四旋翼无人机

无人机的定义

• 现在提到的无人机，通常是说无人飞行载具（Unmanned Aerial Vehicle， 简称UAV），或称无人飞机、无人飞机系统（Unmanned Aircraft System，简称UAS），不需驾驶员在机内驾驶的飞机，通过地面遥控或自动驾驶技术，进行科学观测、战场侦查等任务的飞行器。
• 无人机有军用和民用（商用）之分，实际上最早无人机是用于军用方面的，伊拉克战争时美军使用的无人机让人看到其强大威力，装有地狱火反坦克导弹的“捕食者” 和“全球鹰”，用于监视、侦察、攻击等任务。而没有安装传感器的“捕食者”投入战场充当诱饵，撩拨伊拉克的防空系统。限于篇幅这里不展开军用了，感兴趣的 值友可自行搜索“捕食者MQ-X”。
• Project Wing运送救灾物资，Amazon正在进行PRIMe Air计划用于无人机送货，国内的淘宝、京东也有布局。民用方面，以多旋翼飞行器为主，主要有国外品牌3D robotics，国内知名品牌DJI大疆等。民用无人机的技术，可以参考Vijay Kumar在TED的演讲：谈会飞行及互相合作的机器人。

无人机和无线遥控器

航拍和FPV

• FPV（First Person View）属于航模的超视距操控，实时回传翱翔天空的第一人称视角以带来身临其境的驾驶体验。典型的FPV设备由摄像头，发射机，接受机，显示屏构成。随 着DIY的盛行，改装后带有自动控制系统和回传系统的FPV航模实际上和民用无人机的差距也在不断缩减。限于门槛和难度，不再展开DIY FPV，有兴趣的网友可以自行了解。
• 航拍主要用于拍摄，以常规无法实现的角度进行影像拍摄及记录，设备主要由无人机+云台+摄像机组成，国内外知名厂商都有类似的一体化解决方案，是我们本文主要介绍的产品。
• 无人机的森林穿越，颇有星球大战的竞速感觉

四旋翼无人机折叠状态

多旋翼无人机介绍

• 航拍无人机主要有直升、固定翼、多旋翼、伞翼、飞艇等，民用领域主要是多旋翼无人机，是因为目前技术已经比较成熟，飞行稳定，可以悬停，操作简单，成为目前最适合做航拍的选择。目前世界上拍摄一些电影大部分用多旋翼无人机。缺点是续航时间短载荷小，但在民用娱乐领域，问题不大，且后期维护成本不 高。主要由机架、飞控、云台、无线图传、地面站（手机或电脑）等部件组成。
• 四旋翼是多旋翼中最简单最流行的一种，英文称为Quadrotor，随着轻便、灵活、安全、四旋翼飞行器Parrot AR.Drone的流行，越来越多得多旋翼产品来到我们面前。下面介绍下目前市面上主流的多旋翼无人机品牌及拳头产品。
  • 3D robotics：品牌介绍：3D robotics是知名的开源无人机品牌，由前连线杂志主编Chris Adnerson创办，在无人机领域，3D robotics的开源项目类似于智能手机系统中Android。
  • IRIS+：四旋翼无人机，最大 400g荷载可安装GoPro或其他小型专业拍摄设备。飞行时间在 15~22 分钟左右。第三人视角跟拍技术让IRIS+ 可以自动跟踪被摄者，并且通过云台稳定器保证被摄者处于画面中央的位置，还可规定路线、区域自动飞行，比如拍摄一段完美的海岸线风景。
  • X8+：八旋翼无人机，和IRIS+相比，X8+更注重航拍功能，负重能力更强，能够携带800克的拍摄设备。通过电动云台自动调整摄影镜头的角度和姿势，保持使用 者在画面中心。铝制框架的扩展性更强，可用来进行地图绘制、云端测绘、3D建模等工作。X8+的飞行续航时间约为15分钟。目前已经开始发售，售价为 1350美元。

消费级无人机市场迅速升温

• 全球无人机市场迎来广泛关注，大疆创新产品走向前台，国内极飞科技、零度智控、云南昆明劲鹰航空科技以及国外 3D Robotics 等无人机公司产品和融资动作不断，2015年可以说是消费级无人机元年。
• 大疆创新是全球领先的小型无人机厂商，占据了全球民用小型无人机约 50%的市场份额，公司 80%的产品都是销往国外。被硅谷认为能与苹果比较的隐形的世界级无人机公司。公司成立于 2006年，最初从安装在无人机上的控制器切入，进而发现无人飞行器航拍的市场接入点，转做整机和稳定的飞行平台，以及高清数字视屏传输模块，再到如今致力于提供完整飞行影像策略。短短几年间成长上千倍，2013年收入规模达到 8 亿元，被美国《时代》杂志评为 2014年 度十大创新工具全球第三。
• 大疆的 DJI 无人机被广泛运用于航拍，并且很受专业及业余级摄影师们的喜欢。其产品线涵盖中端价位的 Phantom （大精灵）以及高端市场绝对王者的 Inspire （“悟”）系列。包括热播电视节目《爸爸，去哪儿》中，以及神盾局特工、国土安全等热门美剧中的航拍镜头。同时也被用户用来全景扫描里约热内卢基督像、贴近拍摄鲸鱼换气，飞跃喷发中的伊苏尔火山等。
• 除了大疆创新外，近年来国内外科技公司对无人机关注热度也迅速升温，无人机不仅仅是航拍的 “玩具”，更是颠覆未来的机器人：亚马逊的 Prime Air 人机物流计划已进入第 9 代的研发；Google 收购无人机公司 TitanAerospace 提供网络覆盖；Facebook 也以 2000 万美元收购英国无人机公司 Ascenta；3D Robotics 无人机已获由其领投的 5 千万美金投资；Matternet 建造无人机网络向全球的偏远农村运送食品和医疗用品。
• 国内无人机市场也逐渐兴起，诞生出类似大疆科技、零度智控、极飞科技、一电科技、亿航无人机、天翔无人机、昆明劲鹰等。
• 目前无人机主要应用于航拍等各行业应用，包括边防、农业等，比如昆明劲鹰无人机专业从事航测无人机设备的设计、生产、销售和航测航拍服务，是中国技术顶尖的航测航拍无人机设计制造及航飞服务商，开发研制出劲鹰1型汽油航测航拍无人机、劲鹰2型垂直起飞固定翼无人机、劲鹰3型可垂直起飞悬停固定翼无人机、劲鹰650航拍专用飞行器、劲鹰1000型八轴航拍航测无人机、劲鹰1600大型载重旋翼飞行平台和劲鹰S1型汽油航测航拍水上无人机等多种型号的无人机，并成功到非洲飞行完成航测任务，拥有为民用、商用航空领域提供优质服务的能力和实力。
• Google 热气球 Project Loon，准备在全球打造一个平流层气球网络，然后又收购了 Titan Aerospace，以提供太阳能动力的无人机，这两个都可以随时随地提供低成本的、覆盖整个星球的互联网接入。
• NASA 也在开发无人机 “低空交通管理系统”，有望在 2015 年用于农业。无人机生产商 Skycatch，主要做建造业、矿业、太阳能行业以及农业的数据采集，此前已经获得了 1320 万美元融资。其他创新应用包括蜜蜂大小的无人机对花朵进行授粉等等。
• GoPro 2014年也加入了 “小型无人机联盟”，并已经为多款无人机推出了视频摄像设备，GoPro 也宣布将进入消费级无人机领域，并预计今年正式推出第一款多马达驱动无人机，定价将于 500 到 1000 美元之间。大疆也宣布将在未来无人机产品上采用自主研发生产的摄像头。无人机与运动相机的结合，将是无人机在运动健康等个性化航拍领域的重要应用，例如 STELLA 推出的专为 GoPro Hero 3 系列相机设计的稳定云台。
• 无人机配合 Oculus Rift 使用，可以获得虚拟现实、增强现实的体验。例如 Parrot 推出无线控制配件 Skycontroller，用 HDMI 接口连上 Oculus Rift，能直接操控飞行器的飞行，用上下左右按键，控制飞行器的运行轨迹。借助 “连接” 方式，把人的感知带到另一个真实空间。这样的体验或许今后还能应用在隧道、峡谷与水下等场景，探险者将不再需要亲历，就能收获刺激的感官体验。更重要的是，他不需要耗费人力物力去建模、创建一个虚拟世界，任何一个地点都能成为新的游乐场。
• 根据大疆创新去年约 30 亿的营收规模以及数千元到数万元的定价，无人机出货量也就几十万台，未来成长空间极大。据 Teal Group 统计，2014年 全球民用无人机市场规模已经达到 28 亿美元，未来 10年 还将实现前所未有的持续增长，市场规模将翻倍以上增长。

四旋翼折叠无人机

未来，无人机能为我们做些什么？

除了我们已经熟知的军事、商用和消费功能，能够 “上天入地” 的无人机未来可能给我们的生活带来无限的惊喜。距离 300 米的高空没有地面的拥挤和各种限制，未来无人机不仅能够扮演超级速递员和超级警察的角色，还能够为地面提供低成本、机动程度极高的无线网络覆盖。把无人机想象成一个 “会飞的传感器”，无人机就成了工业 4.0 的一个空中数据端口，大至地球物理、气象、农业数据、小至个人位置信息，无人机将引爆一场空中的大数据革命！

1. 工业 4.0 的空中数据端口！
   1. 我们认为，作为一个 “会飞的传感器”，无人机未来在民用领域最具想象空间的应用可能是作为空中的数据端口，为连接全球的工业 4.0 “大数据” 系统提供更精确、更强大的数据流。
   2. 从无人机最普通的巡检功能说起，使用无人机在全国范围内来巡视农田，可以比卫星图像更清晰地观测到农作物长势、自然灾害、土壤变化等信息，无人机通过数据链接入全球互联网，可以将收集的数据实时传输给大宗商品分析师，用以判断全球农作物期货市场走势；在未来的精准农业系统中，小型无人机可以用来观测作物是否缺水，将信息反馈给灌溉系统以调节水量。
   3. 从个人信息数据的获取来说，无人机可以模拟 WiFi 热点，嗅探移动设备的 MAC 地址，并根据信号的强度等对设备进行三角定位，搜集的信息汇总起来则可以绘制出用户的运动地图，呈现出他通常会路过的街区、商店等，进而有条件地对用户进行筛选，比如向 “过其门而不入” 的潜在消费者推送优惠促销信息。通过对个人运动轨迹的跟踪，可以更全面地把握人群的生活习惯，为厂商提供更精确的参考数据。此外，在紧急情况下，也可以通过定位移动设备来拯救生命。无人机通过受困者手机 Wi-Fi 信号来判断受困者的位置。
   4. 这项技术和商场、超市中常用的室内移动设备定位技术如 iBeacon 有些许类似的地方，均可以在用户经过时推送促销信息等。不同之处在于无人机更加灵活，可以在更加复杂的地理条件下对用户进行定位。
2. 科技巨头的下一站：提供灵活机动、低成本的WIFI 网络接入
   1. 在全球有将近四十亿的人口仍未接通互联网，如何解决互联网接入问题，如 WiFi 的网络部署，已成为人类十大解决难题之一。而无人机的能耗较低，但飞行时间却较长，可以为更大范围内的用户提供互联网接入服务。同时无人机具有很强的机动性，可以根据某一区域内的特殊需要来提供互联网接入服务。
   2. Google 收购 Titan，用无人机抢占互联网覆盖市场
   3. 在2014年4月 份收购了无人机公司 Titan Aerospace。Titan Aerospace 成立于 2012 年，其无人机试图取代高成本的近地卫星。目前已经研制成功并开始测试无人机 Solara 50 和 60，可以通过太阳能补充动能，在近地轨道持续航行五年而不用降落。Solara 无人机 50 米宽，可以承载 32kg，速度达到 104km/h，Titan 表示通过特殊设备，其高空无人机最高可提供每秒高达 1 GB 的网络接入服务。
   4. 据称在收购之后，Titan Aerospace 将会与 Google 的两个项目进行合作，其中之一是通过高空氦气球提供互联网服务的 Project Loon，除此以外，Google 还计划斥资 10 亿美元，用卫星提供互联网覆盖。氦气球、无人机与卫星三管齐下，再加上在城市推进的有线光纤接入 Google Fiber，可见 Google 对互联网入口的重视程度。
   5. 不过，有线接入是在已有覆盖地区提供更优质的服务，而前三种无线接入方式主要解决的是覆盖问题。但相对而言，无人机技术可能会比氦气球更有优势，因为 Titan Aerospace 的无人机采用太阳能提供动力，续航能力可长达一年，而氦气球的部署成本太高，维护难度也相对较高；此外，无人机的其飞行高度既高于商业飞机的海拔，又低于卫星的高度，使得它可以稳定提供 1Gbps 的高速接入。所以未来 Google 的无人机可能会在小范围内提供大容量服务，而卫星则用于保证低速率需求地区的覆盖。
   6. Facebook 为了下一个 10 亿的用户，用无人机覆盖偏远地区
   7. Facebook 成立了 Connectivity Lab（连接实验室），其使命就是开发包括卫星、无人机在内的各自互联网连接技术。Facebook 已经以 2000 万美金收购另一家提供类似技术的无人机产商 Ascenta。Ascenta 的太阳能无人机一次上天可以在 20km 高空持续飞行，滞空时间长达 1 个月。Facebook 涉足无人机主要也是为了提供网络服务。为偏远地区居民提供可用的网络服务，以试图赢取了下一个 10 亿用户。
3. 会飞的配送快递员
   1. 无人机送货服务最著名的要数亚马逊的 Prime Air 无人机物流计划，2013年 底，亚马逊公布了一款叫 Prime Air 的 8 翼无人机，能够运输一件五磅重的快递。Amazon 现在依然致力于购物领域，给与用户无穷的选择、最低的价格，以及未来将要实现的即时送达。现在，亚马逊的 Prime Air 已经迭代进入第九代，可负重 5 磅货物，而这个重量覆盖了 86%的品类，同时能够达到超过 50 英里 / 小时的速度飞行。已经正式向 FAA 申请更大范围的室外飞行测试。另外 Google、UPS 等也从 2012-2013年 就开始测试无人机送货。
   2. 随着大疆等几千元高性能无人机的推出，无人机快递可以大大降低 “最后十公里” 的物流成本：
   3. 能耗每单不到 0.1 元——以载重以 2 公斤计算，包裹 10km 范围内直接硬件成本（主要是能耗）不到 0.1 元，每单耗电 10Ah，不到 40Wh，耗电约 0.03 元；
   4. 无人机摊销成本——以一个 5000 元的无人机测算，5年 的运营寿命，加上每年20%的维护费，约 6000 元，4 元 / 天，如果每个无人机每天完成 10 次任务，这就意味着每个包裹摊销成本 0.4 元；
   5. 合计每单不到 0.5 元的成本，相比目前的人工物流成本有明显降低，因此从经济成本来看，无人机送货具备明显的经济效益。
   6. 无人机物流最困难的是最后的货物投送阶段，仅知道目的地的 GPS 坐标是远远不够的。目前澳大利亚克林顿和格兰特的方法是在无人机上加装摄像头，并在用户的阳台上放一个大盒子，上有特定标识，无人机通过机器视觉识别并准确投递到用户的阳台上。
   7. 此外，法规仍然是最大阻碍。近期美国联邦航空管理局（FAA）公布无人机管理的新法草案，
   8. 在 FAA 提议的新规则中，要求无人机必须在操作者视线内。主要是限制商业无人机用于摄影、勘察线路、搜救以及监控作物等，对于无人机物流服务不利。
4. 个人安全的空中守护者
   1. 无人机已具备物流送货、监测信息、航空拍摄等各种功能，那么能够记录我们日常生活的无人机的诞生是否也指日可待了呢？或许在不久的将来就能够成为现实，位于上海的 AirMind 公司开发出的 “Mind4” 四旋翼无人机被授予了 “跟踪者无人机” 的称号，因为它具有跟踪某一指定人物或目标并对其进行拍摄的功能。
   2. ‘Mind4’ 的设计理念是为了记录我们的生活，甚至是记录非人类生物。“Mind4” 配备的摄像头能够覆盖到距离指定物体 20 米以外的地方。凭借其自动导航功能，“Mind4” 跟踪选定目标时的最大高度可达 20 米，最远身后距离可达 50 米。而且还能通过手势对其进行控制。
   3. 配备有内置摄像头的四旋翼无人机如今已经广泛普及，但大部分无人机仍需要对其进行远程遥控。基于 GPS 的追踪技术无法确保物体所处方位（即摄像头指向的位置）的精确性，原因在于民用 GPS 通常情况下都不精确。
   4. 考虑到这些年来民用无人机产品的快速发展，像 “Mind4” 这类产品的诞生也许已经不足为奇了。未来更加成熟的可跟踪记录指定目标的无人机可对个人安全实现全面的监测和保护。试想一下：未来你的孩子上学或玩耍时，会有一支无人机舰队随时跟踪扫描危险，保护他的安全。