浅谈多旋翼无人机应用及前景

李先超

【摘  要】多旋翼无人机与固定翼无人机相比，大多机型小巧，结构简单，携带方便，控制灵活，反应迅速，性价比高，智能化程度高，益于搭载相关测量模块等优点。本文以多旋翼无人机的优点为切入点，介绍了多旋翼无人机常见应用，结合5G通信技术及人工智能的快速发展，对多旋翼无人机的应用进行了展望，为以后多旋翼无人机应用发展方向提供参考。

【关键词】多旋翼无人机;优点;应用;展望

1. 多旋翼无人机的优点

20世纪90年代后期，随着自动控制理论、多旋翼动力学模型、非线性估计算法、新材料以及电池技术的快速发展，多旋翼无人机所需技术走向成熟，导致其近年来呈现出井喷式的发展，应用也愈加广泛，这也是由其优势所决定的：一是可垂直起降、悬停、侧飞、倒飞，飞行稳定，易于编队、协作完成任务;二是体积小、重量轻、噪声小、隐蔽性好，适合多平台、多空间使用;三是冗余度高、安全性好，旋翼数大于6的多旋冀飞行器自身有容错功能，在旋翼单一或成对出现故障时仍能安全降落;四是桨叶多采用固定螺距，易于制造，飞行危险性小;五是整体结构简单，相比传统主流直升机更易于维护、经济性较高。

2. 多旋翼无人机常见应用

多旋翼无人机的优势决定了其应用前景，在日常生活中多旋翼无人机常见应用主要体现在以下几个方面。

2.1空中拍摄

空中拍摄为日常生活中最常见应用技术，同时在许多行业内都有体现。一些影视公司和摄影爱好者利用多旋翼无人机可在空中悬停的特点，搭载高清摄像机载荷，可以拍摄出一些高难度的素材。公安机关利用多旋翼无人机噪声小、隐蔽性好这一优点，结合空中拍摄技术对一些犯罪分子的实时拍摄和犯罪证据的取证。测绘部门利用多旋翼无人机可以在山间灵活穿梭、低速飞行、悬停观察等优点，对一些环境恶劣，人工测量难度大的高山等进行不同角度的拍摄，能够极大提高拍摄的精度，掌握准确信息，为处置突发情况时，提供有力保障。以上只是列举了我们将这一技术应用到比较常见行业工作中，还有许多行业也正在逐步结合这一应用，用科技手段提高工作效率。

2.2电力巡检

日常电力巡线方式为人工通过望远镜和肉眼进行观察，这种巡线方式效率低、观察不全面、受外界环境影响较大。使用多旋翼无人机对输电线路进行巡检，可以近距离的在空中对输电线路进行全方位、多角度观察，通过悬停对故障点进行检查、拍摄。同时还能够在复杂地形和恶劣天气的情况下获取最佳现场信息，有效弥补传统方式巡视有死角的缺点。针对一些地形复杂多高山沟壑地区，线路径直距离短，不方便人和汽车通行，需要通过长时间的行驶才能到达观测点，但通过操作无人机可以直接飞到下一个观测点直接观测，进而节省了大量时间，从而提高一线电力巡检人员的工作效率。

2.3物资投送

传统的物资运输方式主要有空运、海运和陆运，不同的运输方式有着不同的优点，但这些运送方式大多受自然环境影响严重，针对一些偏远地区由于交通不便导致一些急需物资无法急时送达，因此有可能对人民的生命安全造成严重威胁。多旋翼无人机对飞行环境要求较低，同时易于操作、定位准，载重能力也在持续增加，可在空中完成悬停，因此在一定程度上能完成应急物资的精准投送。如在新冠疫情期间，顺丰无人机完成了对银潭医院防疫物资的精准投送，避免了道路限行和小区封闭等因素的影响，也有效的杜绝了人员之间的接触。

2.4通信中继

我国地貌环境复杂，多山地、丘陵和高原，当自然灾害发生时，常会导致公共通信网络瘫痪、卫星通信系统饱和等问题，从而导致通信失联状况。一些灾区处于交通不便地区，因此通讯设备抢修极为困难，短时间内恢复正常通讯不太可能，这对于抢险救灾来说是非常不利的。此时多旋翼无人机就可以携带通信中继设备，充当一个通讯基站，构建成应急局域网，保障通讯畅通。目前系留无人机通过携带足够的化学燃料可使其滞空时间数十小时之久甚至更长，因此依托无人机组建完善的通信系统是完全可行的，确保了灾区与后方抢险部门之间的通讯。

3. 多旋翼无人机的应用展望

随着自动控制理论、多旋翼动力学模型、非线性估计算法、新材料以及电池技术的快速发展，多旋翼无人机所需技术走向成熟，使多旋翼无人机运行也越来越稳定，同时在应用方面的优势也逐渐显现出来，将多旋翼无人机与相应的地面控制系统结合形成平台，多旋翼无人机应用平台价值也可以更好的体现。5G通信技术的到来，使频谱利用效率、可靠性提高，时延大大缩短，能源消耗大大降低，憑借着5G通讯技术无限的发展潜力，多旋翼无人机将在多个领域的应用方面得到挖掘，下面将结合现有成熟技术和无人机的优点对未来应用进行展望：

3.1 多无人机协同

随着多智能体控制技术的开发应用，以及多智能体协调一致性和编队队形算法的成熟并在实物中得到应用，结合多旋翼无人机操控方便、数学模型益于建立，使多台无人机智能协同完成任务成为可能。无人机的多台协同可以体现出比传统的单台无人机更加卓越的协调性、智能性和完整性。因此无人机的应用逐步从单个向“集群”的方向发展。

3.2 无人驾驶汽车与无人机相结合

近年来随着传感器产业快速发展，应用模式也日渐成熟，促进了无人驾驶汽车的飞速发展，无人驾驶汽车是集自动控制、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，通过车载传感系统感知到道路环境，自动规划行车路线并控制车辆达到预定目标的智能汽车。随着无人机平台技术和机载遥感技术的不断发展，可实现对无人机的轨迹进行规划，实现无人机的自主飞行。将无人驾驶技术与多旋翼无人机相结合可以有效的解决多旋翼无人机飞行时间短、电量不足等问题。

3.3 VR技术结合无人机应用

VR是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起较新的技术内容，将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟内容在真实世界中加以有效运用，从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。在5G之前，网络传输速度和带宽是制约AR市场发展的一个重要原因，随着5G技术的到来AR的一些技术局限问题也得到了解决。5G凭借全新的网络架构，提供峰值10Gbps以上的带宽、毫秒级时延和超高密度连接，实现网络性能的飞跃。可将多旋翼无人机实时采集的图像和视屏等信息通过5G站点传输到指挥中心，然后与AR图像采集处理模块相结合，再通过AR头盔使用户体验高清现场画面，远端用户人员便可获得第一视角AR体验，实现了身临其境的效果。

4. 结束语

随着多旋翼无人机应用技术的高速发展和5G信息时代的到来，结合人工智能、通信、图像识别等高端技术，形成相对完善的无人机控制系统，使其应用在日常生活中更加完善，但有些应用只是停留在理论层面上，还没有实际完成，所以在未来的发展过程中仍需做好研究工作。

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