无人机初探：飞行技术的革新与未来

一、无人机的发展历程

无人机，英文简写为 UAV，全称 Unmanned AerialVehicle，即无人驾驶飞行器。其发展历程大致可分为三个阶段。

1910 年到 1950 年是无人机发展的早期阶段。无人机的概念在第一次世界大战期间开始萌芽(yá)，最(zuì)初(chū)被(bèi)称(chēng)为(wèi)飞(fēi)行(xíng)器(qì)自(zì)动(dòng)化(huà)，形(xíng)态(tài)与(yǔ)现(xiàn)在(zài)的(de)无(wú)人(rén)机(jī)差(chà)别(bié)较(jiào)大(dà)，主要(yào)用(yòng)于(yú)训(xun)练(liàn)。在(zài)第(dì)二(èr)次(cì)世(shì)界(jiè)大(dà)战(zhàn)期(qī)间(jiān)，无(wú)人(rén)机(jī)技(jì)术(shù)快(kuài)速(sù)发(fā)展(zhǎn)，主要(yào)交(jiāo)战(zhàn)国(guó)纷(fēn)纷(fēn)投入研发，此时的无人机主要用于军事训练和作为炮击靶标。

1950 年到 2000 年是无人机的快速发展阶段。冷战期间，无人机开始用于军事侦查任务，冷战结束后，随着计算机技术和传感器技术的发展，无人机的设计和功能不断改进，军事无人机日益强大，且在许多任务中代替了有人驾驶飞机。上个世纪 80 年代后期，无人机进(jìn)入(rù)民(mín)用(yòng)领(lǐng)域，出现了众多小型无人机和遥控飞行器。

2000 年到目前，是无人机的全面普及及应用阶段。新材料、传感器、通讯、大容量电池、软件等技术的飞速发展，催生了(le)大(dà)量(liàng)不(bù)同(tóng)功(gōng)能(néng)特(tè)点(diǎn)样(yàng)式(shì)的(de)无(wú)人(rén)机(jī)，其(qí)应(yīng)用(yòng)范(fàn)围(wéi)大(dà)幅(fú)扩(kuò)展(zhǎn)，涵(hán)盖(gài)农(nóng)业(yè)植(zhí)物(wù)保(bǎo)护(hù)、灾(zāi)害(hài)监(jiān)测(cè)等(děng)诸(zhū)多(duō)领(lǐng)域。随(suí)着(zhe)无(wú)人(rén)机(jī)的(de)不(bù)断(duàn)普(pǔ)及(jí)，各(gè)国(guó)开(kāi)始(shǐ)制(zhì)定(dìng)无(wú)人(rén)机(jī)管(guǎn)理(lǐ)法(fǎ)律(lǜ)法(fǎ)规，我国也颁布了(le)无(wú)人(rén)机(jī)飞(fēi)行(xíng)管(guǎn)理(lǐ)条(tiáo)例(lì)，对(duì)无(wú)人(rén)机(jī)的(de)飞(fēi)行(xíng)许(xǔ)可(kě)、飞(fēi)行(xíng)安(ān)全要(yào)求(qiú)、操(cāo)作(zuò)人(rén)员(yuán)资(zī)格(gé)管(guǎn)理(lǐ)和(hé)飞(fēi)行(xíng)活(huó)动(dòng)的(de)监(jiān)控(kòng)进(jìn)行了明确的规(guī)定(dìng)。

二(èr)、无(wú)人(rén)机(jī)的(de)分(fēn)类(lèi)及(jí)系(xì)统(tǒng)构(gòu)成(chéng)

无(wú)人(rén)机(jī)有(yǒu)多(duō)种(zhǒng)分(fēn)类方法，最常见的按用途分为军用无人机和民用无人机。按飞行方式分，可分为固定翼无人机、旋翼无人机、倾转旋翼无人机和扑翼无人机。固定翼无人机依靠机翼产生的升力飞行，需要一定的起飞和着陆距离；旋翼无人机利用旋转的螺旋桨产生升力，可垂直起飞和降落，又分为无人直升机和多旋翼无人机；倾转旋翼无人机结合了固定翼和旋翼设计特点，能在飞行中改变旋翼位置实现不同飞行模式；扑翼无人机则是模拟鸟类和昆虫飞行机制，用扑动的翅膀产生升力和推进力。按驱动方式分，可分为电动无人机和燃油无人机。按无人驾驶航空器飞行管理暂行条例的标准，还可分为微型、轻型、小型、中型、大型，空机质量和最大起飞重量是主要的区分指标。

无人机的起飞方式有水平起飞、弹射起飞、手抛起飞等。水平起飞是固定翼飞(fēi)机(jī)一(yī)般(bān)采取(qǔ)的方式，弹射起飞是通过弹射设备使固定翼飞机从静止快速加速至起飞速度，手抛起飞则用于较小和轻型的固定翼无人机和扑翼无人机。降落方式包括垂直降落、水平降落、降落伞降落、网阻拦降落以及拦阻绳降落等。

无人机系统一般包括五大部分：无人机平台、飞控系统、通讯模块、地面控制站和载荷。无人机平台是实际的飞行机体，通常由机身、机翼、动力系统以及传感器组成。飞控系统负责无人机的飞行稳定性和导航，由硬件和软件组成，包括传感器和控制算法。通讯模块负责无人机之间以及无人机与地面控制站之间的数据传输，可采用多种通讯方式。地面控制站是操作者与无人机之间的接口，负责飞行监控、任务规划和数据接收，可有多种形态。载荷是收集环境数据和执行特定任务的设备，根据应用不同，可有不同的传感器组合。

目前，还出现了无人机自组网技术和无人机专用机场技术两种操控无人机的新技术、新方式。无人机自组网技术把 Mac 网络技术和无人机相结合，允许无人机在飞行过程中自动连接和断开，形成动态网络，提高了无人机的通讯控制范围、抗干扰和完成任务的能力。无人机专用机场技术为无人机提供了集中(zhōng)管(guǎn)理(lǐ)的(de)环(huán)境(jìng)，可(kě)进(jìn)行(xíng)起(qǐ)降(jiàng)、充(chōng)电(diàn)、维(wéi)修(xiū)和(hé)存(cún)储(chǔ)，有(yǒu)利(lì)于(yú)提(tí)高(gāo)无(wú)人(rén)机(jī)的(de)运(yùn)营(yíng)效(xiào)率(lǜ)、降(jiàng)低(dī)维(wéi)护(hù)成(chéng)本(běn)。

三(sān)、无(wú)人(rén)机(jī)在(zài)民(mín)用(yòng)领(lǐng)域的(de)应(yīng)用(yòng)

无(wú)人(rén)机(jī)已(yǐ)渗(shèn)透(tòu)到(dào)几(jǐ)乎(hu)所(suǒ)有(yǒu)领(lǐng)域，以下仅说明(míng)一(yī)些(xiē)比(bǐ)较(jiào)常(cháng)见(jiàn)和(hé)典(diǎn)型(xíng)的(de)应(yīng)用(yòng)场(chǎng)景(jǐng)和(hé)案(àn)例(lì)。

在(zài)测(cè)绘(huì)领(lǐng)域，无(wú)人(rén)机(jī)最(zuì)早(zǎo)被(bèi)引(yǐn)入(rù)，可(kě)快速生产大范围二三维地图和模型，降低外业成本，缩短作业周期，其数据自动化处理还能为自然资源调查提供精准数(shù)据(jù)支(zhī)持(chí)，若(ruò)挂(guà)载(zài)多(duō)光(guāng)谱(pǔ)相(xiāng)机(jī)，可(kě)对(duì)植(zhí)被(bèi)、水(shuǐ)域进行自动化高效分类。

在交通领域，无人机在工程建设的全生命周期中都有应用，在桥梁巡检中能胜任传统人工难以巡视的应用场景，在交通基础设施、自然灾害以及重大交通事故的应急响应中，可快速获取一手信息并实时反馈。

文化旅游也是无人机的常见应用领域，其搭载激光扫描仪、光学照相机，可近距离拍摄文化遗产，建立实景三维模型，促进文化遗产的数字化保护，如山西省恒山悬空寺就利用无人机摄影测量建成了数字化模型。

在电力行业，无人机的应用越来越普及，可使用常规可见光或变焦相机在安全区域内拍摄电力设施，热红外相机则能实现全天时巡检并发现隐患源，例如大疆公司的 M300 无人机在川西地区进行电力塔巡检，避免了人工攀爬的危险。

在林业领域，无人机可用于林区巡逻和林业调查，解决传统人工巡逻调查以及定点视频监控存在的问题，被广泛应用于违法用地督查、林木滥砍滥伐监测、植被长势评估等任务中，还能应用于森林防火，进行日常巡逻、喊话警告、实时监测火势以及灭火。

在环境保护方面，挂载可见光相机的无人机可用于巡查河道等水域及堤岸两侧，监测“四乱”等问题，挂载热成像相机和多光谱相机的无人机可用于核查污水偷排、漏排等违法活动以及监测饮用水源水质与大气环境质量，其搭载气体传感器还可实时获得更立体全面的数据，定位数据异常区域，快速找到污染源。

章汉武 江西师范大学副教授