未来投资什么最有潜力（这篇文章告诉你未来“可投资”的项目）
书接上回，除了军用外，无人机已经在很多民用领域大展身手。让我们一起听听吧！
01 民用无人机的研发
研发公司的研发方向
无人机研发的偏向和无人机的类型是分不开的。因为通常固定翼无人机在军事上的应用相对多一些，当然不是绝对的，而面向民用的消费级无人机的话，主要是研发旋翼无人机，因为它对新手友好，适合推广。旋翼无人机的功能相对简单，可以满足民用的需求，比如拍照、快递运输，灯火表演等等。
图1：无人机表演图大疆无人机的卖点
我个人感觉它并不做无人机的研发，它主要是把无人机作为一个载体进行拍摄拍照。它主要是一个摄像头防抖的研发，它本身的无人机的研发并没有超脱消费级无人机的范畴，它也不追求无人机那么先进，而只是将无人机用于拍摄的领域。
图2：大疆无人机它本身硬件的价格不是很高，你也可以自己组装和它稳定性差不多的无人机，硬件可能价格也就1万元左右，所以贵的是软件、传感器。比如说图像传感器，普通的拍照无人机就把你的图像传到手机或者电脑端。但我还可以把这个图像接到无人机内部，实现实时的目标跟踪功能。就是它可以环绕你360度进行摄像。那么在这个过程中，它其实是因为认识你的脸，或者说认识你的体态从而进行识别。如果提出更高的要求，让它认识人这一个目标，那么它就需要一个额外的二次开发，所以价格会更高一些。
02 无人机在民用什么领域应用
[还不是为了吃上口饭——农业]
无人机在农业上的应用主要作为植保无人机，植保无人机主要执行的是无人机的播种、喷洒农药、施肥等等。在2015年我们全国的耕地面积是20.25亿亩，而植保无人机的保有量只有2500多家，所以总的作业面积非常低，还不足全国耕地面积的0.6%。
图3：植保无人机而欧美的发达国家和日本的部分地区的农户早就已经开始使用稳定成熟的无人机播种，所以我们国家的植保工作的主力还是人工，机械化和智能化的程度很低。目前植保无人机的研发竞争主要是大疆和极飞这两家公司，这两家公司不仅在无人机的性能，比如机翼、电池和载重的方向推陈出新，而且还着眼于飞行培训、销售和售后服务等。它们在各个方向进行竞争的同时，也提高了植保无人机全国使用的数量的提升。在2020年，大疆发布了T30和T10两款植保机，T30主要针对北方的大田的市场用户，而T10主要面向南方小地块的设计，属于小机型，这两款机型。希望能可以实现南方和北方耕地的全覆盖。
图4：大疆T30无人机在12月15日，极飞科技也在年度大会上发布了功能更加丰富的R150农业无人车，还有P40、P80、V40等专业的农业无人机，这些无人机拥有AI处方图技术，可以依据现有的农田信息快速生成科学施药方案。对于农民来讲是一个非常适用、非常好的功能。
我们国家正在努力推进农业集成化，国家希望把农田集中到一起，形成大面积、可以统一管理和播种喷洒的土地使用方式，提供无人机的租赁和农机设备的管理其实是类似的，就像农田的收割等等，这个主要是农机所在推广。据统计到2019年底，我国的植保无人机的保有量已经达到5.5万余部，无人机设备和总量处于全球第一名，但是当前的全国植保无人机作业面积仍然不超过5%，所以我们国家的农业植保无人机是增长迅猛、市场广阔。
图5：植保无人机大面积作业图大疆的两款植保机是怎么设计的？
软件其实是通用型的，所以它的飞控是相同的，但是它的体积载重不同。对于小田来说，不需要很大的载重或者很长的运行时间，所以开发的载荷能力就比较小，更加灵活、便于控制。而对于大田来说，就需要使用载重能力比较强的植保无人机，这样可以减少飞行的次数，也方便农民的使用。
飞行高度、充电等问题？
我们国家对植保无人机的飞行高度是有规定的，通常只有一两百米，不能再高了。再高可能会影响到民航航线的安全。
植保无人机的电池也只能支持大约30分钟，这主要针对的是旋翼无人机。燃油直驱的植保无人机滞空时间可以达到1~3个小时，所以它可以执行更大范围的农药的喷洒和农田信息的获取。
图6：燃油直驱的无人机[无人机表演]
表演无人机的结构非常简单，追求的是低成本，它上面除了GPS接收器，也就是用于定位的接收器以外，基本上只有灯光的控制系统，不追求无人机之间的通信，所以它采用的是一种集中式无人机群的控制方式。
图7：表演无人机[快递业务]
无人机送快递这个应用现在各个厂家都在尝试，但是由于现阶段的城市环境比较复杂，而农村的基础设施又不够完善，所以这还只是一个设想，没有进入到实际应用阶段。这次疫情对无人机货物运输起到了一个推动作用：因为它可以进行无接触运输，所以在疫情期间，也进行了很多这种无人机货物运输的无接触传递。
图8：无人机送快递03 无人机的发展
为什么还只是在起步阶段？
一方面是因为相关的法律法规还没有完善和落实。无人机和无人车很类似，无人车或者说自动驾驶的车辆，它也面临着这个问题。
如果出现了事故，那么它的事故责任认定很困难。再者由于基础设施还不够完善，它并不能实现全空域的定位信息的获取，比如通过隧道、到达室内或是高大建筑之间时，GPS信号会失灵。这个时候怎么进行容错的控制，怎么实现安全的降落或者返回，这些功能都还有待完善。所以现阶段只是一个设想，还没有能够进行大范围推广的可能。
04 未攻克的技术难题？
无人机是一个现代工业的产物，每一个工业门类的创新都可以推进对无人机的性能的提升。
难题一：在没有干扰的自由飞行的户外，单无人机的控制已经比较成熟了，但是应对复杂战场环境下，面对突发的实际需求，现有无人机的控制就显得有些力不从心了。所以现阶段应该开发一种基于人工智能或者深度学习的运算量较少的在线任务决策和容错机制，这也是无人机任务设备管理和应急控制亟待解决的一个问题。
比如，现在的GPS的精度，民用GPS的精度在5~10米，也就是说它可能会偏离预定航线5~10米的这个范围。但是这是在有GPS信号的前提下，如果我们在暂时无法获得GPS信号，或者说在战场环境中某一个无人机受损了，那么对于整个无人机编队来说，我们就要有一个容错的机制。比如说现在有三架无人机，攻击两个目标，那么当一架无人机受损以后，它可能就不能执行任务了；这时就需要对任务进行重新划分：比如剩下的两架无人机，每一个各自打击一个目标。这就是一种任务的决策和无人机集群的容错机制。
图9：战场上的无人机编队对于单个无人机而言，它的容错就可以显示在比如说4选1。有一个机翼受损了，那么三个机翼也可以执行飞行任务或者是自主返航或降落的任务，保证无人机机体不受损。那么这也是单个无人机的一种容错机制。
难题二：现阶段无人机的飞行还是依赖于卫星的定位，比如卫星定位，像GPS、北斗、伽利略等等。但是导航这种卫星定位，对无人机提供的参数实质性还没有那么好，而当卫星导航信号丢失的时候，我们无人机只能依靠惯导进行飞行。惯导存在一个误差累积增大的不足，这就对复杂环境下无人机的导航技术提出了挑战。未来无人机可能需要一种高精度高可靠性和高抗干扰能力的多元导航技术。
图10：无人机GPS定位难题三：无人机现阶段消费无人机的电池的体积和质量都比较大，能量的转化效率也有待提高，飞行速度较慢，推动力也比较低，不利于无人机的续航飞行，也无法达到战场突防的这种高要求。民用无人机，比如大疆的拍照的无人机，灯火表演的无人机等等，它们的电池都是锂聚合物电池，单片电压基本上在3.7伏，通常有3片或者是4片。大型的植保无人机可能需要6片航母电池，续航能力就半个小时左右。如果要求更高续航能力，那么它就需要带更大的电池，也就意味着更大的载重。这一方面会影响载荷能力，一方面也会提高自己的重量，影响效率，所以它其实是一个矛盾的关系。要针对它的需求提出一个合理的电池的配比方案。
图11：倾转旋翼无人机所以新能源的开发也可能是推动无人机技术革命的一个契机。我们的期望是有一种新能源作为能量供给，或者是提出一种更利于无人机续航的结构，或者是动力系统。比如现在研发的热门就是倾转旋翼无人机，它就是一个很好的一个未来发展方向。
难题四：第四部分是数据链路的传输，无人机它因为没有人在实时控制，所以它对于数据链的依赖是比较高的，而数据链可以完成对无人机的遥控遥测定位、跟踪等过程中的数据的交换和传输，也可以实现数据的共享，敌我识别和任务调度的功能。
普通无人机大多采用的是定制的视距数据链，而对于中高空长航时的无人机，通常采用的是超视距的卫通数据链。所以我觉得随着5G技术的发展，机载的传感器对于定位的精细程度和执行任务的复杂程度的要求都会不断提高。那么一种高安全性、高可靠性的高带宽通信方式，是未来无人机非常需要的。也许在未来全天候要求比较低的场景下，还会出现类似于激光通信的一种通信方式，这些都是无人机未来研发的新方向。简单来说，我们将激光作为光源，然后将这个信息放到光的调制器上，然后通过光学发射器发出，而在接收端我们使用天线把激光信号接收下来，再送到光探测器上，之后再把激光信号转化成电信号，再经过调制和放大，最终就会得到原来的信号，实现激光通信。
图12：激光通信但是激光通信目前的问题就是很容易受到天气环境的影响。比如说大雾环境或者是沙尘环境，在这种条件下激光的损耗就会非常高，因为空气中的这些粒子会对它进行散射或者吸收。我觉得激光的通信目前还只能用于近距离点之间的通信。而未来可能会在比如说外太空的飞行中同步卫星等等这些环境下，在这种大气很稀薄、没有污染的环境下进行通信，它的效果应该是很好的。
*本文仅代表作者个人观点，不代表本网站观点。
博士科普：Philosophiae Doctor Science Network，加拿大官方认证非营利性协会，诞生于加拿大滑铁卢大学。致力于普及科学知识，建立国内外科研交流桥梁。
