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无人机行业现状与未来发展趋势
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作(zuò)者:来源：民(mín)航资源网 作(zuò)者：赵汗青
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发布时间: 2020-06-14
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无人机全称“无人驾驶飞行器”，（Unmanned Aerial Vehicle）英文(wén)缩写為(wèi)“UAV”，是利用(yòng)无線(xiàn)電(diàn)遥控设备和自备的程序控制装(zhuāng)置操纵的不载人飞机。它涉及传感器技(jì )术、通信技(jì )术、信息处理(lǐ)技(jì )术、智能(néng)控制技(jì )术以及航空动力推进技(jì )术等，是信息时代高技(jì )术含量的产(chǎn)物(wù)。无人机价值在于形成空中(zhōng)平台，结合其他(tā)部件扩展应用(yòng)，替代人类完成空中(zhōng)作(zuò)业。随着无人机研发技(jì )术逐渐成熟，制造成本大幅降低，无人机在各个领域得到了广泛应用(yòng)，除军事用(yòng)途外，还包括农业植保、電(diàn)力巡检、警用(yòng)执法、地质(zhì)勘探、环境监测、森林防火以及影视航拍等民(mín)用(yòng)领域，且其适用(yòng)领域还在迅速拓展。
无人机根据不同场景、平台、应用(yòng)方式，可(kě)以进行不同分(fēn)类，例如：应用(yòng)场景、飞行平台、控制方式、视距、重量尺度、任務(wù)高度、活动半径等。
中(zhōng)國(guó)民(mín)航总局对无人机按重量1.5KG、7KG、25KG、150KG、5700KG，划分(fēn)為(wèi)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ六类。植保类无人机归属Ⅴ类，无人飞艇归属Ⅵ类，超视距无人机归属Ⅶ类。实际运行中(zhōng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ类无人机有(yǒu)交叉时，分(fēn)属较高要求一类。串并行无人机编队，按机队总重量分(fēn)类。
进入21世纪，随着轻型复合材料的广泛应用(yòng)，卫星定位系统的成熟，電(diàn)子与无線(xiàn)電(diàn)控制技(jì )术的改进，尤其是多(duō)旋翼无人机结构的出现，整个无人机行业进入快速发展阶段。
无人机的飞行平台主要分(fēn)為(wèi)固定翼无人机、多(duō)旋翼无人机、直升无人机、其它无人机等，各飞行平台的优势、劣势、特点如下：
一、多(duō)旋翼无人机系统 多(duō)旋翼无人机系统主要由机架机身、动力系统、飞行控制系统、遥控系统、辅助设备系统五部分(fēn)组成。
A.机架机身
无人机的机架机身指无人机的承载平台，一般选择高强度轻质(zhì)材料制造，例如：玻纤、玻纤维、ABS、PP、尼龙、改性塑料、改性PC、树脂、铝合金等。无人机所有(yǒu)的设备都是安(ān)装(zhuāng)在机架机身上面，支架数量也决定了该无人机為(wèi)几旋翼无人机。优秀的无人机机架设计可(kě)以让其他(tā)各个元器件安(ān)装(zhuāng)合理(lǐ)，坚固稳定，拆装(zhuāng)方便。
B．动力系统
无人机动力系统，就是為(wèi)无人机提供飞行动力的部件，一般分(fēn)為(wèi)油动和電(diàn)动两种。電(diàn)动多(duō)旋翼无人机是最主流的机型，动力系统由電(diàn)机、電(diàn)调、電(diàn)池三部分(fēn)组成。无人机使用(yòng)的電(diàn)池一般都是高能(néng)量密度的锂聚合電(diàn)池，由于一些客观原因，传统每300g锂電(diàn)池，可(kě)以為(wèi)无人机500g（含電(diàn)池）自重，提供17分(fēn)钟飞行时间。氢燃料電(diàn)池、太阳能(néng)電(diàn)池等受制于现有(yǒu)的技(jì )术水平和成本，暂时还无法普及。无人机主要在露天作(zuò)业，对電(diàn)机、電(diàn)调系统的稳定性要求较高，需要定期进行检查、保养、防水、防潮。
C．飞控系统
飞控系统就是无人机的飞行控制系统，不管是无人机自动保持飞行状态（如悬停）还是对无人机的人為(wèi)操作(zuò)，都需要通过飞控系统对无人机动力系统进行实时调节。一些高阶的飞控系统除了保证飞机正常飞行导航功能(néng)以外，还有(yǒu)安(ān)全冗余、飞行数据记录、飞行参数调整和自动飞行优化等功能(néng)。飞控系统是整个无人机的控制核心，主要包括飞行控制、加速计、气压计、传感器、陀螺仪、地磁仪、定位芯片、主控芯片等多(duō)部件组成。
D．遥控系统
无人机遥控系统，主要由遥控器、接收器、解码器、伺服系统组成。遥控器是操作(zuò)平台，接收器接到遥控器信号进行解码，分(fēn)离出动作(zuò)信号传输给伺服系统，伺服系统则根据信号做出相应的动作(zuò)。
E．辅助设备系统
辅助设备系统，主要包括无人机外挂平台简称云台，外挂轻型相机，无線(xiàn)图像传输系统。云台是安(ān)装(zhuāng)在无人机上用(yòng)来挂载相机的机械构件，能(néng)满足三个活动自由度：绕X、Y、Z轴旋转，每个轴心内都安(ān)装(zhuāng)有(yǒu)電(diàn)机，当无人机倾斜时，会配合陀螺仪给相应的云台電(diàn)机加强反方向的动力，防止相机跟着无人机“倾斜”，从而避免相机抖动，云台对于稳定航拍来说却起着非常大的作(zuò)用(yòng)。外挂轻型相机，主要為(wèi)體(tǐ)积重量小(xiǎo)巧，高清晰度相机。无線(xiàn)图像传输系统，在无人机航拍时候，将天空中(zhōng)处于飞行状态下无人机拍摄的画面，实时稳定的发射给地面无線(xiàn)图传遥控接收设备，优秀的无線(xiàn)图像传输系统具(jù)备传输距离遠(yuǎn)、传输稳定、图像清晰流畅、抗干扰、抗遮挡、低延时等特性。 二、固定翼无人机系统 固定翼无人机系统由五部分(fēn)组成：机體(tǐ)结构、航電(diàn)系统、动力系统、起降系统和地面控制站系统。
机體(tǐ)结构由可(kě)拆卸的模块化机體(tǐ)组成，既方便携带，又(yòu)可(kě)以在短时间内完成组装(zhuāng)、起飞。
航電(diàn)系统由飞控電(diàn)脑、感应器、酬载、无線(xiàn)通讯等组成，完成飞机控制系统的需要。 动力系统由动力電(diàn)池、螺旋桨、无刷马达组成，為(wèi)无人机提供飞行所需的动力。？ 起降系统由弹射绳、弹射架、降落伞组成，帮助无人机完成弹射起飞和伞降着陆。部分(fēn)高级固定翼无人机采用(yòng)滑行起降，需要额外设计起落架收放、减震、精(jīng)准定位、加速和刹車(chē)等系统。
地面控制站包括地面站電(diàn)脑、手柄、電(diàn)台等通讯设备，用(yòng)以辅助完成路線(xiàn)规划任務(wù)和飞行过程的监控。
三、无人机应用(yòng)领域 无人机应用(yòng)领域主要分(fēn)為(wèi)三类，消费级应用(yòng)、工(gōng)业级应用(yòng)、军事级应用(yòng)。
无人机应用(yòng)领域汇总如下：
消费级无人机应用(yòng)
以多(duō)旋翼无人机為(wèi)代表的消费级无人机应用(yòng)市场，已经进入快速成長(cháng)期，根据公(gōng)开数据显示，消费级无人机应用(yòng)市场每年有(yǒu)超过50%以上增速，消费级无人机产(chǎn)品种类与服務(wù)日益丰富，行业出现领军企业大疆，占据70%以上的消费级无人机市场份额。
消费级无人机的技(jì )术门槛并不高，一套开源程序就可(kě)以支持飞行器的起飞和降落，任何人都可(kě)以用(yòng)开源程序做一套无人机平台。入门级的消费无人机产(chǎn)品，已经变成红海，各大厂商(shāng)為(wèi)很(hěn)薄的利润而厮杀。各大无人机厂商(shāng)的优势在于飞控系统和云台系统，通过技(jì )术积累使其自身产(chǎn)品比竞争对手更稳定、故障率更低。
在美國(guó)、德(dé)國(guó)的相关航空展上，已经出现了许多(duō)不逊色于大疆的无人机技(jì )术系统。一些有(yǒu)能(néng)力将成本做到极致的國(guó)内巨头企业，也纷纷进入消费级无人机产(chǎn)业掘金。
新(xīn)型轻质(zhì)材料的广泛应用(yòng)，飞控核心技(jì )术成熟让消费级无人机行业门槛进一步降低，加剧行业竞争。行业竞争的加剧又(yòu)导致无人机产(chǎn)品分(fēn)化，各大厂商(shāng)开始走差异化路線(xiàn)，针对不同用(yòng)户需求推出不同的产(chǎn)品。例如：针对巡检市场推出价格低廉、维护简便、航程相对较遠(yuǎn)的无人机产(chǎn)品；针对安(ān)防市场推出续航时间長(cháng)，能(néng)在恶劣环境工(gōng)作(zuò)、图传效果好的无人机产(chǎn)品。
预计2018年民(mín)用(yòng)消费级无人机市场规模约180亿元人民(mín)币，到2025年将达到约300亿元人民(mín)币。
工(gōng)业级无人机应用(yòng)
工(gōng)业级无人机和消费级无人机是完全两个不同的概念，产(chǎn)品也有(yǒu)天壤之别。刨去電(diàn)磁散逸、保密通讯等专业技(jì )术问题，工(gōng)业级无人机在大规模应用(yòng)的道路上还有(yǒu)两个关键壁垒需要突破：一是航程和滞空时间不足；二是载荷能(néng)力不足。在突破这两个技(jì )术难点前，工(gōng)业级无人机很(hěn)难在产(chǎn)业中(zhōng)大规模应用(yòng)。另外成本问题，也是不得不去考虑的现实问题，数万元的工(gōng)业级无人机，需要充分(fēn)考虑投入产(chǎn)出比。
以现在的電(diàn)池技(jì )术、无人机结构，在有(yǒu)效载荷和续航时间上，不可(kě)能(néng)有(yǒu)革命性突破。電(diàn)池技(jì )术10多(duō)年来几乎原地踏步，从石墨负极、硅负极、金属负极、石墨烯，材料學(xué)家在電(diàn)池方面的革新(xīn)无所不用(yòng)其极，论文(wén)天天发，投资叠叠加，但電(diàn)池产(chǎn)品的突破并没有(yǒu)出现。
当前工(gōng)业级无人机有(yǒu)效续航时间约20分(fēn)钟左右，按作(zuò)业最大水平飞行速度5米/秒(miǎo)计算，工(gōng)业级无人机单次飞行最遠(yuǎn)距离6公(gōng)里，考虑往返程和安(ān)全冗余，实际作(zuò)业半径不会超过3公(gōng)里。以无人机電(diàn)力巡检為(wèi)例，只有(yǒu)3公(gōng)里作(zuò)业半径的无人机高空巡检，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)无法满足工(gōng)业级实际生产(chǎn)需要的。
工(gōng)业级无人机单价一般在2万-8万元，甚至也有(yǒu)数十万元一架。无人机创造的实际价值，扣减掉设备折旧和其它费用(yòng)后，是否有(yǒu)剩余收益，这是一个现实的财務(wù)问题。 工(gōng)业级无人机市场还处于摸索与投入期，但考虑到未来巨大市场潜力，國(guó)内各大无人机厂商(shāng)相继进入这个领域。
预计到2025年，工(gōng)业级无人机市场规模约400亿，其中(zhōng)农林植保约200亿，安(ān)防市场约為(wèi)150亿，電(diàn)力巡检约為(wèi)50亿。
军事级无人机应用(yòng)
军事级无人机应用(yòng)，已经成為(wèi)另一个独立产(chǎn)业。无论國(guó)内、國(guó)外都有(yǒu)很(hěn)多(duō)非常成功的产(chǎn)品应用(yòng)于实战，例如：诺斯罗普·格鲁曼公(gōng)司生产(chǎn)的无人机“全球鹰”。在军事应用(yòng)中(zhōng)，每个國(guó)家都有(yǒu)专注于该类市场的相关企业，开发满足不同需求的专业无人机。 图：全球鹰无人机
四、无人机技(jì )术现状
续航
市面上的无人机主要采用(yòng)锂聚合物(wù)電(diàn)池作(zuò)為(wèi)主要动力，续航能(néng)力一般在20分(fēn)钟至30分(fēn)钟之间。因无人机技(jì )术方案不同，续航时间有(yǒu)所差别，无人机需要尽可(kě)能(néng)减轻起飞重量，所以无法携带较重的大容量電(diàn)池，大多(duō)数无人机维持二十分(fēn)钟有(yǒu)效飞行之后，就必须更换電(diàn)池或者插上充電(diàn)線(xiàn)。无人机電(diàn)池充電(diàn)时间，一般每次一个小(xiǎo)时以上。这是无人机一个致命的短板，大大限制了行业的快速良性发展，解决无人机電(diàn)池续航能(néng)力迫在眉睫。
通信系统
无人机通信系统，目前主要使用(yòng)900MHz、1.4GHz、2.4GHz无線(xiàn)電(diàn)频段，其中(zhōng)1.4GHz主要作(zuò)為(wèi)数据通讯频段，2.4GHz主要作(zuò)為(wèi)图像传输频段，900MHz不建议使用(yòng)。工(gōng)信部已经制定无線(xiàn)電(diàn)相关使用(yòng)准则，规范无人机行业的无線(xiàn)電(diàn)频段使用(yòng)。公(gōng)共无線(xiàn)電(diàn)通信链路，抗干扰能(néng)力弱，尤其是同频干扰无法避免。只需采用(yòng)几种特殊干扰方法，就可(kě)以实施对无人机指定无線(xiàn)電(diàn)频段的定向干扰，今年五一西安(ān)无人机编队表演异常就是通信信号干扰造成的。随着无人机的数量指数级增長(cháng)，无人机通信系统干扰的问题，将日渐突出。
定位导航
无人机系统的定位导航，普遍采用(yòng)GPS和北斗双模模式。GPS定位分(fēn)為(wèi)码定位和载波定位，码定位速度快，一般民(mín)用(yòng)精(jīng)度為(wèi)3-10米，军用(yòng)精(jīng)度為(wèi)0.3米；载波定位速度慢，不分(fēn)民(mín)用(yòng)和军用(yòng)。北斗系统定位精(jīng)度在10-20米。基于导航卫星的无人机定位系统，各大无人机厂商(shāng)优化自己的算法，使精(jīng)度勉强达到米级。但受地形、天气等客观条件影响，导航卫星信号易干扰，精(jīng)度稳定性不足的问题有(yǒu)待解决。民(mín)用(yòng)无人机依靠卫星定位，在不用(yòng)差分(fēn)定位技(jì )术辅助的情况下，米级精(jīng)度已经是极限。这样精(jīng)度，在工(gōng)业应用(yòng)领域遠(yuǎn)遠(yuǎn)不够。米级的定位精(jīng)度，不足以支撑无人机自动控制。
差分(fēn)辅助定位技(jì )术，其原理(lǐ)是通过GPS或北斗卫星信号与已知真实基准站坐(zuò)标对比，实现快速厘米级精(jīng)度定位。无人机千机编队表演基本都采取这种技(jì )术，但在自由空间中(zhōng)，不具(jù)备这样条件。
避障
避障技(jì )术，对于主流的无人机飞行至关重要，但现有(yǒu)的解决方案仍处于探索阶段。為(wèi)确保公(gōng)共安(ān)全，需要不断改进传感器、传感算法和无人机设计。无人机避障技(jì )术主要有(yǒu)四套解决方案：红外線(xiàn)传感器方案、超声波传感器方案、激光传感器方案以及视觉传感器方案。在地面行驶的无人汽車(chē)避障问题彻底解决之前，无人机避障技(jì )术还有(yǒu)漫長(cháng)路要走。
五、无人机相关规定与法律法规
2018年1月，《无人驾驶航空器飞行管理(lǐ)暂行条例》公(gōng)开征求意见。
2017年6月，《民(mín)用(yòng)无人驾驶航空器实名(míng)制登记管理(lǐ)规定》，民(mín)用(yòng)无人机登记注册系统正式上線(xiàn)，起飞重量超过250克以上的无人机，必须实施登记注册。建立无人机登记数据共享和查询制度，实现与无人机运行云平台的实时交联。
2016年9月，《民(mín)用(yòng)无人驾驶航空器系统空中(zhōng)交通管理(lǐ)办(bàn)法》，保障民(mín)用(yòng)航空活动的安(ān)全，加强民(mín)用(yòng)无人机飞行活动的管理(lǐ)，规范其空中(zhōng)交通管理(lǐ)的办(bàn)法。
2016年，《关于促进通用(yòng)航空业发展的指导意见》，低空空域定义由1000米以下，提升到3000米以下。
2015年，《轻小(xiǎo)型无人机运行试行规定》，起飞全重7公(gōng)斤以上无人机，必须接入“電(diàn)子围栏”，不得在禁飞區(qū)使用(yòng)无人机，无人机驾驶员需要持有(yǒu)操作(zuò)执照。 2014年，《低空空域使用(yòng)管理(lǐ)规定（试行）》征求意见稿，将低空空域分(fēn)為(wèi)管制空域、监视空域和报告空域，其中(zhōng)涉及监视、报告空域的飞行计划，企业需向空军和民(mín)航局报备。
2013年，《民(mín)用(yòng)无人驾驶航空器系统驾驶员管理(lǐ)暂行规定》，由中(zhōng)國(guó)AOPA协会负责民(mín)用(yòng)无人机的相关管理(lǐ)。
划定禁飞區(qū)、无人机摸底统计、操作(zuò)员实名(míng)制，國(guó)内无人机相关法律法规监管政策，整體(tǐ)趋严，彰显政府推进行业规范化发展的决心。
六、无人机行业未来发展趋势
民(mín)用(yòng)消费级无人机，持续高速增長(cháng)
民(mín)用(yòng)消费级无人机市场的高速增長(cháng)不可(kě)避免。轻质(zhì)复合材料、通信系统的发展提供了基础条件，飞控技(jì )术的成熟，使得多(duō)旋翼无人机操作(zuò)更灵活、更便利。受惠于产(chǎn)业链成熟，传感器、磁罗盘等零配件成本减少，消费级无人机价格大幅降低，无人机与摄像头的结合在民(mín)用(yòng)航拍、影视航拍等场景得到了广泛应用(yòng)，实现销售级市场的突破。
民(mín)用(yòng)工(gōng)业级无人机，技(jì )术突破前较难实现大规模应用(yòng)
民(mín)用(yòng)工(gōng)业级无人机续航时间有(yǒu)待提升，目前有(yǒu)效续航时间普遍未超过30分(fēn)钟；工(gōng)业级无人机飞行稳定性有(yǒu)待提升，在风、雨、雪(xuě)等复杂环境下无人机飞行稳定性较差，还需改进；工(gōng)业级无人机负载能(néng)力有(yǒu)待提升，小(xiǎo)型工(gōng)业无人机载重较差，制约在农药喷洒、物(wù)流等场景的应用(yòng)。农林、安(ān)防、電(diàn)力三个领域的，受限于续航、载重、稳定性因素制约，在技(jì )术突破前，较难实现民(mín)用(yòng)工(gōng)业级无人机的大规模应用(yòng)。另外工(gōng)业级无人机的价格昂贵，在追求投资收益的生产(chǎn)应用(yòng)领域，也是需要考虑的现实问题。
系留无人机，应用(yòng)场景广阔
在電(diàn)池技(jì )术未突破，无人机续航问题未解决前，一种通过外接電(diàn)線(xiàn)的系留无人机值得关注。系留无人机是将无人机和系留综合缆绳结合起来实现的无人机系统。系留无人机通过光電(diàn)综合缆绳给无人机传输電(diàn)能(néng)，使无人机可(kě)以不受電(diàn)能(néng)限制而長(cháng)时间停留在空中(zhōng)，其结构大小(xiǎo)、制作(zuò)材料可(kě)以根据应用(yòng)需求来灵活设计，机动性较强，很(hěn)好的满足了部分(fēn)工(gōng)作(zuò)环境对无人机長(cháng)时间滞空需求。系留无人机减轻了電(diàn)池负荷，通过一根電(diàn)線(xiàn)為(wèi)无人机提供電(diàn)能(néng)，同时利用(yòng)電(diàn)線(xiàn)对无人机进行有(yǒu)線(xiàn)控制、图像传输具(jù)有(yǒu)极高的抗干扰能(néng)力。由于是地面電(diàn)源有(yǒu)線(xiàn)输入，理(lǐ)论上系留无人机可(kě)以无限滞空作(zuò)业。在不需要无人机大范围机动的定位观察、基地安(ān)全、景區(qū)监测、地质(zhì)勘测、野外作(zuò)业、森林防火、应急通信、公(gōng)安(ān)反恐、交通监管、新(xīn)闻采访、工(gōng)程监控、环境监测、影视拍摄、科(kē)學(xué)研究、國(guó)防军工(gōng)等领域，有(yǒu)广泛应用(yòng)前景。
无人机千机编队文(wén)艺演出，将成独立的商(shāng)业模式
数千架无人机编队飞行表演，在广州、成都、西安(ān)等多(duō)地上演，数千架无人机可(kě)以进行复杂的编队飞行，组成的不同的图案与主题，且不会发生碰撞。强烈的视觉震撼，已经获得市场的广泛认可(kě)。无人机千机编队表演，无数“萤火虫”点亮夜空，已经成為(wèi)独立商(shāng)业模式，将持续扩大影响。
无人机相关行业监管政策，将逐步趋严
无人机在推广和使用(yòng)过程中(zhōng)，出现了一系列的安(ān)全隐患和监管漏洞，比如误闯禁飞區(qū)、小(xiǎo)區(qū)飞行干扰休息等，这类现象对公(gōng)共安(ān)全和个人权益造成一定影响，政策层面在不断完善和加强无人机领域的专项管理(lǐ)。由于國(guó)内对公(gōng)共安(ān)全领域的高度关注，无人机监管政策总體(tǐ)趋严。
七、小(xiǎo)结
无人机是未来航空发展趋势之一，当前在航空机體(tǐ)材料、飞行定位、航空控制领域有(yǒu)所突破。随着技(jì )术成熟，零配件成本降低，以多(duō)旋翼无人机為(wèi)主小(xiǎo)型民(mín)用(yòng)无人机将成為(wèi)市场热点。由于航程短、航速慢等特点，多(duō)旋翼无人机在安(ān)全级别低、稳定性要求低、在无滞空时间特殊要求的领域，有(yǒu)较大的应用(yòng)空间，特别是利用(yòng)飞行特质(zhì)的航空拍摄，空中(zhōng)巡检、航空表演等领域。一个小(xiǎo)型的无人机只需花(huā)几分(fēn)钟在空中(zhōng)拍照，就可(kě)以完成这类对人来说非常艰巨而又(yòu)危险的任務(wù)。
由于目前電(diàn)池技(jì )术未实质(zhì)性突破，多(duō)旋翼无人机滞空时间普遍在20-30分(fēn)钟左右，无線(xiàn)電(diàn)或4G/5G无線(xiàn)网络控制皆存在可(kě)靠性低，抗干扰能(néng)力弱，稳定性不足的制约。航空普遍使用(yòng)的GPS/北斗定位系统、气压计测高系统、加速计、陀螺仪、地磁仪等设备精(jīng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)未达到无人控制的精(jīng)度要求，因此真正工(gōng)业级无人机大规模、高精(jīng)度、稳定应用(yòng)还有(yǒu)待时日。个人认為(wèi)，在无人驾驶汽車(chē)大规模商(shāng)业应用(yòng)前，无人机不具(jù)备无人应用(yòng)条件。
近年随着无人机行业的快速发展，消费级无人机市场已经进入成長(cháng)期，國(guó)内无人机研制领域原有(yǒu)的竞争格局渐被打破，市场格局正处于巨变和重塑的过程中(zhōng)。工(gōng)业级无人机市场，还在前期探索期，快速成長(cháng)还有(yǒu)待全行业的共同努力。
此文(wén)仅对无人机行业提一些初浅认识，不妥之处还望指教。
无人机根据不同场景、平台、应用(yòng)方式，可(kě)以进行不同分(fēn)类，例如：应用(yòng)场景、飞行平台、控制方式、视距、重量尺度、任務(wù)高度、活动半径等。
中(zhōng)國(guó)民(mín)航总局对无人机按重量1.5KG、7KG、25KG、150KG、5700KG，划分(fēn)為(wèi)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ六类。植保类无人机归属Ⅴ类，无人飞艇归属Ⅵ类，超视距无人机归属Ⅶ类。实际运行中(zhōng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ类无人机有(yǒu)交叉时，分(fēn)属较高要求一类。串并行无人机编队，按机队总重量分(fēn)类。
进入21世纪，随着轻型复合材料的广泛应用(yòng)，卫星定位系统的成熟，電(diàn)子与无線(xiàn)電(diàn)控制技(jì )术的改进，尤其是多(duō)旋翼无人机结构的出现，整个无人机行业进入快速发展阶段。
无人机的飞行平台主要分(fēn)為(wèi)固定翼无人机、多(duō)旋翼无人机、直升无人机、其它无人机等，各飞行平台的优势、劣势、特点如下：
一、多(duō)旋翼无人机系统 多(duō)旋翼无人机系统主要由机架机身、动力系统、飞行控制系统、遥控系统、辅助设备系统五部分(fēn)组成。
A.机架机身
无人机的机架机身指无人机的承载平台，一般选择高强度轻质(zhì)材料制造，例如：玻纤、玻纤维、ABS、PP、尼龙、改性塑料、改性PC、树脂、铝合金等。无人机所有(yǒu)的设备都是安(ān)装(zhuāng)在机架机身上面，支架数量也决定了该无人机為(wèi)几旋翼无人机。优秀的无人机机架设计可(kě)以让其他(tā)各个元器件安(ān)装(zhuāng)合理(lǐ)，坚固稳定，拆装(zhuāng)方便。
B．动力系统
无人机动力系统，就是為(wèi)无人机提供飞行动力的部件，一般分(fēn)為(wèi)油动和電(diàn)动两种。電(diàn)动多(duō)旋翼无人机是最主流的机型，动力系统由電(diàn)机、電(diàn)调、電(diàn)池三部分(fēn)组成。无人机使用(yòng)的電(diàn)池一般都是高能(néng)量密度的锂聚合電(diàn)池，由于一些客观原因，传统每300g锂電(diàn)池，可(kě)以為(wèi)无人机500g（含電(diàn)池）自重，提供17分(fēn)钟飞行时间。氢燃料電(diàn)池、太阳能(néng)電(diàn)池等受制于现有(yǒu)的技(jì )术水平和成本，暂时还无法普及。无人机主要在露天作(zuò)业，对電(diàn)机、電(diàn)调系统的稳定性要求较高，需要定期进行检查、保养、防水、防潮。
C．飞控系统
飞控系统就是无人机的飞行控制系统，不管是无人机自动保持飞行状态（如悬停）还是对无人机的人為(wèi)操作(zuò)，都需要通过飞控系统对无人机动力系统进行实时调节。一些高阶的飞控系统除了保证飞机正常飞行导航功能(néng)以外，还有(yǒu)安(ān)全冗余、飞行数据记录、飞行参数调整和自动飞行优化等功能(néng)。飞控系统是整个无人机的控制核心，主要包括飞行控制、加速计、气压计、传感器、陀螺仪、地磁仪、定位芯片、主控芯片等多(duō)部件组成。
D．遥控系统
无人机遥控系统，主要由遥控器、接收器、解码器、伺服系统组成。遥控器是操作(zuò)平台，接收器接到遥控器信号进行解码，分(fēn)离出动作(zuò)信号传输给伺服系统，伺服系统则根据信号做出相应的动作(zuò)。
E．辅助设备系统
辅助设备系统，主要包括无人机外挂平台简称云台，外挂轻型相机，无線(xiàn)图像传输系统。云台是安(ān)装(zhuāng)在无人机上用(yòng)来挂载相机的机械构件，能(néng)满足三个活动自由度：绕X、Y、Z轴旋转，每个轴心内都安(ān)装(zhuāng)有(yǒu)電(diàn)机，当无人机倾斜时，会配合陀螺仪给相应的云台電(diàn)机加强反方向的动力，防止相机跟着无人机“倾斜”，从而避免相机抖动，云台对于稳定航拍来说却起着非常大的作(zuò)用(yòng)。外挂轻型相机，主要為(wèi)體(tǐ)积重量小(xiǎo)巧，高清晰度相机。无線(xiàn)图像传输系统，在无人机航拍时候，将天空中(zhōng)处于飞行状态下无人机拍摄的画面，实时稳定的发射给地面无線(xiàn)图传遥控接收设备，优秀的无線(xiàn)图像传输系统具(jù)备传输距离遠(yuǎn)、传输稳定、图像清晰流畅、抗干扰、抗遮挡、低延时等特性。 二、固定翼无人机系统 固定翼无人机系统由五部分(fēn)组成：机體(tǐ)结构、航電(diàn)系统、动力系统、起降系统和地面控制站系统。
机體(tǐ)结构由可(kě)拆卸的模块化机體(tǐ)组成，既方便携带，又(yòu)可(kě)以在短时间内完成组装(zhuāng)、起飞。
航電(diàn)系统由飞控電(diàn)脑、感应器、酬载、无線(xiàn)通讯等组成，完成飞机控制系统的需要。 动力系统由动力電(diàn)池、螺旋桨、无刷马达组成，為(wèi)无人机提供飞行所需的动力。？ 起降系统由弹射绳、弹射架、降落伞组成，帮助无人机完成弹射起飞和伞降着陆。部分(fēn)高级固定翼无人机采用(yòng)滑行起降，需要额外设计起落架收放、减震、精(jīng)准定位、加速和刹車(chē)等系统。
地面控制站包括地面站電(diàn)脑、手柄、電(diàn)台等通讯设备，用(yòng)以辅助完成路線(xiàn)规划任務(wù)和飞行过程的监控。
三、无人机应用(yòng)领域 无人机应用(yòng)领域主要分(fēn)為(wèi)三类，消费级应用(yòng)、工(gōng)业级应用(yòng)、军事级应用(yòng)。
无人机应用(yòng)领域汇总如下：
消费级无人机应用(yòng)
以多(duō)旋翼无人机為(wèi)代表的消费级无人机应用(yòng)市场，已经进入快速成長(cháng)期，根据公(gōng)开数据显示，消费级无人机应用(yòng)市场每年有(yǒu)超过50%以上增速，消费级无人机产(chǎn)品种类与服務(wù)日益丰富，行业出现领军企业大疆，占据70%以上的消费级无人机市场份额。
消费级无人机的技(jì )术门槛并不高，一套开源程序就可(kě)以支持飞行器的起飞和降落，任何人都可(kě)以用(yòng)开源程序做一套无人机平台。入门级的消费无人机产(chǎn)品，已经变成红海，各大厂商(shāng)為(wèi)很(hěn)薄的利润而厮杀。各大无人机厂商(shāng)的优势在于飞控系统和云台系统，通过技(jì )术积累使其自身产(chǎn)品比竞争对手更稳定、故障率更低。
在美國(guó)、德(dé)國(guó)的相关航空展上，已经出现了许多(duō)不逊色于大疆的无人机技(jì )术系统。一些有(yǒu)能(néng)力将成本做到极致的國(guó)内巨头企业，也纷纷进入消费级无人机产(chǎn)业掘金。
新(xīn)型轻质(zhì)材料的广泛应用(yòng)，飞控核心技(jì )术成熟让消费级无人机行业门槛进一步降低，加剧行业竞争。行业竞争的加剧又(yòu)导致无人机产(chǎn)品分(fēn)化，各大厂商(shāng)开始走差异化路線(xiàn)，针对不同用(yòng)户需求推出不同的产(chǎn)品。例如：针对巡检市场推出价格低廉、维护简便、航程相对较遠(yuǎn)的无人机产(chǎn)品；针对安(ān)防市场推出续航时间長(cháng)，能(néng)在恶劣环境工(gōng)作(zuò)、图传效果好的无人机产(chǎn)品。
预计2018年民(mín)用(yòng)消费级无人机市场规模约180亿元人民(mín)币，到2025年将达到约300亿元人民(mín)币。
工(gōng)业级无人机应用(yòng)
工(gōng)业级无人机和消费级无人机是完全两个不同的概念，产(chǎn)品也有(yǒu)天壤之别。刨去電(diàn)磁散逸、保密通讯等专业技(jì )术问题，工(gōng)业级无人机在大规模应用(yòng)的道路上还有(yǒu)两个关键壁垒需要突破：一是航程和滞空时间不足；二是载荷能(néng)力不足。在突破这两个技(jì )术难点前，工(gōng)业级无人机很(hěn)难在产(chǎn)业中(zhōng)大规模应用(yòng)。另外成本问题，也是不得不去考虑的现实问题，数万元的工(gōng)业级无人机，需要充分(fēn)考虑投入产(chǎn)出比。
以现在的電(diàn)池技(jì )术、无人机结构，在有(yǒu)效载荷和续航时间上，不可(kě)能(néng)有(yǒu)革命性突破。電(diàn)池技(jì )术10多(duō)年来几乎原地踏步，从石墨负极、硅负极、金属负极、石墨烯，材料學(xué)家在電(diàn)池方面的革新(xīn)无所不用(yòng)其极，论文(wén)天天发，投资叠叠加，但電(diàn)池产(chǎn)品的突破并没有(yǒu)出现。
当前工(gōng)业级无人机有(yǒu)效续航时间约20分(fēn)钟左右，按作(zuò)业最大水平飞行速度5米/秒(miǎo)计算，工(gōng)业级无人机单次飞行最遠(yuǎn)距离6公(gōng)里，考虑往返程和安(ān)全冗余，实际作(zuò)业半径不会超过3公(gōng)里。以无人机電(diàn)力巡检為(wèi)例，只有(yǒu)3公(gōng)里作(zuò)业半径的无人机高空巡检，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)无法满足工(gōng)业级实际生产(chǎn)需要的。
工(gōng)业级无人机单价一般在2万-8万元，甚至也有(yǒu)数十万元一架。无人机创造的实际价值，扣减掉设备折旧和其它费用(yòng)后，是否有(yǒu)剩余收益，这是一个现实的财務(wù)问题。 工(gōng)业级无人机市场还处于摸索与投入期，但考虑到未来巨大市场潜力，國(guó)内各大无人机厂商(shāng)相继进入这个领域。
预计到2025年，工(gōng)业级无人机市场规模约400亿，其中(zhōng)农林植保约200亿，安(ān)防市场约為(wèi)150亿，電(diàn)力巡检约為(wèi)50亿。
军事级无人机应用(yòng)
军事级无人机应用(yòng)，已经成為(wèi)另一个独立产(chǎn)业。无论國(guó)内、國(guó)外都有(yǒu)很(hěn)多(duō)非常成功的产(chǎn)品应用(yòng)于实战，例如：诺斯罗普·格鲁曼公(gōng)司生产(chǎn)的无人机“全球鹰”。在军事应用(yòng)中(zhōng)，每个國(guó)家都有(yǒu)专注于该类市场的相关企业，开发满足不同需求的专业无人机。 图：全球鹰无人机
四、无人机技(jì )术现状
续航
市面上的无人机主要采用(yòng)锂聚合物(wù)電(diàn)池作(zuò)為(wèi)主要动力，续航能(néng)力一般在20分(fēn)钟至30分(fēn)钟之间。因无人机技(jì )术方案不同，续航时间有(yǒu)所差别，无人机需要尽可(kě)能(néng)减轻起飞重量，所以无法携带较重的大容量電(diàn)池，大多(duō)数无人机维持二十分(fēn)钟有(yǒu)效飞行之后，就必须更换電(diàn)池或者插上充電(diàn)線(xiàn)。无人机電(diàn)池充電(diàn)时间，一般每次一个小(xiǎo)时以上。这是无人机一个致命的短板，大大限制了行业的快速良性发展，解决无人机電(diàn)池续航能(néng)力迫在眉睫。
通信系统
无人机通信系统，目前主要使用(yòng)900MHz、1.4GHz、2.4GHz无線(xiàn)電(diàn)频段，其中(zhōng)1.4GHz主要作(zuò)為(wèi)数据通讯频段，2.4GHz主要作(zuò)為(wèi)图像传输频段，900MHz不建议使用(yòng)。工(gōng)信部已经制定无線(xiàn)電(diàn)相关使用(yòng)准则，规范无人机行业的无線(xiàn)電(diàn)频段使用(yòng)。公(gōng)共无線(xiàn)電(diàn)通信链路，抗干扰能(néng)力弱，尤其是同频干扰无法避免。只需采用(yòng)几种特殊干扰方法，就可(kě)以实施对无人机指定无線(xiàn)電(diàn)频段的定向干扰，今年五一西安(ān)无人机编队表演异常就是通信信号干扰造成的。随着无人机的数量指数级增長(cháng)，无人机通信系统干扰的问题，将日渐突出。
定位导航
无人机系统的定位导航，普遍采用(yòng)GPS和北斗双模模式。GPS定位分(fēn)為(wèi)码定位和载波定位，码定位速度快，一般民(mín)用(yòng)精(jīng)度為(wèi)3-10米，军用(yòng)精(jīng)度為(wèi)0.3米；载波定位速度慢，不分(fēn)民(mín)用(yòng)和军用(yòng)。北斗系统定位精(jīng)度在10-20米。基于导航卫星的无人机定位系统，各大无人机厂商(shāng)优化自己的算法，使精(jīng)度勉强达到米级。但受地形、天气等客观条件影响，导航卫星信号易干扰，精(jīng)度稳定性不足的问题有(yǒu)待解决。民(mín)用(yòng)无人机依靠卫星定位，在不用(yòng)差分(fēn)定位技(jì )术辅助的情况下，米级精(jīng)度已经是极限。这样精(jīng)度，在工(gōng)业应用(yòng)领域遠(yuǎn)遠(yuǎn)不够。米级的定位精(jīng)度，不足以支撑无人机自动控制。
差分(fēn)辅助定位技(jì )术，其原理(lǐ)是通过GPS或北斗卫星信号与已知真实基准站坐(zuò)标对比，实现快速厘米级精(jīng)度定位。无人机千机编队表演基本都采取这种技(jì )术，但在自由空间中(zhōng)，不具(jù)备这样条件。
避障
避障技(jì )术，对于主流的无人机飞行至关重要，但现有(yǒu)的解决方案仍处于探索阶段。為(wèi)确保公(gōng)共安(ān)全，需要不断改进传感器、传感算法和无人机设计。无人机避障技(jì )术主要有(yǒu)四套解决方案：红外線(xiàn)传感器方案、超声波传感器方案、激光传感器方案以及视觉传感器方案。在地面行驶的无人汽車(chē)避障问题彻底解决之前，无人机避障技(jì )术还有(yǒu)漫長(cháng)路要走。
五、无人机相关规定与法律法规
2018年1月，《无人驾驶航空器飞行管理(lǐ)暂行条例》公(gōng)开征求意见。
2017年6月，《民(mín)用(yòng)无人驾驶航空器实名(míng)制登记管理(lǐ)规定》，民(mín)用(yòng)无人机登记注册系统正式上線(xiàn)，起飞重量超过250克以上的无人机，必须实施登记注册。建立无人机登记数据共享和查询制度，实现与无人机运行云平台的实时交联。
2016年9月，《民(mín)用(yòng)无人驾驶航空器系统空中(zhōng)交通管理(lǐ)办(bàn)法》，保障民(mín)用(yòng)航空活动的安(ān)全，加强民(mín)用(yòng)无人机飞行活动的管理(lǐ)，规范其空中(zhōng)交通管理(lǐ)的办(bàn)法。
2016年，《关于促进通用(yòng)航空业发展的指导意见》，低空空域定义由1000米以下，提升到3000米以下。
2015年，《轻小(xiǎo)型无人机运行试行规定》，起飞全重7公(gōng)斤以上无人机，必须接入“電(diàn)子围栏”，不得在禁飞區(qū)使用(yòng)无人机，无人机驾驶员需要持有(yǒu)操作(zuò)执照。 2014年，《低空空域使用(yòng)管理(lǐ)规定（试行）》征求意见稿，将低空空域分(fēn)為(wèi)管制空域、监视空域和报告空域，其中(zhōng)涉及监视、报告空域的飞行计划，企业需向空军和民(mín)航局报备。
2013年，《民(mín)用(yòng)无人驾驶航空器系统驾驶员管理(lǐ)暂行规定》，由中(zhōng)國(guó)AOPA协会负责民(mín)用(yòng)无人机的相关管理(lǐ)。
划定禁飞區(qū)、无人机摸底统计、操作(zuò)员实名(míng)制，國(guó)内无人机相关法律法规监管政策，整體(tǐ)趋严，彰显政府推进行业规范化发展的决心。
六、无人机行业未来发展趋势
民(mín)用(yòng)消费级无人机，持续高速增長(cháng)
民(mín)用(yòng)消费级无人机市场的高速增長(cháng)不可(kě)避免。轻质(zhì)复合材料、通信系统的发展提供了基础条件，飞控技(jì )术的成熟，使得多(duō)旋翼无人机操作(zuò)更灵活、更便利。受惠于产(chǎn)业链成熟，传感器、磁罗盘等零配件成本减少，消费级无人机价格大幅降低，无人机与摄像头的结合在民(mín)用(yòng)航拍、影视航拍等场景得到了广泛应用(yòng)，实现销售级市场的突破。
民(mín)用(yòng)工(gōng)业级无人机，技(jì )术突破前较难实现大规模应用(yòng)
民(mín)用(yòng)工(gōng)业级无人机续航时间有(yǒu)待提升，目前有(yǒu)效续航时间普遍未超过30分(fēn)钟；工(gōng)业级无人机飞行稳定性有(yǒu)待提升，在风、雨、雪(xuě)等复杂环境下无人机飞行稳定性较差，还需改进；工(gōng)业级无人机负载能(néng)力有(yǒu)待提升，小(xiǎo)型工(gōng)业无人机载重较差，制约在农药喷洒、物(wù)流等场景的应用(yòng)。农林、安(ān)防、電(diàn)力三个领域的，受限于续航、载重、稳定性因素制约，在技(jì )术突破前，较难实现民(mín)用(yòng)工(gōng)业级无人机的大规模应用(yòng)。另外工(gōng)业级无人机的价格昂贵，在追求投资收益的生产(chǎn)应用(yòng)领域，也是需要考虑的现实问题。
系留无人机，应用(yòng)场景广阔
在電(diàn)池技(jì )术未突破，无人机续航问题未解决前，一种通过外接電(diàn)線(xiàn)的系留无人机值得关注。系留无人机是将无人机和系留综合缆绳结合起来实现的无人机系统。系留无人机通过光電(diàn)综合缆绳给无人机传输電(diàn)能(néng)，使无人机可(kě)以不受電(diàn)能(néng)限制而長(cháng)时间停留在空中(zhōng)，其结构大小(xiǎo)、制作(zuò)材料可(kě)以根据应用(yòng)需求来灵活设计，机动性较强，很(hěn)好的满足了部分(fēn)工(gōng)作(zuò)环境对无人机長(cháng)时间滞空需求。系留无人机减轻了電(diàn)池负荷，通过一根電(diàn)線(xiàn)為(wèi)无人机提供電(diàn)能(néng)，同时利用(yòng)電(diàn)線(xiàn)对无人机进行有(yǒu)線(xiàn)控制、图像传输具(jù)有(yǒu)极高的抗干扰能(néng)力。由于是地面電(diàn)源有(yǒu)線(xiàn)输入，理(lǐ)论上系留无人机可(kě)以无限滞空作(zuò)业。在不需要无人机大范围机动的定位观察、基地安(ān)全、景區(qū)监测、地质(zhì)勘测、野外作(zuò)业、森林防火、应急通信、公(gōng)安(ān)反恐、交通监管、新(xīn)闻采访、工(gōng)程监控、环境监测、影视拍摄、科(kē)學(xué)研究、國(guó)防军工(gōng)等领域，有(yǒu)广泛应用(yòng)前景。
无人机千机编队文(wén)艺演出，将成独立的商(shāng)业模式
数千架无人机编队飞行表演，在广州、成都、西安(ān)等多(duō)地上演，数千架无人机可(kě)以进行复杂的编队飞行，组成的不同的图案与主题，且不会发生碰撞。强烈的视觉震撼，已经获得市场的广泛认可(kě)。无人机千机编队表演，无数“萤火虫”点亮夜空，已经成為(wèi)独立商(shāng)业模式，将持续扩大影响。
无人机相关行业监管政策，将逐步趋严
无人机在推广和使用(yòng)过程中(zhōng)，出现了一系列的安(ān)全隐患和监管漏洞，比如误闯禁飞區(qū)、小(xiǎo)區(qū)飞行干扰休息等，这类现象对公(gōng)共安(ān)全和个人权益造成一定影响，政策层面在不断完善和加强无人机领域的专项管理(lǐ)。由于國(guó)内对公(gōng)共安(ān)全领域的高度关注，无人机监管政策总體(tǐ)趋严。
七、小(xiǎo)结
无人机是未来航空发展趋势之一，当前在航空机體(tǐ)材料、飞行定位、航空控制领域有(yǒu)所突破。随着技(jì )术成熟，零配件成本降低，以多(duō)旋翼无人机為(wèi)主小(xiǎo)型民(mín)用(yòng)无人机将成為(wèi)市场热点。由于航程短、航速慢等特点，多(duō)旋翼无人机在安(ān)全级别低、稳定性要求低、在无滞空时间特殊要求的领域，有(yǒu)较大的应用(yòng)空间，特别是利用(yòng)飞行特质(zhì)的航空拍摄，空中(zhōng)巡检、航空表演等领域。一个小(xiǎo)型的无人机只需花(huā)几分(fēn)钟在空中(zhōng)拍照，就可(kě)以完成这类对人来说非常艰巨而又(yòu)危险的任務(wù)。
由于目前電(diàn)池技(jì )术未实质(zhì)性突破，多(duō)旋翼无人机滞空时间普遍在20-30分(fēn)钟左右，无線(xiàn)電(diàn)或4G/5G无線(xiàn)网络控制皆存在可(kě)靠性低，抗干扰能(néng)力弱，稳定性不足的制约。航空普遍使用(yòng)的GPS/北斗定位系统、气压计测高系统、加速计、陀螺仪、地磁仪等设备精(jīng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)未达到无人控制的精(jīng)度要求，因此真正工(gōng)业级无人机大规模、高精(jīng)度、稳定应用(yòng)还有(yǒu)待时日。个人认為(wèi)，在无人驾驶汽車(chē)大规模商(shāng)业应用(yòng)前，无人机不具(jù)备无人应用(yòng)条件。
近年随着无人机行业的快速发展，消费级无人机市场已经进入成長(cháng)期，國(guó)内无人机研制领域原有(yǒu)的竞争格局渐被打破，市场格局正处于巨变和重塑的过程中(zhōng)。工(gōng)业级无人机市场，还在前期探索期，快速成長(cháng)还有(yǒu)待全行业的共同努力。
此文(wén)仅对无人机行业提一些初浅认识，不妥之处还望指教。
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