超全面的無人機(jī)入門知識

　　無人機(jī)的定義

　　現(xiàn)在提到的無人機(jī)，通常是說無人飛行載具（Unmanned Aerial Vehicle， 簡稱UAV），或稱無人飛機(jī)、無人飛機(jī)系統(tǒng)（Unmanned Aircraft System，簡稱UAS），不需駕駛員在機(jī)內(nèi)駕駛的飛機(jī)，通過地面遙控或自動駕駛技術(shù)，進(jìn)行科學(xué)觀測、戰(zhàn)場偵查等任務(wù)的飛行器。

　　無人機(jī)有軍用和民用（商用）之分，實(shí)際上最早無人機(jī)是用于軍用方面的，伊拉克戰(zhàn)爭時美軍使用的無人機(jī)讓人看到其強(qiáng)大威力，裝有地獄火反坦克導(dǎo)彈的“捕食者” 和“全球鷹”，用于監(jiān)視、偵察、攻擊等任務(wù)。而沒有安裝傳感器的“捕食者”投入戰(zhàn)場充當(dāng)誘餌，撩撥伊拉克的防空系統(tǒng)。限于篇幅這里不展開軍用了，感興趣的 值友可自行搜索“捕食者M(jìn)Q-X”。

　　Project Wing運(yùn)送救災(zāi)物資，Amazon正在進(jìn)行PRIMe Air計劃用于無人機(jī)送貨，國內(nèi)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(nèi)知名品牌DJI大疆等。民用無人機(jī)的技術(shù)，可以參考Vijay Kumar在TED的演講：談會飛行及互相合作的機(jī)器人

　　航拍和FPV

　　FPV（First Person View）屬于航模的超視距操控，實(shí)時回傳翱翔天空的第一人稱視角以帶來身臨其境的駕駛體驗(yàn)。典型的FPV設(shè)備由攝像頭，發(fā)射機(jī)，接受機(jī)，顯示屏構(gòu)成。隨 著DIY的盛行，改裝后帶有自動控制系統(tǒng)和回傳系統(tǒng)的FPV航模實(shí)際上和民用無人機(jī)的差距也在不斷縮減。限于門檻和難度，不再展開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(guī)無法實(shí)現(xiàn)的角度進(jìn)行影像拍攝及記錄，設(shè)備主要由無人機(jī)+云臺+攝像機(jī)組成，國內(nèi)外知名廠商都有類似的一體化解決方案，是我們本文主要介紹的產(chǎn)品。

　　無人機(jī)的森林穿越，頗有星球大戰(zhàn)的競速感覺

　　多旋翼無人機(jī)介紹

　　航拍無人機(jī)主要有直升、固定翼、多旋翼、傘翼、飛艇等，民用領(lǐng)域主要是多旋翼無人機(jī)，是因?yàn)槟壳凹夹g(shù)已經(jīng)比較成熟，飛行穩(wěn)定，可以懸停，操作簡單，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人機(jī)。缺點(diǎn)是續(xù)航時間短載荷小，但在民用娛樂領(lǐng)域，問題不大，且后期維護(hù)成本不 高。主要由機(jī)架、飛控、云臺、無線圖傳、地面站（手機(jī)或電腦）等部件組成。

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

　　3D robotics

　　品牌介紹：3D robotics是知名的開源無人機(jī)品牌，由前連線雜志主編Chris Adnerson創(chuàng)辦，在無人機(jī)領(lǐng)域，3D robotics的開源項(xiàng)目類似于智能手機(jī)系統(tǒng)中Android。

　　IRIS+

　　四旋翼無人機(jī)，最大 400g荷載可安裝GoPro或其他小型專業(yè)拍攝設(shè)備。飛行時間在 15~22 分鐘左右。第三人視角跟拍技術(shù)讓IRIS+ 可以自動跟蹤被攝者，并且通過云臺穩(wěn)定器保證被攝者處于畫面中央的位置，還可規(guī)定路線、區(qū)域自動飛行，比如拍攝一段完美的海岸線風(fēng)景。

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

　　X8+

　　八旋翼無人機(jī)，和IRIS+相比，X8+更注重航拍功能，負(fù)重能力更強(qiáng)，能夠攜帶800克的拍攝設(shè)備。通過電動云臺自動調(diào)整攝影鏡頭的角度和姿勢，保持使用 者在畫面中心。鋁制框架的擴(kuò)展性更強(qiáng)，可用來進(jìn)行地圖繪制、云端測繪、3D建模等工作。X8+的飛行續(xù)航時間約為15分鐘。目前已經(jīng)開始發(fā)售，售價為 1350美元。

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

　　消費(fèi)級無人機(jī)市場迅速升溫

　　全球無人機(jī)市場迎來廣泛關(guān)注，大疆創(chuàng)新產(chǎn)品走向前臺，國內(nèi)極飛科技、零度智控、云南昆明勁鷹航空科技以及國外 3D Robotics 等無人機(jī)公司產(chǎn)品和融資動作不斷，2015年可以說是消費(fèi)級無人機(jī)元年。

　　大疆創(chuàng)新是全球領(lǐng)先的小型無人機(jī)廠商，占據(jù)了全球民用小型無人機(jī)約 50%的市場份額，公司 80%的產(chǎn)品都是銷往國外。被硅谷認(rèn)為能與蘋果比較的隱形的世界級無人機(jī)公司。公司成立于 2006年，最初從安裝在無人機(jī)上的控制器切入，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)無人飛行器航拍的市場接入點(diǎn)，轉(zhuǎn)做整機(jī)和穩(wěn)定的飛行平臺，以及高清數(shù)字視屏傳輸模塊，再到如今致力于提供完整飛行影像策略。短短幾年間成長上千倍，2013年收入規(guī)模達(dá)到 8 億元，被美國《時代》雜志評為 2014年 度十大創(chuàng)新工具全球第三。

　　大疆的 DJI 無人機(jī)被廣泛運(yùn)用于航拍，并且很受專業(yè)及業(yè)余級攝影師們的喜歡。其產(chǎn)品線涵蓋中端價位的 Phantom （大精靈）以及高端市場絕對王者的 Inspire （“悟”）系列。包括熱播電視節(jié)目《爸爸，去哪兒》中，以及神盾局特工、國土安全等熱門美劇中的航拍鏡頭。同時也被用戶用來全景掃描里約熱內(nèi)盧基督像、貼近拍攝鯨魚換氣，飛躍噴發(fā)中的伊蘇爾火山等。

　　除了大疆創(chuàng)新外，近年來國內(nèi)外科技公司對無人機(jī)關(guān)注熱度也迅速升溫，無人機(jī)不僅僅是航拍的 “玩具”，更是顛覆未來的機(jī)器人：亞馬遜的 Prime Air 人機(jī)物流計劃已進(jìn)入第 9 代的研發(fā)；Google 收購無人機(jī)公司 TitanAerospace 提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋；Facebook 也以 2000 萬美元收購英國無人機(jī)公司 Ascenta；3D Robotics 無人機(jī)已獲由其領(lǐng)投的 5 千萬美金投資；Matternet 建造無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)向全球的偏遠(yuǎn)農(nóng)村運(yùn)送食品和醫(yī)療用品。

　　國內(nèi)無人機(jī)市場也逐漸興起，誕生出類似大疆科技、零度智控、極飛科技、一電科技、億航無人機(jī)、天翔無人機(jī)、昆明勁鷹等。

　　目前無人機(jī)主要應(yīng)用于航拍等各行業(yè)應(yīng)用，包括邊防、農(nóng)業(yè)等，比如昆明勁鷹無人機(jī)專業(yè)從事航測無人機(jī)設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售和航測航拍服務(wù)，是中國技術(shù)頂尖的航測航拍無人機(jī)設(shè)計制造及航飛服務(wù)商，開發(fā)研制出勁鷹1型汽油航測航拍無人機(jī)、勁鷹2型垂直起飛固定翼無人機(jī)、勁鷹3型可垂直起飛懸停固定翼無人機(jī)、勁鷹650航拍專用飛行器、勁鷹1000型八軸航拍航測無人機(jī)、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人機(jī)等多種型號的無人機(jī)，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(zhǔn)備在全球打造一個平流層氣球網(wǎng)絡(luò)，然后又收購了 Titan Aerospace，以提供太陽能動力的無人機(jī)，這兩個都可以隨時隨地提供低成本的、覆蓋整個星球的互聯(lián)網(wǎng)接入。

　　NASA 也在開發(fā)無人機(jī) “低空交通管理系統(tǒng)”，有望在 2015 年用于農(nóng)業(yè)。無人機(jī)生產(chǎn)商 Skycatch，主要做建造業(yè)、礦業(yè)、太陽能行業(yè)以及農(nóng)業(yè)的數(shù)據(jù)采集，此前已經(jīng)獲得了 1320 萬美元融資。其他創(chuàng)新應(yīng)用包括蜜蜂大小的無人機(jī)對花朵進(jìn)行授粉等等。

　　GoPro 2014年也加入了 “小型無人機(jī)聯(lián)盟”，并已經(jīng)為多款無人機(jī)推出了視頻攝像設(shè)備，GoPro 也宣布將進(jìn)入消費(fèi)級無人機(jī)領(lǐng)域，并預(yù)計今年正式推出第一款多馬達(dá)驅(qū)動無人機(jī)，定價將于 500 到 1000 美元之間。大疆也宣布將在未來無人機(jī)產(chǎn)品上采用自主研發(fā)生產(chǎn)的攝像頭。無人機(jī)與運(yùn)動相機(jī)的結(jié)合，將是無人機(jī)在運(yùn)動健康等個性化航拍領(lǐng)域的重要應(yīng)用，例如 STELLA 推出的專為 GoPro Hero 3 系列相機(jī)設(shè)計的穩(wěn)定云臺。

　　無人機(jī)配合 Oculus Rift 使用，可以獲得虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)。例如 Parrot 推出無線控制配件 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(yùn)行軌跡。借助 “連接” 方式，把人的感知帶到另一個真實(shí)空間。這樣的體驗(yàn)或許今后還能應(yīng)用在隧道、峽谷與水下等場景，探險者將不再需要親歷，就能收獲刺激的感官體驗(yàn)。更重要的是，他不需要耗費(fèi)人力物力去建模、創(chuàng)建一個虛擬世界，任何一個地點(diǎn)都能成為新的游樂場。

　　根據(jù)大疆創(chuàng)新去年約 30 億的營收規(guī)模以及數(shù)千元到數(shù)萬元的定價，無人機(jī)出貨量也就幾十萬臺，未來成長空間極大。據(jù) Teal Group 統(tǒng)計，2014年 全球民用無人機(jī)市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到 28 億美元，未來 10年 還將實(shí)現(xiàn)前所未有的持續(xù)增長，市場規(guī)模將翻倍以上增長。

　　未來，無人機(jī)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(fèi)功能，能夠 “上天入地” 的無人機(jī)未來可能給我們的生活帶來無限的驚喜。距離 300 米的高空沒有地面的擁擠和各種限制，未來無人機(jī)不僅能夠扮演超級速遞員和超級警察的角色，還能夠?yàn)榈孛嫣峁┑统杀?、機(jī)動程度極高的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。把無人機(jī)想象成一個 “會飛的傳感器”，無人機(jī)就成了工業(yè) 4.0 的一個空中數(shù)據(jù)端口，大至地球物理、氣象、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、小至個人位置信息，無人機(jī)將引爆一場空中的大數(shù)據(jù)革命！

　　1、工業(yè) 4.0 的空中數(shù)據(jù)端口！

　　我們認(rèn)為，作為一個 “會飛的傳感器”，無人機(jī)未來在民用領(lǐng)域最具想象空間的應(yīng)用可能是作為空中的數(shù)據(jù)端口，為連接全球的工業(yè) 4.0 “大數(shù)據(jù)” 系統(tǒng)提供更精確、更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)流。

　　從無人機(jī)最普通的巡檢功能說起，使用無人機(jī)在全國范圍內(nèi)來巡視農(nóng)田，可以比衛(wèi)星圖像更清晰地觀測到農(nóng)作物長勢、自然災(zāi)害、土壤變化等信息，無人機(jī)通過數(shù)據(jù)鏈接入全球互聯(lián)網(wǎng)，可以將收集的數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸給大宗商品分析師，用以判斷全球農(nóng)作物期貨市場走勢；在未來的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，小型無人機(jī)可以用來觀測作物是否缺水，將信息反饋給灌溉系統(tǒng)以調(diào)節(jié)水量。

　　從個人信息數(shù)據(jù)的獲取來說，無人機(jī)可以模擬 WiFi 熱點(diǎn)，嗅探移動設(shè)備的 MAC 地址，并根據(jù)信號的強(qiáng)度等對設(shè)備進(jìn)行三角定位，搜集的信息匯總起來則可以繪制出用戶的運(yùn)動地圖，呈現(xiàn)出他通常會路過的街區(qū)、商店等，進(jìn)而有條件地對用戶進(jìn)行篩選，比如向 “過其門而不入” 的潛在消費(fèi)者推送優(yōu)惠促銷信息。通過對個人運(yùn)動軌跡的跟蹤，可以更全面地把握人群的生活習(xí)慣，為廠商提供更精確的參考數(shù)據(jù)。此外，在緊急情況下，也可以通過定位移動設(shè)備來拯救生命。無人機(jī)通過受困者手機(jī) Wi-Fi 信號來判斷受困者的位置。

　　這項(xiàng)技術(shù)和商場、超市中常用的室內(nèi)移動設(shè)備定位技術(shù)如 iBeacon 有些許類似的地方，均可以在用戶經(jīng)過時推送促銷信息等。不同之處在于無人機(jī)更加靈活，可以在更加復(fù)雜的地理?xiàng)l件下對用戶進(jìn)行定位。

　　2、科技巨頭的下一站：提供靈活機(jī)動、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)接入問題，如 WiFi 的網(wǎng)絡(luò)部署，已成為人類十大解決難題之一。而無人機(jī)的能耗較低，但飛行時間卻較長，可以為更大范圍內(nèi)的用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。同時無人機(jī)具有很強(qiáng)的機(jī)動性，可以根據(jù)某一區(qū)域內(nèi)的特殊需要來提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。

　　Google 收購 Titan，用無人機(jī)搶占互聯(lián)網(wǎng)覆蓋市場

　　在2014年4月 份收購了無人機(jī)公司 Titan Aerospace。Titan Aerospace 成立于 2012 年，其無人機(jī)試圖取代高成本的近地衛(wèi)星。目前已經(jīng)研制成功并開始測試無人機(jī) Solara 50 和 60，可以通過太陽能補(bǔ)充動能，在近地軌道持續(xù)航行五年而不用降落。Solara 無人機(jī) 50 米寬，可以承載 32kg，速度達(dá)到 104km/h，Titan 表示通過特殊設(shè)備，其高空無人機(jī)最高可提供每秒高達(dá) 1 GB 的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

　　據(jù)稱在收購之后，Titan Aerospace 將會與 Google 的兩個項(xiàng)目進(jìn)行合作，其中之一是通過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(wèi)星提供互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。氦氣球、無人機(jī)與衛(wèi)星三管齊下，再加上在城市推進(jìn)的有線光纖接入 Google Fiber，可見 Google 對互聯(lián)網(wǎng)入口的重視程度。

　　不過，有線接入是在已有覆蓋地區(qū)提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，而前三種無線接入方式主要解決的是覆蓋問題。但相對而言，無人機(jī)技術(shù)可能會比氦氣球更有優(yōu)勢，因?yàn)?Titan Aerospace 的無人機(jī)采用太陽能提供動力，續(xù)航能力可長達(dá)一年，而氦氣球的部署成本太高，維護(hù)難度也相對較高；此外，無人機(jī)的其飛行高度既高于商業(yè)飛機(jī)的海拔，又低于衛(wèi)星的高度，使得它可以穩(wěn)定提供 1Gbps 的高速接入。所以未來 Google 的無人機(jī)可能會在小范圍內(nèi)提供大容量服務(wù)，而衛(wèi)星則用于保證低速率需求地區(qū)的覆蓋。

　　Facebook 為了下一個 10 億的用戶，用無人機(jī)覆蓋偏遠(yuǎn)地區(qū)

　　Facebook 成立了 Connectivity Lab（連接實(shí)驗(yàn)室），其使命就是開發(fā)包括衛(wèi)星、無人機(jī)在內(nèi)的各自互聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)。Facebook 已經(jīng)以 2000 萬美金收購另一家提供類似技術(shù)的無人機(jī)產(chǎn)商 Ascenta。Ascenta 的太陽能無人機(jī)一次上天可以在 20km 高空持續(xù)飛行，滯空時間長達(dá) 1 個月。Facebook 涉足無人機(jī)主要也是為了提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。為偏遠(yuǎn)地區(qū)居民提供可用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以試圖贏取了下一個 10 億用戶。

　　3、會飛的配送快遞員

　　無人機(jī)送貨服務(wù)最著名的要數(shù)亞馬遜的 Prime Air 無人機(jī)物流計劃，2013年 底，亞馬遜公布了一款叫 Prime Air 的 8 翼無人機(jī)，能夠運(yùn)輸一件五磅重的快遞。Amazon 現(xiàn)在依然致力于購物領(lǐng)域，給與用戶無窮的選擇、最低的價格，以及未來將要實(shí)現(xiàn)的即時送達(dá)?，F(xiàn)在，亞馬遜的 Prime Air 已經(jīng)迭代進(jìn)入第九代，可負(fù)重 5 磅貨物，而這個重量覆蓋了 86%的品類，同時能夠達(dá)到超過 50 英里 / 小時的速度飛行。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 就開始測試無人機(jī)送貨。

　　隨著大疆等幾千元高性能無人機(jī)的推出，無人機(jī)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(nèi)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；

　　無人機(jī)攤銷成本——以一個 5000 元的無人機(jī)測算，5年 的運(yùn)營壽命，加上每年20%的維護(hù)費(fèi)，約 6000 元，4 元 / 天，如果每個無人機(jī)每天完成 10 次任務(wù)，這就意味著每個包裹攤銷成本 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(jì)成本來看，無人機(jī)送貨具備明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

　　無人機(jī)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(biāo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。目前澳大利亞克林頓和格蘭特的方法是在無人機(jī)上加裝攝像頭，并在用戶的陽臺上放一個大盒子，上有特定標(biāo)識，無人機(jī)通過機(jī)器視覺識別并準(zhǔn)確投遞到用戶的陽臺上。

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

　　在 FAA 提議的新規(guī)則中，要求無人機(jī)必須在操作者視線內(nèi)。主要是限制商業(yè)無人機(jī)用于攝影、勘察線路、搜救以及監(jiān)控作物等，對于無人機(jī)物流服務(wù)不利。

　　4、個人安全的空中守護(hù)者

　　無人機(jī)已具備物流送貨、監(jiān)測信息、航空拍攝等各種功能，那么能夠記錄我們?nèi)粘Ｉ畹臒o人機(jī)的誕生是否也指日可待了呢？或許在不久的將來就能夠成為現(xiàn)實(shí)，位于上海的 AirMind 公司開發(fā)出的 “Mind4” 四旋翼無人機(jī)被授予了 “跟蹤者無人機(jī)” 的稱號，因?yàn)樗哂懈櫮骋恢付ㄈ宋锘蚰繕?biāo)并對其進(jìn)行拍攝的功能。

　　‘Mind4’ 的設(shè)計理念是為了記錄我們的生活，甚至是記錄非人類生物。“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。憑借其自動導(dǎo)航功能，“Mind4” 跟蹤選定目標(biāo)時的最大高度可達(dá) 20 米，最遠(yuǎn)身后距離可達(dá) 50 米。而且還能通過手勢對其進(jìn)行控制。

　　配備有內(nèi)置攝像頭的四旋翼無人機(jī)如今已經(jīng)廣泛普及，但大部分無人機(jī)仍需要對其進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控?；?GPS 的追蹤技術(shù)無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。

　　考慮到這些年來民用無人機(jī)產(chǎn)品的快速發(fā)展，像 “Mind4” 這類產(chǎn)品的誕生也許已經(jīng)不足為奇了。未來更加成熟的可跟蹤記錄指定目標(biāo)的無人機(jī)可對個人安全實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)測和保護(hù)。試想一下：未來你的孩子上學(xué)或玩耍時，會有一支無人機(jī)艦隊(duì)隨時跟蹤掃描危險，保護(hù)他的安全。