超全面的無(wú)人機入門(mén)知識

　　無(wú)人機的定義

　　現在提到的無(wú)人機，通常是說(shuō)無(wú)人飛行載具（Unmanned Aerial Vehicle， 簡(jiǎn)稱(chēng)UAV），或稱(chēng)無(wú)人飛機、無(wú)人飛機系統（Unmanned Aircraft System，簡(jiǎn)稱(chēng)UAS），不需駕駛員在機內駕駛的飛機，通過(guò)地面遙控或自動(dòng)駕駛技術(shù)，進(jìn)行科學(xué)觀(guān)測、戰場(chǎng)偵查等任務(wù)的飛行器。

　　無(wú)人機有軍用和民用（商用）之分，實(shí)際上最早無(wú)人機是用于軍用方面的，伊拉克戰爭時(shí)美軍使用的無(wú)人機讓人看到其強大威力，裝有地獄火反坦克導彈的“捕食者” 和“全球鷹”，用于監視、偵察、攻擊等任務(wù)。而沒(méi)有安裝傳感器的“捕食者”投入戰場(chǎng)充當誘餌，撩撥伊拉克的防空系統。限于篇幅這里不展開(kāi)軍用了，感興趣的 值友可自行搜索“捕食者M(jìn)Q-X”。

　　Project Wing運送救災物資，Amazon正在進(jìn)行PRIMe Air計劃用于無(wú)人機送貨，國內的淘寶、京東也有布局。民用方面，以多旋翼飛行器為主，主要有國外品牌3D robotics，國內知名品牌DJI大疆等。民用無(wú)人機的技術(shù)，可以參考Vijay Kumar在TED的演講：談會(huì )飛行及互相合作的機器人

　　航拍和FPV

　　FPV（First Person View）屬于航模的超視距操控，實(shí)時(shí)回傳翱翔天空的第一人稱(chēng)視角以帶來(lái)身臨其境的駕駛體驗。典型的FPV設備由攝像頭，發(fā)射機，接受機，顯示屏構成。隨 著(zhù)DIY的盛行，改裝后帶有自動(dòng)控制系統和回傳系統的FPV航模實(shí)際上和民用無(wú)人機的差距也在不斷縮減。限于門(mén)檻和難度，不再展開(kāi)DIY FPV，有興趣的網(wǎng)友可以自行了解。

　　航拍主要用于拍攝，以常規無(wú)法實(shí)現的角度進(jìn)行影像拍攝及記錄，設備主要由無(wú)人機+云臺+攝像機組成，國內外知名廠(chǎng)商都有類(lèi)似的一體化解決方案，是我們本文主要介紹的產(chǎn)品。

　　無(wú)人機的森林穿越，頗有星球大戰的競速感覺(jué)

　　多旋翼無(wú)人機介紹

　　航拍無(wú)人機主要有直升、固定翼、多旋翼、傘翼、飛艇等，民用領(lǐng)域主要是多旋翼無(wú)人機，是因為目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟，飛行穩定，可以懸停，操作簡(jiǎn)單，成為目前最適合做航拍的選擇。目前世界上拍攝一些電影大部分用多旋翼無(wú)人機。缺點(diǎn)是續航時(shí)間短載荷小，但在民用娛樂(lè )領(lǐng)域，問(wèn)題不大，且后期維護成本不 高。主要由機架、飛控、云臺、無(wú)線(xiàn)圖傳、地面站（手機或電腦）等部件組成。

　　四旋翼是多旋翼中最簡(jiǎn)單最流行的一種，英文稱(chēng)為Quadrotor，隨著(zhù)輕便、靈活、安全、四旋翼飛行器Parrot AR.Drone的流行，越來(lái)越多得多旋翼產(chǎn)品來(lái)到我們面前。下面介紹下目前市面上主流的多旋翼無(wú)人機品牌及拳頭產(chǎn)品。

　　3D robotics

　　品牌介紹：3D robotics是知名的開(kāi)源無(wú)人機品牌，由前連線(xiàn)雜志主編Chris Adnerson創(chuàng )辦，在無(wú)人機領(lǐng)域，3D robotics的開(kāi)源項目類(lèi)似于智能手機系統中Android。

　　IRIS+

　　四旋翼無(wú)人機，最大 400g荷載可安裝GoPro或其他小型專(zhuān)業(yè)拍攝設備。飛行時(shí)間在 15~22 分鐘左右。第三人視角跟拍技術(shù)讓IRIS+ 可以自動(dòng)跟蹤被攝者，并且通過(guò)云臺穩定器保證被攝者處于畫(huà)面中央的位置，還可規定路線(xiàn)、區域自動(dòng)飛行，比如拍攝一段完美的海岸線(xiàn)風(fēng)景。

　　3d Robotics Iris+ Multicopter 915 Mhz 3DR IRIS+ Plus 5100mAh 3S

　　X8+

　　八旋翼無(wú)人機，和IRIS+相比，X8+更注重航拍功能，負重能力更強，能夠攜帶800克的拍攝設備。通過(guò)電動(dòng)云臺自動(dòng)調整攝影鏡頭的角度和姿勢，保持使用 者在畫(huà)面中心。鋁制框架的擴展性更強，可用來(lái)進(jìn)行地圖繪制、云端測繪、3D建模等工作。X8+的飛行續航時(shí)間約為15分鐘。目前已經(jīng)開(kāi)始發(fā)售，售價(jià)為 1350美元。

　　3D Robotics RTF X8+ Ready To Fly Octocopter， 915MHz Telemetry Fr

　　消費級無(wú)人機市場(chǎng)迅速升溫

　　全球無(wú)人機市場(chǎng)迎來(lái)廣泛關(guān)注，大疆創(chuàng )新產(chǎn)品走向前臺，國內極飛科技、零度智控、云南昆明勁鷹航空科技以及國外 3D Robotics 等無(wú)人機公司產(chǎn)品和融資動(dòng)作不斷，2015年可以說(shuō)是消費級無(wú)人機元年。

　　大疆創(chuàng )新是全球領(lǐng)先的小型無(wú)人機廠(chǎng)商，占據了全球民用小型無(wú)人機約 50%的市場(chǎng)份額，公司 80%的產(chǎn)品都是銷(xiāo)往國外。被硅谷認為能與蘋(píng)果比較的隱形的世界級無(wú)人機公司。公司成立于 2006年，最初從安裝在無(wú)人機上的控制器切入，進(jìn)而發(fā)現無(wú)人飛行器航拍的市場(chǎng)接入點(diǎn)，轉做整機和穩定的飛行平臺，以及高清數字視屏傳輸模塊，再到如今致力于提供完整飛行影像策略。短短幾年間成長(cháng)上千倍，2013年收入規模達到 8 億元，被美國《時(shí)代》雜志評為 2014年 度十大創(chuàng )新工具全球第三。

　　大疆的 DJI 無(wú)人機被廣泛運用于航拍，并且很受專(zhuān)業(yè)及業(yè)余級攝影師們的喜歡。其產(chǎn)品線(xiàn)涵蓋中端價(jià)位的 Phantom （大精靈）以及高端市場(chǎng)絕對王者的 Inspire （“悟”）系列。包括熱播電視節目《爸爸，去哪兒》中，以及神盾局特工、國土安全等熱門(mén)美劇中的航拍鏡頭。同時(shí)也被用戶(hù)用來(lái)全景掃描里約熱內盧基督像、貼近拍攝鯨魚(yú)換氣，飛躍噴發(fā)中的伊蘇爾火山等。

　　除了大疆創(chuàng )新外，近年來(lái)國內外科技公司對無(wú)人機關(guān)注熱度也迅速升溫，無(wú)人機不僅僅是航拍的 “玩具”，更是顛覆未來(lái)的機器人：亞馬遜的 Prime Air 人機物流計劃已進(jìn)入第 9 代的研發(fā)；Google 收購無(wú)人機公司 TitanAerospace 提供網(wǎng)絡(luò )覆蓋；Facebook 也以 2000 萬(wàn)美元收購英國無(wú)人機公司 Ascenta；3D Robotics 無(wú)人機已獲由其領(lǐng)投的 5 千萬(wàn)美金投資；Matternet 建造無(wú)人機網(wǎng)絡(luò )向全球的偏遠農村運送食品和醫療用品。

　　國內無(wú)人機市場(chǎng)也逐漸興起，誕生出類(lèi)似大疆科技、零度智控、極飛科技、一電科技、億航無(wú)人機、天翔無(wú)人機、昆明勁鷹等。

　　目前無(wú)人機主要應用于航拍等各行業(yè)應用，包括邊防、農業(yè)等，比如昆明勁鷹無(wú)人機專(zhuān)業(yè)從事航測無(wú)人機設備的設計、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和航測航拍服務(wù)，是中國技術(shù)頂尖的航測航拍無(wú)人機設計制造及航飛服務(wù)商，開(kāi)發(fā)研制出勁鷹1型汽油航測航拍無(wú)人機、勁鷹2型垂直起飛固定翼無(wú)人機、勁鷹3型可垂直起飛懸停固定翼無(wú)人機、勁鷹650航拍專(zhuān)用飛行器、勁鷹1000型八軸航拍航測無(wú)人機、勁鷹1600大型載重旋翼飛行平臺和勁鷹S1型汽油航測航拍水上無(wú)人機等多種型號的無(wú)人機，并成功到非洲飛行完成航測任務(wù)，擁有為民用、商用航空領(lǐng)域提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的能力和實(shí)力。

　　Google 熱氣球 Project Loon，準備在全球打造一個(gè)平流層氣球網(wǎng)絡(luò )，然后又收購了 Titan Aerospace，以提供太陽(yáng)能動(dòng)力的無(wú)人機，這兩個(gè)都可以隨時(shí)隨地提供低成本的、覆蓋整個(gè)星球的互聯(lián)網(wǎng)接入。

　　NASA 也在開(kāi)發(fā)無(wú)人機 “低空交通管理系統”，有望在 2015 年用于農業(yè)。無(wú)人機生產(chǎn)商 Skycatch，主要做建造業(yè)、礦業(yè)、太陽(yáng)能行業(yè)以及農業(yè)的數據采集，此前已經(jīng)獲得了 1320 萬(wàn)美元融資。其他創(chuàng )新應用包括蜜蜂大小的無(wú)人機對花朵進(jìn)行授粉等等。

　　GoPro 2014年也加入了 “小型無(wú)人機聯(lián)盟”，并已經(jīng)為多款無(wú)人機推出了視頻攝像設備，GoPro 也宣布將進(jìn)入消費級無(wú)人機領(lǐng)域，并預計今年正式推出第一款多馬達驅動(dòng)無(wú)人機，定價(jià)將于 500 到 1000 美元之間。大疆也宣布將在未來(lái)無(wú)人機產(chǎn)品上采用自主研發(fā)生產(chǎn)的攝像頭。無(wú)人機與運動(dòng)相機的結合，將是無(wú)人機在運動(dòng)健康等個(gè)性化航拍領(lǐng)域的重要應用，例如 STELLA 推出的專(zhuān)為 GoPro Hero 3 系列相機設計的穩定云臺。

　　無(wú)人機配合 Oculus Rift 使用，可以獲得虛擬現實(shí)、增強現實(shí)的體驗。例如 Parrot 推出無(wú)線(xiàn)控制配件 Skycontroller，用 HDMI 接口連上 Oculus Rift，能直接操控飛行器的飛行，用上下左右按鍵，控制飛行器的運行軌跡。借助 “連接” 方式，把人的感知帶到另一個(gè)真實(shí)空間。這樣的體驗或許今后還能應用在隧道、峽谷與水下等場(chǎng)景，探險者將不再需要親歷，就能收獲刺激的感官體驗。更重要的是，他不需要耗費人力物力去建模、創(chuàng )建一個(gè)虛擬世界，任何一個(gè)地點(diǎn)都能成為新的游樂(lè )場(chǎng)。

　　根據大疆創(chuàng )新去年約 30 億的營(yíng)收規模以及數千元到數萬(wàn)元的定價(jià)，無(wú)人機出貨量也就幾十萬(wàn)臺，未來(lái)成長(cháng)空間極大。據 Teal Group 統計，2014年 全球民用無(wú)人機市場(chǎng)規模已經(jīng)達到 28 億美元，未來(lái) 10年 還將實(shí)現前所未有的持續增長(cháng)，市場(chǎng)規模將翻倍以上增長(cháng)。

　　未來(lái)，無(wú)人機能為我們做些什么？

　　除了我們已經(jīng)熟知的軍事、商用和消費功能，能夠 “上天入地” 的無(wú)人機未來(lái)可能給我們的生活帶來(lái)無(wú)限的驚喜。距離 300 米的高空沒(méi)有地面的擁擠和各種限制，未來(lái)無(wú)人機不僅能夠扮演超級速遞員和超級警察的角色，還能夠為地面提供低成本、機動(dòng)程度極高的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋。把無(wú)人機想象成一個(gè) “會(huì )飛的傳感器”，無(wú)人機就成了工業(yè) 4.0 的一個(gè)空中數據端口，大至地球物理、氣象、農業(yè)數據、小至個(gè)人位置信息，無(wú)人機將引爆一場(chǎng)空中的大數據革命！

　　1、工業(yè) 4.0 的空中數據端口！

　　我們認為，作為一個(gè) “會(huì )飛的傳感器”，無(wú)人機未來(lái)在民用領(lǐng)域最具想象空間的應用可能是作為空中的數據端口，為連接全球的工業(yè) 4.0 “大數據” 系統提供更精確、更強大的數據流。

　　從無(wú)人機最普通的巡檢功能說(shuō)起，使用無(wú)人機在全國范圍內來(lái)巡視農田，可以比衛星圖像更清晰地觀(guān)測到農作物長(cháng)勢、自然災害、土壤變化等信息，無(wú)人機通過(guò)數據鏈接入全球互聯(lián)網(wǎng)，可以將收集的數據實(shí)時(shí)傳輸給大宗商品分析師，用以判斷全球農作物期貨市場(chǎng)走勢；在未來(lái)的精準農業(yè)系統中，小型無(wú)人機可以用來(lái)觀(guān)測作物是否缺水，將信息反饋給灌溉系統以調節水量。

　　從個(gè)人信息數據的獲取來(lái)說(shuō)，無(wú)人機可以模擬 WiFi 熱點(diǎn)，嗅探移動(dòng)設備的 MAC 地址，并根據信號的強度等對設備進(jìn)行三角定位，搜集的信息匯總起來(lái)則可以繪制出用戶(hù)的運動(dòng)地圖，呈現出他通常會(huì )路過(guò)的街區、商店等，進(jìn)而有條件地對用戶(hù)進(jìn)行篩選，比如向 “過(guò)其門(mén)而不入” 的潛在消費者推送優(yōu)惠促銷(xiāo)信息。通過(guò)對個(gè)人運動(dòng)軌跡的跟蹤，可以更全面地把握人群的生活習慣，為廠(chǎng)商提供更精確的參考數據。此外，在緊急情況下，也可以通過(guò)定位移動(dòng)設備來(lái)拯救生命。無(wú)人機通過(guò)受困者手機 Wi-Fi 信號來(lái)判斷受困者的位置。

　　這項技術(shù)和商場(chǎng)、超市中常用的室內移動(dòng)設備定位技術(shù)如 iBeacon 有些許類(lèi)似的地方，均可以在用戶(hù)經(jīng)過(guò)時(shí)推送促銷(xiāo)信息等。不同之處在于無(wú)人機更加靈活，可以在更加復雜的地理條件下對用戶(hù)進(jìn)行定位。

　　2、科技巨頭的下一站：提供靈活機動(dòng)、低成本的WIFI 網(wǎng)絡(luò )接入

　　在全球有將近四十億的人口仍未接通互聯(lián)網(wǎng)，如何解決互聯(lián)網(wǎng)接入問(wèn)題，如 WiFi 的網(wǎng)絡(luò )部署，已成為人類(lèi)十大解決難題之一。而無(wú)人機的能耗較低，但飛行時(shí)間卻較長(cháng)，可以為更大范圍內的用戶(hù)提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。同時(shí)無(wú)人機具有很強的機動(dòng)性，可以根據某一區域內的特殊需要來(lái)提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。

　　Google 收購 Titan，用無(wú)人機搶占互聯(lián)網(wǎng)覆蓋市場(chǎng)

　　在2014年4月 份收購了無(wú)人機公司 Titan Aerospace。Titan Aerospace 成立于 2012 年，其無(wú)人機試圖取代高成本的近地衛星。目前已經(jīng)研制成功并開(kāi)始測試無(wú)人機 Solara 50 和 60，可以通過(guò)太陽(yáng)能補充動(dòng)能，在近地軌道持續航行五年而不用降落。Solara 無(wú)人機 50 米寬，可以承載 32kg，速度達到 104km/h，Titan 表示通過(guò)特殊設備，其高空無(wú)人機最高可提供每秒高達 1 GB 的網(wǎng)絡(luò )接入服務(wù)。

　　據稱(chēng)在收購之后，Titan Aerospace 將會(huì )與 Google 的兩個(gè)項目進(jìn)行合作，其中之一是通過(guò)高空氦氣球提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的 Project Loon，除此以外，Google 還計劃斥資 10 億美元，用衛星提供互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。氦氣球、無(wú)人機與衛星三管齊下，再加上在城市推進(jìn)的有線(xiàn)光纖接入 Google Fiber，可見(jiàn) Google 對互聯(lián)網(wǎng)入口的重視程度。

　　不過(guò)，有線(xiàn)接入是在已有覆蓋地區提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，而前三種無(wú)線(xiàn)接入方式主要解決的是覆蓋問(wèn)題。但相對而言，無(wú)人機技術(shù)可能會(huì )比氦氣球更有優(yōu)勢，因為 Titan Aerospace 的無(wú)人機采用太陽(yáng)能提供動(dòng)力，續航能力可長(cháng)達一年，而氦氣球的部署成本太高，維護難度也相對較高；此外，無(wú)人機的其飛行高度既高于商業(yè)飛機的海拔，又低于衛星的高度，使得它可以穩定提供 1Gbps 的高速接入。所以未來(lái) Google 的無(wú)人機可能會(huì )在小范圍內提供大容量服務(wù)，而衛星則用于保證低速率需求地區的覆蓋。

　　Facebook 為了下一個(gè) 10 億的用戶(hù)，用無(wú)人機覆蓋偏遠地區

　　Facebook 成立了 Connectivity Lab（連接實(shí)驗室），其使命就是開(kāi)發(fā)包括衛星、無(wú)人機在內的各自互聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)。Facebook 已經(jīng)以 2000 萬(wàn)美金收購另一家提供類(lèi)似技術(shù)的無(wú)人機產(chǎn)商 Ascenta。Ascenta 的太陽(yáng)能無(wú)人機一次上天可以在 20km 高空持續飛行，滯空時(shí)間長(cháng)達 1 個(gè)月。Facebook 涉足無(wú)人機主要也是為了提供網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。為偏遠地區居民提供可用的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，以試圖贏(yíng)取了下一個(gè) 10 億用戶(hù)。

　　3、會(huì )飛的配送快遞員

　　無(wú)人機送貨服務(wù)最著(zhù)名的要數亞馬遜的 Prime Air 無(wú)人機物流計劃，2013年 底，亞馬遜公布了一款叫 Prime Air 的 8 翼無(wú)人機，能夠運輸一件五磅重的快遞。Amazon 現在依然致力于購物領(lǐng)域，給與用戶(hù)無(wú)窮的選擇、最低的價(jià)格，以及未來(lái)將要實(shí)現的即時(shí)送達?，F在，亞馬遜的 Prime Air 已經(jīng)迭代進(jìn)入第九代，可負重 5 磅貨物，而這個(gè)重量覆蓋了 86%的品類(lèi)，同時(shí)能夠達到超過(guò) 50 英里 / 小時(shí)的速度飛行。已經(jīng)正式向 FAA 申請更大范圍的室外飛行測試。另外 Google、UPS 等也從 2012-2013年 就開(kāi)始測試無(wú)人機送貨。

　　隨著(zhù)大疆等幾千元高性能無(wú)人機的推出，無(wú)人機快遞可以大大降低 “最后十公里” 的物流成本：

　　能耗每單不到 0.1 元——以載重以 2 公斤計算，包裹 10km 范圍內直接硬件成本（主要是能耗）不到 0.1 元，每單耗電 10Ah，不到 40Wh，耗電約 0.03 元；

　　無(wú)人機攤銷(xiāo)成本——以一個(gè) 5000 元的無(wú)人機測算，5年 的運營(yíng)壽命，加上每年20%的維護費，約 6000 元，4 元 / 天，如果每個(gè)無(wú)人機每天完成 10 次任務(wù)，這就意味著(zhù)每個(gè)包裹攤銷(xiāo)成本 0.4 元；

　　合計每單不到 0.5 元的成本，相比目前的人工物流成本有明顯降低，因此從經(jīng)濟成本來(lái)看，無(wú)人機送貨具備明顯的經(jīng)濟效益。

　　無(wú)人機物流最困難的是最后的貨物投送階段，僅知道目的地的 GPS 坐標是遠遠不夠的。目前澳大利亞克林頓和格蘭特的方法是在無(wú)人機上加裝攝像頭，并在用戶(hù)的陽(yáng)臺上放一個(gè)大盒子，上有特定標識，無(wú)人機通過(guò)機器視覺(jué)識別并準確投遞到用戶(hù)的陽(yáng)臺上。

　　此外，法規仍然是最大阻礙。近期美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）公布無(wú)人機管理的新法草案，

　　在 FAA 提議的新規則中，要求無(wú)人機必須在操作者視線(xiàn)內。主要是限制商業(yè)無(wú)人機用于攝影、勘察線(xiàn)路、搜救以及監控作物等，對于無(wú)人機物流服務(wù)不利。

　　4、個(gè)人安全的空中守護者

　　無(wú)人機已具備物流送貨、監測信息、航空拍攝等各種功能，那么能夠記錄我們日常生活的無(wú)人機的誕生是否也指日可待了呢？或許在不久的將來(lái)就能夠成為現實(shí)，位于上海的 AirMind 公司開(kāi)發(fā)出的 “Mind4” 四旋翼無(wú)人機被授予了 “跟蹤者無(wú)人機” 的稱(chēng)號，因為它具有跟蹤某一指定人物或目標并對其進(jìn)行拍攝的功能。

　　‘Mind4’ 的設計理念是為了記錄我們的生活，甚至是記錄非人類(lèi)生物。“Mind4” 配備的攝像頭能夠覆蓋到距離指定物體 20 米以外的地方。憑借其自動(dòng)導航功能，“Mind4” 跟蹤選定目標時(shí)的最大高度可達 20 米，最遠身后距離可達 50 米。而且還能通過(guò)手勢對其進(jìn)行控制。

　　配備有內置攝像頭的四旋翼無(wú)人機如今已經(jīng)廣泛普及，但大部分無(wú)人機仍需要對其進(jìn)行遠程遙控?；?GPS 的追蹤技術(shù)無(wú)法確保物體所處方位（即攝像頭指向的位置）的精確性，原因在于民用 GPS 通常情況下都不精確。

　　考慮到這些年來(lái)民用無(wú)人機產(chǎn)品的快速發(fā)展，像 “Mind4” 這類(lèi)產(chǎn)品的誕生也許已經(jīng)不足為奇了。未來(lái)更加成熟的可跟蹤記錄指定目標的無(wú)人機可對個(gè)人安全實(shí)現全面的監測和保護。試想一下：未來(lái)你的孩子上學(xué)或玩耍時(shí)，會(huì )有一支無(wú)人機艦隊隨時(shí)跟蹤掃描危險，保護他的安全。