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民用无人机:前沿技术的全新视角

作者:jnscsh   时间:2022-04-18 08:41:57   浏览次数:

近年来,我国民用无人机市场呈现井喷式发展,无人机在多个领域开始被应用。从现在已经普及的影视航拍、农业植保、基建巡检、安防救援、地理测绘等领域,到未来民用无人机技术将像计算机一样进入各行各业。民用无人机正在成为各项前沿技术的全新载体,试图扮演越来越重要的角色。

在经历了互联网三十年发展繁荣所带来的巨大改变后,人类对下一代通信技术与下一代工业组织方式的期待不断在提高。越来越多的机械设备走向自动化与信息化,越来越多的信息平台开始融合,计算力的分配和资本的分配一样成为备受关注的科技议题。

在这个背景下,民用无人机技术和产业的高速发展成为了旁逸斜出的一支。这一产业受到通信技术与互联网经济的深度影响,成为全球工业整合以及工程师红利的获益者。与此同时,民用无人机也正在积极成为各项在经历了互联网三十年发展繁荣所带来的巨大改变后,人类对下一代通信技术与下一代工业组织方式的期待不断在提高。越来越多的机械设备走向自动化与信息化,越来越多的信息平台开始融合,计算力的分配和资本的分配一样成为备受关注的科技议题。

在这个背景下,民用无人机技术和产业的高速发展成为了旁逸斜出的一支。这一产业受到通信技术与互联网经济的深度影响,成为全球工业整合以及工程师红利的获益者。与此同时,民用无人机也正在积极成为各项前沿技术的全新载体,试图扮演越来越重要的角色。

究其本质,在所有的前沿技术中,民用无人機第一次把人类不具备的飞翔能力补足,以往昂贵危险的空域空间资源,随着民用无人机的普及成为了每个人都可以获得的资源。与人类培育农作物、获得远洋航海能力一样,无人机对于低空空间的开发利用,对工业体系和人类生活带来的影响,还在萌芽的阶段,但必然开启一个长远宏大的技术文明篇章。

从现在已经普及的影视航拍、农业植保、基建巡检、安防救援、地理测绘等领域,到未来民用无人机技术像计算机一样进入各行各业,还有非常遥远的路要走,其发展前景也有极大的想象空间。

民用无人机的技术关键点与启发

人类不能飞翔使得大量人类的技术文明都首先考虑在地面的二维平面展开。大航海时代使得人类建立新的认知,技术框架开始考虑曲面的立体空间。而随着通信技术的发展,以及航天时代的到来,人类借由卫星技术突破了以往只能依托高山地势等来构建三维空间信息节点的限制。但卫星技术的成本高昂,且同样存在诸多客观物理限制。

在大疆创新推出了可以精准悬停,具有计算能力和独立通信传输能力的无人机产品后,在低空低成本构建三维数字数据空间成为了可能,而且几乎人人都能操作,培训成本极低。

这并不是大疆创新从创立之时就设定好的目标。2006年大疆创新开始创业时的第一个课题,是在控制领域研究如何让飞行器在空中自主悬停。这涉及到多个交叉学科。大疆创新在技术研发的路径上逐渐积累了飞控系统、动力系统、通信系统与影像系统等领域软硬件各项技术。

2010年开始,越来越多的航模玩家开始使用多旋翼类航模飞行器来实现航空拍摄。这是多旋翼飞行器开始展现其作为优秀稳定的空间数据载体和计算平台的潜力,而大疆创新的技术积累也恰好在这时派上了用场。大疆创新自2012年开始推出的精灵系列,迅速成为了小型民用无人机的标准。

精灵系列无人机以到手即飞,轻松航拍为设计出发点,但其精准悬停的能力以及空中采集图像传输到地面端的技术特点,从发布一开始就被多个行业所关注。几乎是与精灵前两代发布同期,电力、安防等领域就用上了精灵系列无人机。在多个领域行业专家的帮助下,大疆创新在原有的技术体系上迅速拓展出了多种无人机解决方案,以及具有特定规格和功能的无人机飞行平台。

究其原因,是在大疆创新推出民用无人机产品之前,市面上还不具备有标准化、规模化低空悬停作业的其他方案。而当一种新的技术品类可以非常低成本地实现这一目标时,就快速被多个迫切需求空中解决方案的行业加以利用和改进。而这一过程反过来也为大疆创新积累了许多宝贵的知识和经验。

民用无人机产业的开头虽是如此,但直到现在,影视航拍仍然是民用无人机普及度最高,使用最为广泛的行业。由于市场结构的原因,在影视行业,制作者与消费者的供需角色正在模糊,影视拍摄越来越成为一种消费娱乐行为,这带来了大量的对影视制作软硬件的市场需求,民用无人机在这一市场需求下得到了产业规模发展的支持。在移动互联网时代,来自影视行业和消费者市场的需求增速,以及可评估的未来经济预期,无人机所带来的益处是其他行业都难以提供的。

同时,这也有技术体系交叉融合方面的问题。在消费者市场,有非常好的互联网公共基础设施,影视内容和制作可以轻松融合到原有的制作、发布、消费、二次销售等经济活动中。但在其他领域则不尽然。比如,随着电子政务、科技强警等政策的推进,国内交通指挥的信息化体系已经比较健全,终端、网络、指挥中心等基础设施基本完善,这时候无人机作为其中一种交警终端加入,大大提高交通指挥的效率,提供应急处置的解决方案,效果非常显著。但如果没有前者的基础设施,仅无人机企业自身是难以提供整体的电子政务或数字城市等一揽子解决方案的。

综上,低成本精准悬停带来的三维数字空间,在信息化基础设施完善后成为高效数据终端与边缘计算设备,发达的互联网经济使得影像消费者市场需求对无人机产业产生强大的拉动作用,是给予民用无人机产业发展中的巨大启发。

而这个过程,并不是规划出来的,而是大疆创新在电子工程的科学探索领域旁逸斜出独树一帜之后,在多个基础技术突破后空降进入了信息产业与信息技术的主跑道。

这与传统的大家对于航空航天相关学科领域技术下探民用的期待,并不是一致的。航空航天产业仍在另一个跑道上,但也许在不久的未来,航天技术与机器人自动化技术发展到一定阶段会产生交叉,并入同一个赛道并推出新的民用科技产品。

民用无人机的资本误读

随着大疆创新在2013年之后的快速发展,以及其不错的全球影响力,民用无人机被视为可被资本加速的“新赛道”。有众多风险投资及商业资源开始进入民用无人机领域。但事实上并没有再现大疆创新曾经取得的市场成绩。

与此同时,在消费市场之外,也没有出现过2013-2018年民用无人机消费者市场快速增长的情况。有研究报告指出,所谓的“工业级无人机市场”可以获得比 “消费级无人机市场”更大的收益,但这并没有合理的数据与逻辑进行支撑。

在面向消费者的竞争市场中,按照需求类别区分产品是常见的做法。“消费级无人机市场”与“工业级无人机市场”也是这种理解下的产物。但在实际情况中,无人机本身只是执行任务的工具,有时执行娱乐休闲任务与执行工业任务的,往往是同一款机型。

在2018年5月微软全球开发者大会上,微软演示了将Azure IoT Edge 和人工智能技术搭载在大疆“御”Mavic Air无人机上,实现油气管道巡检中自动识别和标注隐患。而“御”Mavic Air无人机是大疆在2018年1月推出的一款面向较大众消费者的便携航拍无人机。

如同PC平台可以运行专业软件,也可以运行游戏一样。民用无人机本身作为数据采集、计算设备以及空中悬停的飞行平台,其应用扩展性将带来一个规模远超无人机主机的产业生态。这其中难以区分什么是“消费级”、什么是“工业级”。在实际应用中,成本、可靠性、操作门槛等都可能影响哪个具体领域的应用成为成长速度较快的市场。

在这样的市场需求下,绕开大疆创新重新研发其他技术路线的飞行平台,技术门槛高投资回报小,已经不符合经济规律了。但在无人机平台下游推动更多应用的开发,则面临新的技术挑战和商业生态挑战。

如前所述,在已经有较好的信息化、自动化基础设施的行业,比如电力行业,推动无人机应用的普及是相对容易的事情。中国南方电网不仅从2013年就开始使用大疆创新的无人机开展电力巡检,更是与大疆创新深度合作共同完成了无人机自动充电、航线自动规划、自动巡视、自动分析缺陷等功能。南方电网广东省公司已提出到2025年实现巡检无人机全部转为自动驾驶的目标。前不久,广东电网基于大疆Onborad SDK 开发自动飞行软件——“智巡通”,帮助5000余架DJI大疆无人机实现自动飞行巡检。

但在信息化、工业化发展层次比较低的行业,无人机应用的前景还有“九九八十一难”挑战要经历。以农业植保无人机为例,中国农业种植面积广阔,作物种类多,理论上市场前景是巨大的。但从2015年大疆創新旗下大疆农业推出了国内首款量产开放销售的农业植保无人机开始,无人机在农业中应用的进展并没有外界预期的“爆发式”增长。农作物施药方法的研究、普及,操作员培训,新兴药剂、助剂的研发与实验等,以及在缺乏商业网络的农村区域建立销售和服务网络,成为了农业植保无人机企业绕不开的工作,持续不断的投入建设,使得整个产业暂时还没有扭亏为盈的迹象。

无人机产业并不像互联网产业,无法利用标准化的产品或工具快速复制到不同区域市场,扩大用户规模。每一个无人机应用的客户,都有其深层次的定制需求,而技术工具本身也在不断迭代。在经过过去十年的市场培育、技术迭代之后,在无人机基础设施上,大疆等公司已经提供了较为完善且低成本的飞行平台,而下一步行业生态的开发还处于市场机会转瞬即逝,技术工具不够完善,亟待更多技术开发者入局构建生态的阶段。

这一阶段难以用资本驱动加速,但在生态构建达到一定规模后,无人机产业可以承载进一步市场推广、客户任务系统升级迭代所带来的资本机会。

围绕人与应用展开的政策演进

“政策”是无人机产业发展绕不开的话题。和汽车刚刚诞生时,全新的技术带来的运营方式与原有为行人和马匹设计的交通系统产生冲突一样,无人机让普通人拥有了使用空域的能力,这与以往基于“人类不会飞”而设置的社会体系和社会工具不免产生一些冲突。

调和冲突,把新技术转换成生产力,需要一方面依靠技术本身的升级迭代,另一方面依靠政策与管理方法的不断清晰和完善。

无人机产业迅猛发展,面临的问题是此前没有专门面向无人机的法律法规,而参考与之相关民航立法设计,此前也没有考虑到无人机。在新的法律出台前,无人机用户只能依照现行规定进行申请,但申请空域渠道不透明,个人无法申请到空域等问题,都使广大群众无法顺利放飞无人机。无科学清晰管理规则使得有些无人机飞行任务不知如何合规,有一些则是面临“一刀切”的无效管理规则,有意突破任性为之。

无人机管理涉及空域、空中运行,地面安全及产品生产等多个领域,对军队、民航、公安、工信等部门的管理协同是一种挑战;同时缺乏具体指导和培训,使基础设施管理者和安全负责人对无人机技术有畏惧感。全球发生过多起“目击无人机”警报导致机场关闭事件,也发生过多次民航飞行员报告发生“无人机撞击”事件,事后调查均未查实有无人机干扰,或者调查发现实际为鸟击、蝙蝠甚至飘在空中的塑料袋。无明确的分级处置方法和科技手段导致了一部分原本不必要的干扰,而非无人机本身造成,却对无人机产生了负面影响。

2018年1月26日,国家空中交通管制委员会办公室向社会发布了《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例(征求意见稿)》,从顶层设计上确认了无人机生产、销售、使用等全生命周期的管理。在此意见稿发布后,中国民航局、工信部等相关单位也在积极进行部门规章的立法活动。未来,民用无人机市场标准将由国家市场监管总局进行管理。前述管理条例“分类为先,科学合理”的精神,对重量小、日常用的无人机做认证,对重量大、高专业领域的无人机做适航。比如用于娱乐消费的无人机无需操作者资质;用于大型工业作业,操作不当对地面和空中有一定危害性的无人机需要操作者资质。

2019年1月,人力资源和社会保障部发布了15个新职业,其中包括无人机驾驶员。从职业体系中确认了无人机使用的价值,为无人机操作技能培训指明了方向。无人机技术应用的普及将给多个产业带来深远影响,这其中离不开培养更多具备无人机使用技能的人,也离不开无人机产品的不断普及。从人与应用的角度,无论是国家政策层面还是社会上勇于创新的普通用户,都在无人机产业的发展中不断解决问题,探索前进。

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