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無人機為美好生活插上“智慧之翼”

  起飛、懸停、翻轉……7月26日晚,300架無人機組成的空中表演編隊亮相青島國際啤酒節開幕式。掛載數字燈光的無人機通過程序自動控制,配合音樂變換出各種圖案,甚至擺出契合主題的“干杯”造型。科技與藝術完美融合的酷炫表演,將現場的氣氛推向高潮。

  無人機,廣義上指無人駕駛的航空器。如今的民用領域無人機,通常指多旋翼遙控飛行器,它涉及傳感器、通信、智能控制、航空動力推進等多項尖端技術,被認為是5G、物聯網、人工智能等下一代信息技術的重要載體和邊緣計算終端之一。

  近年來,中國民用無人機研制與應用快速發展,在植保、物流、交通、環保、應急救援等領域發揮著越來越重要的作用,已成為中國“智”造新的亮點。未來感和科技感十足的無人機,正加速飛進人們的生活,為多個行業帶來改變與驚喜。

  搶險救災:無人機的全新舞臺

陜西省武功縣通過無人機航線將田間地頭生鮮果蔬和產地倉庫直連,圖為工作人員從無人機上取貨。新華社記者 李一博 攝

  “有信號了,能打通電話了!”7月11日傍晚,湖南省衡東縣吳集鎮楊梓坪村的村民們重振精神,與救援人員溝通受災情況。

  7月上旬,受到連日來的暴雨洪水影響,衡東縣發生大面積停電和移動通信基站退服。普通通信救援保障車輛、人員無法進入災區開展通信保障,受災嚴重的楊梓坪村一時成為通信孤島。

  11日下午,1臺“應急通信高空基站”由湖南移動從長沙市緊急派出,趕赴衡東縣受災嚴重的楊梓坪村進行支援。技術人員在直徑2.3米,高度0.65米的無人機上,安裝搭載了4G基站作為指揮調度系統,通過衛星進行信號傳輸。當無人機上升至100米以上的高空時,便形成了臨時的“基站塔”,能實現半徑3至7公里的信號覆蓋。不到1分鐘,在場人員的手機信號立即得以恢復。

  據介紹,該“基站”能實現7×24小時不間斷為當地5400個手機用戶提供即時通話、上網等通信保障,參加過2017年四川九寨溝地震救援、2018年廣東臺風救援等多次應急任務,是應對地震、洪水、泥石流等受災面積大、道路損毀嚴重等災害場景下最有力的通信保障利器。

  “震后災區的電力、通信、地震臺站等很可能會被破壞、中斷,災區通信存在困難,道路交通也可能受損,為救災帶來阻礙。”中國地震局地球物理研究所研究員楊建思表示。

  以往,地震專家們都是以兩到三人為一組,徒步進入最危險的災區,調查災后情況,再將消息送回,時間慢、安全度低。衛星遙感技術雖然能夠從空中較快獲取災區影像,但受分辨率和拍攝角度等因素限制,也無法準確全面了解情況。

  無人機的出現,解決了很多問題。利用無人機,在震后迅速進入災區航拍,實時傳回更清晰的圖像,成本低、易操縱、反應快,對大面積區域震害調查效率更高。在此基礎上,專家可以作出更準確地研判。

  此外,無人機技術還可實現掛載多種載荷模塊,獲取更多信息,提升救援能力。比如,在火情航拍時,無人機攜帶的雙傳感器相機,可以通過熱成像與可見光影像融合,生成更容易辨識目標的圖像,獲取肉眼難以發現的細節,便于及時調遣消防隊伍。

  創新引領:國產無人機翱翔世界

在山東省淄博市臨淄區,富群農機專業合作社農民操作植保無人機。新華社發 崔立來 攝

  提起無人機,很多人會想到深圳市大疆創新科技有限公司旗下的航拍產品。無論是能裝進口袋的“御”系列無人機,還是準專業級的“精靈”系列無人機,都為航拍愛好者所津津樂道。

  市場研究機構的數據顯示,大疆生產的消費級無人機占全球市場份額的70%以上,是全球民用無人機領域的領軍者,客戶遍布全球100多個國家和地區。

  在此類產品出現以前,傳統航拍設備復雜、成本高昂,航拍也只存在于專業影視或者特殊技術領域。

  “創新不是從天上掉下來的。”大疆創始人汪滔表示,2006年,他們以直升機飛控系統這一電子工程課題創業,成功實現了飛行器的自主懸停控制。在此基礎上,團隊又將力量投入到微小型飛行器一系列控制器、傳感器相關的軟硬件技術,并在多軸飛行器飛控系統、陀螺穩定云臺等航拍技術領域取得突破。

  云臺,是指安裝、固定攝像機的支撐設備。由于飛行器在空中難以避免抖動,云臺技術對空中影像的成像質量至關重要。2012年初,大疆在一次國際展上發布了三軸云臺,驚艷全場。“這是第一次在空中成像技術中使用直接驅動技術,我們將行業標準提升了幾十個層級。”汪滔回憶。

  里程碑誕生在2013年。第一代大疆“精靈”無人機的問世,開辟了電子消費品中“飛行照相機”的全新品類,掀起的無人機熱潮延續至今。與以往專業航拍設備不同的是,這款四旋翼無人機無需組裝,“開箱即飛”,通過遙控器和智能手機就可以靈活控制,大大降低了航拍的技術門檻和成本。

  隨后的幾年里,研發團隊繼續深耕飛行控制、視覺定位、視覺導航等技術領域,接連發布的換代產品,讓世界領略到中國企業的創新能力和研發水準。2016年,美國《時代周刊》將大疆“精靈”系列無人機列入“有史以來最具影響力的50件科技產品”榜單,這也是唯一上榜的由中國企業發明的產品。

  經過幾年的發展,如今的無人機也越來越智能。跟拍模式、環繞模式、螺旋模式、漸遠模式,更可以匹配景深、全景功能,讓使用者分分鐘創作“大片”,給用戶帶來美妙的拍攝體驗。這背后,是逐步融合的人工智能技術。

  “通過雙目視覺系統進行環境感知,可以實現避障、定位、跟隨、自主繞障等功能。”大疆公共關系總監謝闐地告訴記者,視覺識別、機器學習等相關人工智能技術的應用,在無人機領域產生了很大的影響。

  根據民用無人駕駛航空器實名登記系統披露的數據,截至今年5月底,我國無人機生產企業已有1353家。市面上的各類無人機產品琳瑯滿目,價格從幾百元到上萬元都有,外觀也更趨小巧。大疆“御”Mavic Air展開后的最大寬度為18厘米、重430克,而某款價格只有數百元、定位更像玩具的無人機僅9厘米見方、88克重。

  多領域應用:運輸植保巡檢樣樣能干

京東物流無人機在青海省西寧市朝陽電子商務示范基地起飛。新華社記者 吳剛 攝

  近幾年,除了用于航拍和娛樂競技的消費級無人機頻頻博人眼球外,面向行業應用的工業級無人機也逐漸走進大眾視野。

  在“智慧物流”大行其道的當下,中國郵政、順豐、京東等都開始嘗試在試點區域內使用無人機配送。

  5月底在天津召開的第三屆世界智能大會上,順豐展出了兩款用于物流末端中短距離配送的無人機。“這款‘魔鬼魚’無人機已投入使用,它最大飛行里程可達100公里,最高速度26米/秒,最大承重10公斤。”天津順豐速遞有限公司公共事業部經理朱赫群表示,對于山川、河湖等交通比較“繞”的地區,物流無人機可以翻山過河、直達目的地。

  很多人都想象不到,物流配送僅僅是工業級無人機相對“小眾”的應用領域,哪些才是應用的“大頭”?

  “農業植保無人機是現階段我國乃至全球用量最多的無人機機種。”6月底舉辦的2019世界無人機大會暨第四屆深圳國際無人機展覽會上,南京航空航天大學無人機研究院教授黃大慶在接受媒體采訪時透露。

  我國作為農業大國,18億畝的基本農田需要大量的噴灑農藥等農業植保作業,但每年有約10萬人因農藥中毒。繼在日本、美國等發達國家快速發展之后,2016年起,農業植保無人機逐漸成為我國農業行業的新寵。

  以大疆去年底發布的T16植保無人機為例,該設備的噴灑系統配備了4個液泵及8個噴頭,可以全天候感知農田環境,不受環境光線及塵土影響,搭載的雷達支持地形坡度檢測,山地斜坡也可仿地飛行。在實際作業中,T16作業效率可達每小時150畝,是人工噴灑效率的100倍以上。

  與此相對應的是,我國航空植保作業面積從2013年的不足10萬畝次增長到2018年的3億畝次,5年增長3000多倍;2019年,預計將增至5億畝次。

  此外,被稱為“空中巡查員”的巡線無人機也占有較多市場,在高壓線、油氣管線的安全監測、故障巡檢等方面大顯身手。

  地質勘探、建筑測繪、環境監測、警用執法……近年來,工業級無人機在各行業的應用日趨普遍,為人們帶來極大方便。

  規范監管:讓無人機飛向“正軌”

  今年4月,無人機駕駛員與數字化管理師、人工智能工程技術人員等13個職業一起列入國家職業分類大典,引起社會關注。

  隨著無人機的可控性及作用距離的增大,結合前些年偶發的影響飛機起降、在禁飛區起飛等事件,越來越多的無人機在天上飛,保障飛行安全和必要的監管成為社會共識。

  2017年5月16日,中國民航局頒布了《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規定》,正式對重量在0.25千克以上的民用無人機實施實名登記注冊。截至今年5月底,在民用無人駕駛航空器實名登記系統中,無人機登記數量已有33萬架、注冊用戶數量超過31萬人。

  中國民航科學技術研究院航空器適航研究所副所長劉薇薇在解讀數據時表示,未來無人機適航管理將推行基于運行風險的無人機適航管理模式,創新無人機適航管理體系和技術標準體系。

  此外,為了規范使用民用無人駕駛航空器從事經營性飛行活動,加強市場監管,促進無人駕駛航空器產業安全、有序、健康發展,2018年3月21日,中國民用航空局運輸司又發布了《民用無人駕駛航空器經營性飛行活動管理辦法(暫行)》,已于當年6月1日生效。

  與此同時,反無人機設備也在機場、石油化工生產區域、行政部門工作場所等多場景得到應用。使用新型電磁技術的無人機干擾器,能夠管控和打擊非法的無人機。

  行業自律也在同步推進。大疆此前宣布,2020年起發布的重量超過250克的所有無人機產品,都會自帶探測器。該探測器檢測到無人機接近直升機或飛機時,會自動向操作人員發出警告,提醒采取規避措施。

  無人機未來發展向何處去?中國信息通信研究院發布《5G無人機應用》白皮書指出,即將推廣應用的5G技術與無人機的結合,將加速無人機網聯化、實時化、智能化方面的革新,低空數字化大有可為。(記者 姜永斌)

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