無(wú)人機(jī)現(xiàn)今已經(jīng)成為企業(yè)和媒體集中關(guān)注的對(duì)象。和以前傳統(tǒng)意義上的“無(wú)人機(jī)”不同，現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)更加準(zhǔn)確的被形容為無(wú)人駕駛的飛行器(UAVs)，它的特點(diǎn)是能利用收集到的數(shù)據(jù)解決應(yīng)用問(wèn)題。
無(wú)人機(jī)的種類繁多，無(wú)論是從大小還是價(jià)格方面。從諾斯洛普的全球鷹無(wú)人機(jī)(2億美元，續(xù)航能力32小時(shí))到通過(guò)小型發(fā)電機(jī)發(fā)動(dòng)的通電飛機(jī)(40美元，由智能手機(jī)的藍(lán)牙操控)。作者在文中重點(diǎn)介紹了“產(chǎn)銷合一”的無(wú)人機(jī)和收集遠(yuǎn)程遙感信息的小型飛機(jī)，這類飛機(jī)的價(jià)格一般都在5000美元以下，能為無(wú)人機(jī)和GIS應(yīng)用提供數(shù)據(jù)。
1、技術(shù)
過(guò)去的15年里，技術(shù)的融合創(chuàng)造出了無(wú)線電控制飛機(jī)，從這種飛機(jī)演變到無(wú)人駕駛飛機(jī)花了十多年的時(shí)間。顯然，無(wú)人機(jī)能獨(dú)立飛行是因?yàn)楂@取GPS信號(hào)，而之前要控制無(wú)線電控制飛機(jī)，飛行員需要和飛機(jī)建立視覺(jué)聯(lián)系。如果飛行不在視線范圍內(nèi)，就無(wú)法控制飛機(jī)，由于這種缺陷導(dǎo)致飛行范圍只能在幾百碼之內(nèi)。在無(wú)人機(jī)上增加GPS接收器，可以使飛行員自由控制飛機(jī)而不用看到整條飛行路徑。
在這之后，WiFi技術(shù)被應(yīng)用在無(wú)人機(jī)上面，即第一人稱主視角(FPV)。無(wú)人機(jī)上裝有WiFi攝像機(jī)，例如GoPro相機(jī)和DJI，Parrot公司的集成相機(jī)，智能手機(jī)或者平板電腦上就會(huì)出現(xiàn)實(shí)時(shí)的飛行數(shù)據(jù)流，也就是說(shuō)，即使飛機(jī)不在你的視線里，當(dāng)它自主飛行的時(shí)候你還是能看到它“看到”的東西。這樣操作人員就可以升高或者延長(zhǎng)飛行路線，甚至可以建立下一段飛行目的地。
2、無(wú)人機(jī)的組成
多機(jī)翼無(wú)人機(jī)一般都由這些部件組成：飛行器、固定架、負(fù)載或者是裝在固定架上的小設(shè)備。沒(méi)有這些部件是不能稱作無(wú)人機(jī)的。
固定架是銜接飛行器和裝載物的，也起到固定的作用，它在很大程度上可以減輕震動(dòng)，避免畫面的“果凍效果”。圖1是DJI公司生產(chǎn)的無(wú)人機(jī)，配備了ZenmuseH3-D3的平衡架和GoPro攝像機(jī)，還有支架和攝像機(jī)的圖片。
下面是3DRobotics的固定翼無(wú)人機(jī)和LehmannAviation的LA100攝像機(jī)。固定翼飛機(jī)在飛行過(guò)程中很穩(wěn)定所以不需要固定架。
圖1多機(jī)翼無(wú)人機(jī)一般都由這些部件組成：飛行器、固定架、負(fù)載或者是裝在固定架上的小設(shè)備。
需要提到的是，雖然現(xiàn)在利用無(wú)人機(jī)收集數(shù)據(jù)已經(jīng)稀松平常，但真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集功能的卻是無(wú)人機(jī)上搭載的各種有效載荷。只要安裝應(yīng)用程序，紅外攝像機(jī)、高精度氣壓計(jì)、多光譜掃描儀、激光雷達(dá)或是高光譜傳感器等均可以收集數(shù)據(jù)。
無(wú)人機(jī)收集到的數(shù)據(jù)大多是需要處理的，各個(gè)開(kāi)發(fā)商都有自己的數(shù)據(jù)處理軟件，提供精準(zhǔn)校正，影像鑲嵌和地形提取等。由于軟件也是無(wú)人機(jī)的一部分，因此很多業(yè)內(nèi)人士呼吁應(yīng)該將無(wú)人機(jī)(UAV)更名為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)(UAS)。
3、無(wú)人機(jī)的應(yīng)用
無(wú)人機(jī)并非產(chǎn)生了新的GIS應(yīng)用，但它相比于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)獲取方法來(lái)說(shuō)，成本更低，因此可以迅速擴(kuò)大現(xiàn)有的GIS應(yīng)用市場(chǎng)。換句話說(shuō)，同樣是在林區(qū)上方低空飛行收集數(shù)據(jù)，無(wú)人機(jī)會(huì)比傳統(tǒng)的飛行員駕駛飛機(jī)在很大程度上節(jié)約成本。
有一部分行業(yè)可以用無(wú)人機(jī)替代：遙感、空氣監(jiān)測(cè)、石油天然氣探測(cè)、輸電線路監(jiān)測(cè)、測(cè)量、電影制作、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、地形提取、正射影像鑲嵌、數(shù)字影像分析和3D地形圖像分析。
4、市場(chǎng)
國(guó)際無(wú)人機(jī)系統(tǒng)協(xié)會(huì)(AUVSI)預(yù)測(cè)，如果相關(guān)法規(guī)頒布，無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)將極大促進(jìn)美國(guó)經(jīng)濟(jì)，至少達(dá)到136億美元，同時(shí)，未來(lái)三年將有7萬(wàn)個(gè)相關(guān)崗位虛位以待。另外，AUVSI還預(yù)測(cè)到2025年無(wú)人機(jī)將創(chuàng)造超過(guò)820億美元的經(jīng)濟(jì)效益。
據(jù)2014年5月11日的《華爾街日?qǐng)?bào)》報(bào)道，3DRobotics每個(gè)月售出2000臺(tái)自動(dòng)駕駛儀(無(wú)人機(jī))給無(wú)人機(jī)制造商或愛(ài)好者。
以下是一些已經(jīng)獲得風(fēng)險(xiǎn)投資的美國(guó)企業(yè)(數(shù)據(jù)來(lái)自CrunchBase)：
Airware——4040萬(wàn)美元；
3DRobotics——3500萬(wàn)美元；
Skycatch——1970萬(wàn)美元；
Crescent——25萬(wàn)美元。
以下是一些已經(jīng)獲得融資的美國(guó)企業(yè)(數(shù)據(jù)來(lái)自Kickstarter)：
Flexbot——50萬(wàn)美元(4670名出資人)；
Airdroids——92.9212萬(wàn)美元保證資金；
PowerUp——123萬(wàn)美元。
5、面臨的困難
美國(guó)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)面對(duì)的一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題就是政府法規(guī)，更準(zhǔn)確的說(shuō)是“沒(méi)有法規(guī)”。加拿大、澳大利亞、日本和許多歐洲國(guó)家的無(wú)人機(jī)都已經(jīng)得到管理，也就是說(shuō)這些國(guó)家的無(wú)人機(jī)管理組織對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行地點(diǎn)，目的和時(shí)間都了然于胸。
美國(guó)國(guó)家空管系統(tǒng)(NAS)由聯(lián)邦航空管理局(FAA)管轄。在私人和商用飛機(jī)的管理規(guī)定中已經(jīng)指出，非盈利性的無(wú)人駕駛飛行可以免稅。盡管無(wú)人機(jī)也屬于無(wú)人駕駛，但近年來(lái)FAA的管理范圍越來(lái)越寬，F(xiàn)AA曾發(fā)出過(guò)警告甚至提起訴訟，還試圖對(duì)商用飛機(jī)駕駛員處以一萬(wàn)美元的罰款。
據(jù)2014年7月21日的《華爾街日?qǐng)?bào)》報(bào)道：“盡管FAA禁止無(wú)人機(jī)飛行，但近日在迪凱特市舉辦的貿(mào)易集會(huì)上，有1000多名農(nóng)場(chǎng)主前去參觀。中西部新聞?wù){(diào)查中心發(fā)回報(bào)道稱，無(wú)人機(jī)在農(nóng)作物管理方面能起到識(shí)別病蟲害的作用。但是對(duì)農(nóng)場(chǎng)主們來(lái)說(shuō)有一個(gè)壞消息，就是目前最先進(jìn)的無(wú)人機(jī)還不能在美國(guó)投入使用，因?yàn)镕AA有可能對(duì)無(wú)人機(jī)生產(chǎn)商提起訴訟。
今年年底一些相關(guān)法規(guī)即將出臺(tái)，剩余框架結(jié)構(gòu)將在2015年補(bǔ)充完整。在法規(guī)正式實(shí)施之前，美國(guó)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)可能都處于一個(gè)停滯模式。
除了管理的問(wèn)題，還有技術(shù)上的挑戰(zhàn)。多機(jī)翼無(wú)人機(jī)飛行續(xù)航能力較差，多數(shù)只能飛行25-30分鐘。固定翼飛機(jī)有較長(zhǎng)的續(xù)航能力，但一般都需要彈射器或跑道。
另一個(gè)讓人頭疼的問(wèn)題就是基礎(chǔ)建設(shè)，無(wú)人機(jī)可以自主收集數(shù)據(jù)但大多情況下還是需要操作人員監(jiān)視飛行并操控起飛和降落，對(duì)固定翼飛機(jī)來(lái)說(shuō)更是如此。那么，即使法規(guī)建立起來(lái)，續(xù)航問(wèn)題也能得到解決，卻沒(méi)有足夠符合要求的駕駛員來(lái)操控飛機(jī)。
延伸閱讀：自主飛行
無(wú)人機(jī)收集數(shù)據(jù)成本高，操作熟練度要求高，如果把它變的很容易操作那就再好不過(guò)了。試想一下，那些想將無(wú)人機(jī)應(yīng)用到農(nóng)作物管理的農(nóng)場(chǎng)主們，肯定不愿意花時(shí)間和精力學(xué)習(xí)怎樣操控飛機(jī)、怎樣看那些復(fù)雜的空中數(shù)字圖像、怎樣使用植被監(jiān)測(cè)(NDVI)軟件，或許還要咨詢第三方農(nóng)作物顧問(wèn)。自主飛行解決了其中大部分問(wèn)題，因?yàn)樗屖占瘮?shù)據(jù)的過(guò)程自動(dòng)化了。
圖3a和3b是LehmannAviation公司提供的圖像，圖中向我們展示了只需要在一個(gè)網(wǎng)頁(yè)地圖上點(diǎn)擊幾下即可設(shè)置無(wú)人機(jī)的飛行路線和數(shù)據(jù)收集點(diǎn)。一旦飛行結(jié)束，就可以定期自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)。操作者要做的只是更換電池和下載數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)，整個(gè)過(guò)程并不需要由專業(yè)人員操作。
小結(jié)
綜上所述，以上要說(shuō)明的并不是無(wú)人機(jī)可以開(kāi)拓新市場(chǎng)而是它將會(huì)成為一項(xiàng)爆炸性技術(shù)，它將極大地?cái)U(kuò)張現(xiàn)有市場(chǎng)。高品質(zhì)的無(wú)人機(jī)，確切的說(shuō)是無(wú)人機(jī)上攜帶的高價(jià)且先進(jìn)的設(shè)備是數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)應(yīng)用或是數(shù)據(jù)應(yīng)用收集的關(guān)鍵。等到FAA頒布法規(guī)、自主飛行真正發(fā)揮作用的時(shí)候，我們就能看到無(wú)人機(jī)在數(shù)據(jù)收集和GIS應(yīng)用上的快速發(fā)展。
這種突破不僅會(huì)對(duì)現(xiàn)有的GIS數(shù)據(jù)收集手段產(chǎn)生影響，也會(huì)給連帶產(chǎn)業(yè)帶來(lái)變化。高價(jià)攝像機(jī)，傳感器銷售商和圖像處理軟件生產(chǎn)商都需要降低產(chǎn)品價(jià)格，同時(shí)也會(huì)有新的競(jìng)爭(zhēng)者進(jìn)入市場(chǎng)。
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