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民用無人機:改變世界的空中精靈

分類:特色新工科 發布日期:2022-03-23 發布人:溈徠

半個多世紀以來,由于戰爭和商業需要,無人機在軍用和民用領域均得到空前的發展,一躍成為時下最火的科技“寵兒”,受到無數人的熱捧。

百年歷史  源于戰爭

  無人機是無人駕駛飛機的簡稱,英文縮寫為UAV,它是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機,或者由車載計算機完全或間歇地進行自主操作,是無人駕駛飛行器的統稱。從技術角度看,無人機可以分為無人固定翼飛機、無人垂直起降飛機、無人飛艇、無人直升機、無人多旋翼飛行器、無人傘翼機等。與載人飛機相比,無人機具有體積小、造價低、使用方便、對飛行環境要求低等優點。

  無人機最初的設計和制造主要服務于軍事用途,最早出現于20世紀20年代。1914年,第一次世界大戰正進行得如火如荼,英國的卡德爾和皮切爾兩位將軍向英國軍事航空學會提出了一項建議:研制一種不用人駕駛而用無線電操縱的小型飛機,使它能夠飛到敵方某一目標區上空,將事先裝在小飛機上的炸彈投下去。這種大膽的設想立即得到當時英國軍事航空學會理事長戴·亨德森爵士賞識。他指定由A.M.洛教授率領一班人馬進行研制。當時,無人機是作為訓練用的靶機使用的。

行業應用  如虎添翼

  除了軍事用途外,無人機也日漸在民用領域發揮著越來越大的作用。民用無人機是從20世紀80年代開始起步的,與軍用無人機的百年歷史相比,要短得多。除了個人娛樂外,“無人機+行業應用”是真正的剛需。在民用方面,近年來,我國無人機技術彎道超車,已處于世界領跑水平。

  2021年7月,河南洪澇災害告急。我國大型救災無人機“翼龍-2H”緊急出動,表現出色。救災過程中,鞏義市米河鎮多個村莊通信中斷,應急管理部緊急調派無人機空中應急通信平臺,歷時4.5小時的跨區域長途飛行,抵達通信中斷區,利用無人機搭載的移動公網基站,實現了約50平方千米范圍內約5小時的穩定連續移動信號覆蓋,打通了應急通信保障的生命線,網友直呼:“這就是中國速度!”

民用無人機:改變世界的空中精靈(圖1)

  當地面運輸工具因特殊原因無法展開救援時,無人機可以快速運輸藥品、血液、逃生物資等緊急物品,快速對災區空氣和地表實施高效病菌滅殺作業,隨時隨地進入災區進行偵查和探測。除此之外,無人機還可以掛載探照燈,幫助搜救人員在黑夜里找到等待救援的災民,或者在火場附近高溫、高濕環境下進行勘察作業,幫助勘察火勢及人員被困情況,為消防搜救提供及時的現場信息,爭取最佳的救援時機。

  航拍無人機是民用無人機當中最為常見的一個種類。如今,專門用于航拍的無人機可以實現“360度無死角拍攝”,在事件記錄、新聞報道和宣傳片制作等方面正在發揮著越來越重要的作用。高性能的航拍無人機在提供穩定高效的畫質方面,已經開始取代航拍直升機的角色。影視圈使用無人機的成功案例比比皆是,無論是綜藝節目《爸爸去哪兒》,還是經典大片《哈利?波特》系列、《007天幕墜落》《變形金剛4》等,幕后都有無人機的蹤影。自2012年開始興起的航拍紀錄片,如《航怕中國》等,更是讓航拍無人機的應用得到了人們的認可。

  無人機不僅能被用來記錄精彩時刻,成百上千架無人機編隊本身就能呈現出動感立體的表演。通過編程,無人機編隊能達到“不是煙花,勝似煙花”的效果。2021年6月30日晚,1000架無人機在廣州完成了一場壯麗的燈光秀。表演的第一幕是無人機組成的廣州中共三大會址紀念館;隨后,天空中出現紫荊旗和蓮花旗,象征1997年香港回歸和1999年澳門回歸;然后是北京鳥巢與五環圖案、神舟十二號載人航天飛船和“七一勛章”圖案;最后是光芒璀璨的數字“100”圖案,再現中國共產黨的百年奮斗路,為黨的百年華誕獻上祝福,驚艷廣州夜空。

民用無人機:改變世界的空中精靈(圖2)

  除了航拍和表演,我國的無人機在植物保護方面也做出了突出貢獻。去年8月,北京市針對京西稻、玉米和櫻桃開展無人機飛防及專業化統防統治作業。此次飛防不僅僅使用了生物藥劑,還首次采用無人機釋放天敵昆蟲——將裝好卵卡的防水蜂巢均勻地放置在點位上。農用植保無人機噴藥作業則在距離作物1.5~2米的上方飛行,依靠螺旋槳下壓風場進行藥品播撒,幾乎不受地形影響,也不需要預留通道,可以極大地提高施藥效率,還能減少藥品用量,提高藥品利用率。

  無人機還能幫助修復“地球之腎”——濕地。2021年3月,上海公司利用大疆植保無人機,成功將1200萬顆海三棱藨草種丸撒入浙江嘉興平湖市白沙灣海堤附近,助力濕地修復。濱海濕地灘涂面積大,如果用人工播撒,一是效率低且壓力不夠,播下去的種子容易被潮水沖刷帶走;二是人工行走不便,容易留下腳印。無人機可以定點、定時播撒,將草種精確“射”入灘涂泥面,節省至少50倍以上的人力。使用無人機播種5個月后,這里的海岸線上已然形成一條岸美、灘綠的生態化景觀帶。

  無人機在航油管道巡檢、輸電線路運維等方面也起到了很大的作用。2021年6月,按照規劃的航線,一架無人機在國家電網烏魯木齊供電公司220千伏老滿城變電站執飛精細化巡檢任務。飛行航點覆蓋斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器、變壓器、穿墻套管、絕緣子、避雷針及龍門架等全站室外設備,共計100余個。過去,一個運行人員需要花費4.5小時才能完成1個220千伏變電站的巡視;如今,采用無人機自主巡視,巡視時間縮短至幾十分鐘。變電站的無人機自主巡視,人工巡視替代率達到了79%,大大提高了巡視效率。

  利用無人機進行測繪,不僅操作簡單,還能大大節省人力、物力,提高測繪效果。2021年3月,廣西玉林市自然資源規劃測繪信息院借助無人機,只用一星期左右就完成了一次農村“房地一體”不動產確權的登記工作,比傳統全野外測量,即人工手持儀器逐戶測量,在時間上縮短了20天以上。利用無人機傾斜攝影測量技術和激光雷達空中測量這兩項技術,即可快速獲得農村住房的占地面積、建筑面積、高度、外圍地形地貌以及地理坐標經緯等詳細信息。

  無人機測繪不僅能進行地理測繪,還能模擬“重建”古建筑。2021年3月,大疆公司與武漢大學張祖勛院士團隊合作,為山西大同懸空寺建立高精度實景三維模型。懸空寺主體是利用峭壁的凹凸部分巧妙地依勢而建,其驚險的地理位置對寺廟的三維建模工作是一項巨大的挑戰。無人機重建的三維模型做到了精準還原建筑內的錯落變化,大到滑坡,小至建筑內的一根木頭斷裂,皆可清晰重現。無人機航測不僅能提供有針對性的修復依據,還能助力文物古跡的數字化,推動文物的研究、分析及保護工作。

民用無人機:改變世界的空中精靈(圖3)

  無人機為更多人所熟知,還是在疫情期間。通過短視頻,人們看到無人機為街道社區防疫提供空中防疫喊話服務,助力街道社區“零距離科學防疫”。2021年7月,江蘇省南京市的街道社區工作人員通過無人機攜帶的擴音喇叭對居民喊話,提醒廣大居民配合防疫工作。與站在地面上用喇叭喊話相比,空中的傳播范圍更廣,聲音也更響亮,能夠更好地起到防疫宣傳的效果。

  民警也會利用無人機打擊非法犯罪行為。在緝毒方面,我國已有科技公司發布了無人機載多光譜罌粟巡查系統,可有效識別拔節期、現蕾期、花期及果期的罌粟植株,時間跨度約40天。2021年6月,青海果洛州班瑪縣公安局禁毒大隊民警就利用無人機對轄區內各小區花園、移民區、廢棄院落等部位進行非法種植罌粟、大麻等毒品原植物的全面巡查,共鏟除野生罌粟花80余株,確保不留死角。2021年7月,浙江省寧波市生態環境局慈溪分局龍山所的執法人員利用無人機拍攝到了隱蔽在大面積的農田中的非法排污點,并鎖定了利用復雜環境的掩護進行逃竄的作坊員工。也是在這一年3月,合肥市公安局蜀山分局巧妙運用無人機偵查,成功剿滅了隱藏在荒野中的流動賭博窩點。

杜絕“黑飛” 守法飛行

  伴隨著無人機在各行各業發揮重要作用的同時,“黑飛”無人機干擾航空秩序、窺探他人隱私等事件也頻繁發生,對重要地域的安全保衛與治安管理等工作構成了嚴峻挑戰。有些無人機攜帶危險性配件后,隨時可變身為新的大規模殺傷武器,不得不防。2021年2月,重慶的一架民用航拍無人機撞擊軌道交通2號線列車,使列車緊急制動停車。2019年12月,河北一架無人機“黑飛”拍照,被雷達監測發現為異??站?。

民用無人機:改變世界的空中精靈(圖4)

  目前,未經報備審批在管控區域飛行、適飛區域高度超過120米,或未聯網飛行無人機的行為,都將被認定為“黑飛”。在我國,任何未取得民航總局許可的飛行都是不被允許的。不過,針對無人機的日益普及以及使用率不斷升高的實際情況,中國民航局航空器適航審定司發布了《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規定》,明確最大起飛重量為250克(含250克)的無人機需在指定網站完成實名登記,登記后即可在非禁飛區進行飛行。當前,我國有些地方省市也已經在積極開放低空空域、建設無人機試飛基地,為無人機等航空器提供飛行場所。

  無人機產業是21世紀最受矚目的科技產業之一,需要技術創新作為支撐,也需要每位無人機用戶嚴格遵守政策法規,給予配合和支持。我國無人機產業發展勢頭強勁,有望在全球競爭中繼續引領風騷,獲得持續成長。

--《百科知識》約稿


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