭載的高清攝像機(jī)，這樣拍攝后的照片就具備了特別精準(zhǔn)的地理位置信息，再通過后續(xù)圖像處理技術(shù)進(jìn)行合成，就可以輕易的獲取目標(biāo)區(qū)域的地形圖。目前某些企業(yè)已經(jīng)將多旋翼航測系統(tǒng)應(yīng)用到國土資源測繪、城市規(guī)劃高空測繪等行業(yè)中。

5 物流運(yùn)輸

隨著阿里巴巴以及后續(xù)一系列的網(wǎng)商平臺建立，國內(nèi)的物流運(yùn)輸行業(yè)隨繼快速發(fā)展，競爭越來越激烈，運(yùn)送速度快且成本低是每個消費(fèi)者都希望看到的，這也就成為各物流公司發(fā)展的重點(diǎn)方向[3]。物流運(yùn)輸不是簡單的把一件物品從一個點(diǎn)運(yùn)送到另一個點(diǎn)，而是一整套復(fù)雜且專業(yè)的系統(tǒng)，要想實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)無誤且高效的完成整個運(yùn)輸流程，無人化作業(yè)無疑是最佳選擇。整個物流運(yùn)輸過程中無人化程度最高的就屬智能倉儲，采用無人化掃碼入庫、自動分揀、按規(guī)則入庫，精準(zhǔn)高效。

鑒于這個成熟的技術(shù)，各家公司又在考慮終端配送無人化，即通過多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)配合智能無人機(jī)場，完成最后一步運(yùn)輸過程--分揀點(diǎn)到蜂巢柜或另一個智能無人機(jī)場。物流公司現(xiàn)行的終端配送服務(wù)是由配送員騎電動車進(jìn)行配送，人工成本高且時(shí)效性差。與之相比，智能無人機(jī)場配合多旋翼無人機(jī)進(jìn)行終端配送，可在10-30min內(nèi)將物品運(yùn)送至客戶手中，真正的實(shí)現(xiàn)高效率。2017年一飛智控自主研發(fā)的“梧桐”無人機(jī)廠以及配套的“鸞鳳”無人機(jī)終端配送系統(tǒng)，成為業(yè)界矚目的一顆新星，真正實(shí)現(xiàn)了“最后5km運(yùn)輸”。

圖3 鸞鳳無人機(jī)和梧桐無人機(jī)場

隨著物流業(yè)繼續(xù)發(fā)展以及多旋翼技術(shù)革新，多旋翼在物流運(yùn)輸領(lǐng)域所占的份額會越來越高，終有一天會完全取代人工配送。

結(jié)束語

多旋翼無人機(jī)在上述幾大領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用發(fā)展如火如荼，在如此之大的應(yīng)用潛力以及應(yīng)用優(yōu)勢條件下，多旋翼只會越來越引人注目，發(fā)展也會越來越好。除此之外，在森林防火、城市建筑消防、森林救援、水上救援、災(zāi)區(qū)救援、災(zāi)區(qū)網(wǎng)絡(luò)通訊中繼等領(lǐng)域中，多旋翼也曾多次被應(yīng)用在實(shí)際當(dāng)中，發(fā)揮了不可替代的作用。只是限于目前各領(lǐng)域內(nèi)整體方案并不完善，多旋翼的應(yīng)用仍處于摸索前進(jìn)狀態(tài)。可以預(yù)見的是，在不久的將來，當(dāng)各個領(lǐng)域?qū)ψ陨淼膶?shí)際需求明確以后，各無人機(jī)公司必將會制定出整套的方案供消費(fèi)者使用，到那時(shí)，多旋翼的應(yīng)用將會再次迎來大范圍的普及。

參考文獻(xiàn)

[1]林宇龍，李冰，王德宇，等.多旋翼無人機(jī)巡查系統(tǒng)在特高壓基建工程中的應(yīng)用[J].中國電力，2017（12）：26.

[2]蔣汪洋，劉洪源，劉頌，等.多旋翼無人機(jī)航測系統(tǒng)在地形圖測繪中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2018，41（5）：198-201.

[3]物流業(yè)發(fā)展報(bào)告.中國政府網(wǎng).[2015-03-20]