未来展望：无人机行业的发展趋势

无人驾驶飞机简称无人机，即UAV（Unmanned Aerial Vehicle）或UAS（Unmanned Aircraft System），是利用无线电遥控设备和自主程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机可以基于不同程度的自主控制，从无线遥控飞行的半自主控制，到半自动控制，再到完全自主控制。

无人机技术起源于20世纪初期，在第一次世界大战爆发前的20世纪初，已经有部分气球炸弹、靶机等研制出来。20世纪第二个十年，第一次世界大战的开始使得无人机技术获得了发展机会，英美等国家都陆续开始了无人机技术的研发。如1916年，英国军事航空学会指定A.M.Low教授研发遥控无人机投弹。1917年，美国第一架无人机在纽约长滩试飞成功，但由于此类飞机仅作为炸弹使用，因而无法实现回收，也无法完成遥控操作、自主飞行等复杂任务。

在第二次世界大战的20世纪40年代，更多种类的无人机获得应用。英国的蜂后无人机是无线电遥控全尺寸靶机，1934—1943年间共批量生产了420架，在英国海军和陆军服役。至20世纪50年代，美国的Ryan Aeronautical Company为空军研制生产了高亚声速、喷气推进的靶机，代号Q-2“火蜂”（Firebee），是现今无人飞行器的鼻祖。1960年后，该公司按照五角大楼的要求，将一批“火蜂一号”改装成147A型（Model147A），名为“萤火虫”（Firefly）的“特殊用途飞机”，用来执行侦察拍照任务。至20世纪70年代，美国已将无人机应用于越南战争，用以减少人员伤亡。

无人机到20世纪80、90年代开始得到广泛应用，各国制造的无人机有近百种，其起飞质量从数千克到100 kg以上，航程从数千米到上千千米，飞行速度从大于100 km/h到超声速。90年代的海湾战争和科索沃战争中，无人机执行的多种军事任务包括照相侦察、充当诱饵、地理位置标识、布散传单等。可以说20世纪80年代后，无人机真正具备了智能化、功能多样、外形灵活的特点。

自80年代开始，军用无人机技术的成熟化使其开始进入民用领域。目前，各国政府、企业均大力发展无人机技术。无人机技术的应用可以在科研、监测、农业植保、环保、送货等众多领域带来经济效益，提升工作质量。

无人机技术进入民用阶段后，已经应用于政府主导的公共服务、科研，以及商业化服务如农业、航拍等领域。近两年由于技术成熟、成本下降、政策驱动等原因，民用领域尤其是消费级无人机发展迅猛。其代表企业是中国大疆科技，占据全球小型无人机市场70%份额，其产品 80%销往国外。根据Forbes网站报道，大疆在2013—2015的三年间，收入爆发式增长，成为第一家进入“十亿美元俱乐部”的无人机公司，作为消费级无人机的代表企业，大疆的成功也侧面印证了行业的发展趋势，无人机技术在民用领域的应用将不断扩大范围。

除大疆外，我国民用无人机还有众多企业，产品功能多样，可以看到除飞行、拍摄功能以外，部分无人机还具备基于不同原理的自动避障、VR遥控、便携自拍等多样化的功能。

2016年，国内民用无人机产业持续进化，除大疆、零度、亿航等无人机专业技术领军企业外，BAT、小米等互联网巨头也看准了这一市场，纷纷引入相关技术，推出自己的消费级无人机产品。

腾讯携手深圳零度（零度智控与雷柏科技合资）先后发布便携式自拍无人机空影YING和Dobby，依托腾讯的社交关系链，构建了一个连接无人机、用户和内容的社区。

百度外卖推出国内第一个无人机送餐案例，实现工作日高峰时段30 min内急速送达。互联网巨头从2015年开始便不断试水民用无人机，除了起到良好的宣传作用外，巨头的涉足通常标志着行业技术和产业链已经趋于成熟。

1.1.9.1　基于无人机倾斜摄影技术测绘大比例尺地形图

无人机倾斜摄影技术是通过在无人机飞行平台上搭载多台数码相机，同时从垂直和倾斜多个不同的角度采集高分辨率影像，一般常用的是五镜头倾斜摄影系统，结合无人飞行平台搭载的GPS/IMU（惯性测量单元）系统获取的POS（定位测姿系统）数据和像控点数据，经过相关软件处理获取数字表面模型、数字正摄影像和三维模型的摄影测量技术。

无人机倾斜摄影采集到的影像包含垂直摄影影像和倾斜摄影影像。针对倾斜摄影测量，目前倾斜影像区域网平差主要分为：无约束区域网平差、附加约束的区域网平差和倾斜影像的直接定向。将倾斜摄影获取的影像经过预处理后，便可以进行三维模型的生产，基于倾斜摄影所得影像数据的利用方式可以将所得到的三维模型分为两种方式：单独利用倾斜像片作为纹理生产的三维模型和完全基于倾斜摄影所得数据并利用相关软件获得的三维模型。

测绘无人机主要为多旋翼无人机（图1-5），其系统主要由机架机身、动力系统、飞行控制系统、遥控系统、辅助设备系统五部分组成。

无人机操作

图1-5　多旋翼无人机

（1）机架机身。

无人机的机架机身指无人机的承载平台，一般选择高强度轻质材料制造，例如玻纤、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PP（聚丙烯）、尼龙、改性塑料、改性PC（聚碳酸酯）、树脂、铝合金等。无人机所有的设备都安装在机架机身上面，支架数量也决定了该无人机为几旋翼无人机。优秀的无人机机架设计可以让其他各个元器件安装合理，坚固稳定，拆装方便。

（2）动力系统。

无人机动力系统，就是为无人机提供飞行动力的部件，一般分为油动和电动两种。电动多旋翼无人机是最主流的机型，动力系统由电机、电调、电池三部分组成。无人机的电池一般都是高能量密度的锂聚合电池，由于一些客观原因，传统每300 g锂电池，可以为无人机500 g（含电池）自重提供17 min飞行时间。氢燃料电池、太阳能电池等受制于现有的技术水平和成本，暂时还无法普及。无人机主要在露天作业，对电机、电调系统的稳定性要求较高，需要定期进行检查、保养、防水、防潮。

（3）飞控系统。

飞控系统就是无人机的飞行控制系统，不管是无人机自动保持飞行状态（如悬停）还是对无人机的人为操作，都需要通过飞控系统对无人机动力系统进行实时调节。一些高阶的飞控系统除了保证飞机正常飞行导航功能以外，还有安全冗余、飞行数据记录、飞行参数调整和自动飞行优化等功能。飞控系统是整个无人机的控制核心，主要包括飞行控制、加速计、气压计、传感器、陀螺仪、地磁仪、定位芯片、主控芯片等多部件组成。

（4）遥控系统。

无人机遥控系统，主要由遥控器、接收器、解码器、伺服系统组成。遥控器是操作平台，接收器接到遥控器信号进行解码，分离出动作信号传输给伺服系统，伺服系统则根据信号做出相应的动作。

（5）辅助设备系统。(www.xing528.com)

辅助设备系统主要包括无人机外挂平台（简称云台）、外挂轻型相机，无线图像传输系统。云台是安装在无人机上用来挂载相机的机械构件，能满足三个活动自由度——绕X、Y、Z轴旋转，每个轴心内都安装有电机，当无人机倾斜时，会配合陀螺仪给相应的云台电机加强反方向的动力，防止相机跟着无人机“倾斜”，从而避免相机抖动。云台对于稳定航拍来说起着非常大的作用。外挂轻型相机，主要为体积小、质量轻的高清晰度相机。无线图像传输系统，在无人机航拍时，将天空中处于飞行状态下无人机拍摄的画面，实时稳定地发送给地面无线图传遥控接收设备。优秀的无线图像传输系统具备传输距离远、传输稳定、图像清晰流畅、抗干扰、抗遮挡、低延时等特性。

1.1.9.2　基于无人机倾斜摄影技术的大比例尺地形图测图流程

测图技术流程主要包括资料收集与分析、像控点布设、无人机航空摄影、实景三维建模、基于实景三维建模成果的内业数据采集以及外业补绘与调绘工作，如图1-6所示。

（1）资料收集与分析。

测区相关数据资源包括数字线划图数据、影像图数据、数字高程模型数据、测区自然人文地理情况等。根据测区的地物分布情况，主要依据道路网的分布，大致确定无人机的起降场地范围和行车路线；根据成果要求精度水平和相机主距、像元大小等参数，计算航飞高度。同时，重点关注测区范围内是否分布有高层建筑或较高信号塔等可能增加航飞难度的因素以及拟定航高是否符合安全作业要求。

图1-6　基于倾斜摄影三维模型测绘地形图流程

（2）像控点布设。

像控点的布设策略取决于建模精度需求、是否有POS数据辅助、像幅大小等因素。对于无人机倾斜摄影技术，目前多采用区域网布点的像控点布设法，即测区四周布设平高点，内部布设一定数量的平高点或高程点。根据经验估计，对于一般地形区域，如果用间隔10 000个像素布设一个平高点的方法进行加密。根据拟定的像控点布设方法，并结合已有资料，可在影像图上大致确定像控点的预设范围。关于像控点的位置选取，在预设范围内尽量选择平整地面明显标志点，如斑马线角点、检修井中心点等地面点点位；当在预设范围内不易找到标志明显的控制点时，可用油漆在地面绘制人工标记或使用像控纸作为像控点，如图1-7和图1-8所示。据最新有关研究成果，目前房地一体化确权，可以不做像控点。

图1-7　油漆像控点

图1-8　标志像控点

（3）无人机航空摄影。

根据外业现场的实际情况确定无人机航空摄影分区，分区时保证像控点分布均匀，一般优先选择路网作为分界线。根据内业初步拟定的无人机起降场地，结合现场实际情况，选择视野开阔、周围遮挡小、无明显信号干抗、远离人群和建筑物的地方作为无人机起降场地，着重避开高层建筑及信号塔。对于实景三维建模，一般采集5个视角的影像，分别包含1个正射角度和4个倾斜角度。

无人机航空摄影时，按照设定的航飞高度进行数据采集，其中航向重度一般设定为70%～80%，旁向重度设定为60%～70%。

（4）实景三维建模。

实景三维建模过程包括数据准备、空三加密、建模输出三个环节。数据准备主要是整理航飞影像数据、相机文件、POS数据以及像控点数据，使其满足软件平台的要求，并将整理后的数据载入实景三维建模软件。常用的三维建模软件有Context Capture Master、Photomesh、Photoscan、Altizure、Pix4dmapper等。

空三加密是实景三维建模的核心环节之一，为提高成果的位置精度水平，需要将外业采集像控点数据刺点至对应的像片，要求各个视角均选刺一定数量的像片。刺点完成后，运行空三加密软件自动进行多视角影像密集匹配、区域网平差，确定像片之间的位置对应关系。空三加密完成后，可在软件平台查看空三点的密度图。

基于原始影像数据和空三成果，经三维TIN（不规则三角网）构建、自动纹理映射等流程，生产制作实景三维模型及其派生数据，包括正射影像、数字表面模型、点云等数据。其中实景三维模型和其对应的正射影像将作为大比例尺地形测绘的数据源。

（5）内业数据采集。

内业数据采用二三维联动一体化测图模式进行采集，即利用分屏方式分别加载正射影像数据和实景三维模型数据，并使其同步，可实现二维或三维状态下的地形图测量。在三维或者二维环境下采集各种地物类型的特征点或特征线，并借助地物本身和地物之间的几何关系，绘制完成地物。对于地貌信息的采集，由于实景三维模型具有高程信息，可通过直接在模型表面拾取高程点完成。常用的二三维——体化测图软件有EPS地理信息工作站、航天远景三维智能测图系统、Dp-Modeler等。

（6）外业补绘与调绘。

内业数据采集完成后，需通过外业补绘与调绘工作检校内业数据成果，对于内业无法测量、识别的地物通过外业现场进行实地确认，尤其要注意以下方面：

① 对内业预判的地形图要素进行核查、纠错、定性。

② 对内业漏测和难以准确判绘的图形信息，特别是由于地物遮挡造成的实景二维模型的局部变形、模糊，导致少量地物要素难以准确采集的情况；部分线状悬空的地物，如电力线等。实景三维建模难度大，难以从模型中准确辨别其走向和连接关系的情况。

③ 对内业难以获取的属性信息（如地理名称等）进行调绘，如检修井的属性信息，路名、企事业单位等的注记信息。