无人机时代来临

2001年时，美军率先在阿富汗的茫茫丛林之中，使用无人机追踪“基地”头目；转眼间，属于无人机的时代已经来临。
不过，无人机在空中飞行时所面临的不确定因素太多了。它要学会穿越极低的空域、拥挤的环境，还要追求安全、轻便、充足的动力。
为了探索和解决这些问题，无人机产业开始走向专业化。

01

按需生产

让任何人在任何时间、任何地点，通过无人机可以得到想要的任何信息，这就是无人机的核心理念。

艾瑞咨询的一份报告指出，2025年中国无人机750亿元的市场规模中，用于航拍娱乐的消费级市场规模约为300亿元，其余450亿元将来自专业领域。
但对于不同的行业、科研要求来说，终端的需求越来越多样化。
海洋和极地，草原和森林，数据的收集和处理面临着一系列挑战，千差万别的需求与无人机单一的产品类型之间产生了亟待解决的矛盾。△云南元阳梯田航拍图
不同的行业需要各自具有针对性的突破。“未来的农业将从无人机开始。”这是一种广泛的说法。从应用领域来说，无人机技术在农业中的发展逐渐成熟，正在推动农业智能化。
以土壤和作物调查为例，无人机在早期阶段要创建准确的三维地图，然后可以根据土壤条件和不同种子的扎根模式来播种，提高种子利用效率。
播种后，企业可以用无人机分析土壤状况，进一步来管理农田灌溉和施氮水平。
△2019年3月14日，农民在江苏扬州宝应县夏集镇潼口村一处农田里操作无人机喷洒农药过去，卫星拍摄是监测农场最先进的技术，但具有很大的缺陷——拍摄必须提前预约，每天只能看到一次图像。而且图像算不上准确，一旦天气很差，分辨率也随之大幅下降，直接导致风险和管理成本增加。
目前，包括谷歌、拜耳和约翰迪尔（John Deere）在内的许多全球性公司在大力投资农业，主要投资方向就是无人机。
但是，农业无人机需要突破的掣肘很多——价格贵、续航短、缺少懂农业技术的操作员，并且还没有形成全行业统一的技术标准。

02

续航问题

理想中的无人机，是想飞多久就飞多久。但事实是，续航能力不足是所有无人机的一个通病，根本无法满足行业的应用需要。不少无人机因在空中电力耗尽而坠落。
续航时长由电池容量决定，就好比容量1万mAh（毫安时）的充电宝，就是比1000mAh的要重上许多。
市场上的大部分娱乐型四轴飞行器，迷你型的飞行时长均在5~7分钟，中型的能达到15分钟，大型的可达20~40分钟甚至更长，频繁地操作也会消耗掉更多的电量。

无人机企业提升产品续航能力，主要聚焦在三个方面：电池、结构、材料。
近几年，太阳能无人机得到了一定突破。西北工业大学的“魅影”太阳能无人机，在2018年创下了19小时34分的续航纪录，最近实现了27小时37分的续航。
Facebook也正与航空巨头空中客车合作，在澳大利亚进行相关无人机测试，并开发了太阳能无人机，以便在全球范围内实现互联网连接。
几个月前，《自然》封面刊登了一款太阳能无人机，是哈佛大学研发的世上最轻的无缆飞行器RoboBeeX-Wing。从形状上看，它像哆啦A梦的竹蜻蜓，动力系统加机器本身只有259毫克，比一枚回形针还要轻。当它的翅膀振动起来，让人联想到英剧《黑镜》里的“杀人蜂”。
△哈佛大学研发的世上最轻的无缆飞行器RoboBeeX-Wing
这款无人机可携带最多6块太阳能电池板。在强光直射的条件下，太阳能电池板能提供约110~120毫瓦能量。

从无人机的结构入手，通过优化结构、增大能源储备或者减少能源消耗来延长续航，也取得了一定突破。

去年，西雅图一家初创公司WiBotic便为大疆商用级无人机打造了无线电源系统，用户只需花10分钟安装系统，便能对大疆两款机型进行无线充电。

根据WiBotic的介绍，它可以实现完全自主充电，使无人机无需更换电池即可保持待机状态。该系统应用范围也很广：长期安全和防御监视，施工现场监测和快速响应搜救，以及油井场地、炼油厂和海上钻井平台的甲烷泄漏检测。
从材料着手，一般是寻找新型轻量化材料、减少无人机重量，来增强续航能力。

03

空域环境

无人机在操作者视线之外工作，为其增加了不可控风险。但是，这个行业的发展必须依赖全域飞行能力，即使是在最拥堵的环境下。
针对无人机运行和交通管理提供解决方案，是实现无人机需求增长的关键。对此，欧盟委员会提出了U-space空域蓝图。早在2015年，欧委会就授权SESAR JU（欧洲单一天空空管研究计划联合执行体）启动研究——如何让无人机在低空空域安全飞行？2017年6月，SESAR JU发布了U-space蓝图。
△2017年6月，SESAR JU发布了U-space蓝图

U-space是为确保大量无人机安全、高效地进入空域，所设计的一套新的服务和特定程序。这些服务依赖于高度的功能数字化和自动化，保证无人机在各个等级的空域和各种复杂空域环境中，顺利开展任务。

作为这一愿景的实施步骤，SESAR JU已启动了一系列项目。
U-space分为四层服务：U1基础服务，提供电子注册、电子识别和电子围栏，识别无人机和操作者，并告知操作者飞行禁区；U2初始服务，包括飞行规划、批准及追踪，空域动态信息等；U3高级服务，可为交通稠密地区等复杂环境提供支持，包括自动监测和避障功能；U4全面服务，具有高度自动化和数字化水平，支持与传统航空系统交互。△U-space蓝图的四层服务
对于一些欧洲国家来说，U-space缺少清晰的搭建路径。瑞士先行尝试了U-space，尽管其并不是欧盟成员国。
瑞士的U-space监管框架，由瑞士联邦民航局制定，具体系统由瑞士空中导航服务商、瑞士国有企业Skyguide搭建。
据了解，2019年年中开放之后，U-space的无人机航线自动批准服务，首先会在日内瓦和卢加诺使用，在全瑞士推行则需要更长时间。

中国和美国也在致力于开展本国的无人机管理系统工作。

作者 | 居然

编辑 | 荣智慧 [e-mail]

排版 | 赵越，龙明佳

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