說到無人機(jī)，大家一定都非常熟悉。憑借酷炫的外型，還有實(shí)用的功能，無人機(jī)這幾年得到了快速的發(fā)展，受到了人們的歡迎。
事實(shí)上，進(jìn)入 5G 時(shí)代之后，無人機(jī)技術(shù)又將會有一次跨越式的發(fā)展。在 5G 的加持下，無人機(jī)的性能和應(yīng)用場景也將得到大幅升級。
今天的文章，小棗君就和大家聊一聊，5G 究竟會給無人機(jī)領(lǐng)域帶來哪些變化。未來的無人機(jī)，又會朝怎樣的方向發(fā)展。
傳統(tǒng)無人機(jī)
首先，我們從傳統(tǒng)無人機(jī)開始說起。
無人機(jī)，其實(shí)就是無人駕駛飛行器（UAV，Unmanned?Aerial?Vehicle）的簡稱。更準(zhǔn)確來說，無人機(jī)就是一種利用無線遙控或程序控制來執(zhí)行特定航空任務(wù)的飛行器。它和常規(guī)飛機(jī)最大的區(qū)別，當(dāng)然就是飛行器上面是否搭載了人員。
無人機(jī)這個(gè)東東的歷史其實(shí)并不算短。早在 100 年前的一戰(zhàn)時(shí)期，世界上第一架無人機(jī)就已經(jīng)出現(xiàn)了。
在這之后的漫長歲月里，無人機(jī)一直都是用于軍事用途，例如作為靶機(jī)、偵察機(jī)等。
進(jìn)入 21 世紀(jì)，軍用無人機(jī)發(fā)展到驚人的程度，成為戰(zhàn)場的主角，也成為大眾的焦點(diǎn)。
隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷成熟，它開始向民用領(lǐng)域發(fā)展，衍生出各種各樣的民用機(jī)型和應(yīng)用。
這些民用無人機(jī)，種類繁多，特點(diǎn)鮮明，用途廣泛。
按飛行平臺構(gòu)型，可以分為固定翼無人機(jī)、旋翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)、傘翼無人機(jī)、無人飛艇。
上述無人機(jī)中，我們見過最多的，就是下面這種民用旋翼無人機(jī)。
這類無人機(jī)，目前被廣泛用于各個(gè)社會領(lǐng)域，例如無人機(jī)播撒農(nóng)藥、無人機(jī)物流、無人機(jī)拍攝電影、無人機(jī)燈光秀，等等。
網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)
民用旋翼無人機(jī)的機(jī)身，通常由以下幾個(gè)部分組成：機(jī)架、動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、掛載系統(tǒng)。
除了機(jī)身，還有地面的控制系統(tǒng)。
就像這樣：
這種操控方式，屬于點(diǎn)對點(diǎn)通信。遙控器和無人機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，是采用 Wi-Fi 或藍(lán)牙的方式。
正如大家所知道的，Wi-Fi 或藍(lán)牙的通訊距離非常有限。以 Wi-Fi 為例，通常只能控制在 300~500 米的視距范圍以內(nèi)（特定條件限制下，可以達(dá)到 1 公里以上）。藍(lán)牙就更不用說了。
所以，這種方式很大程度上約束了無人機(jī)的飛行范圍。
作為無人機(jī)的操控者（通常稱為“飛手”），一般是不敢讓無人機(jī)飛得太遠(yuǎn)的。如果飛遠(yuǎn)了，可能會導(dǎo)致無人機(jī)和飛手之間的通訊中斷，甚至“炸雞（墜毀）”。
于是，人們想出了一個(gè)全新的無人機(jī)通信方式，那就是 —— 網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)。
網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)，其實(shí)就是利用蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，連接和控制無人機(jī)。更簡單來說，就是利用基站來聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)。
相對于 Wi-Fi，蜂窩基站擁有更廣闊的覆蓋范圍，將使無人機(jī)的通訊更加靈活、可靠。
大家如果對無人機(jī)稍有了解的話，一定聽說過“圖傳”和“數(shù)傳”這兩個(gè)詞。
“圖傳”，就是傳輸圖像，將無人機(jī)吊艙相機(jī)拍攝的視頻或圖像畫面，傳回到地面上。
“數(shù)傳”，就是傳輸數(shù)據(jù)。無人機(jī)上面有很多傳感器數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)傳回到地面，就是數(shù)傳。
無人機(jī)與地面的通信，主要是三種目的：圖傳、數(shù)傳和遙控。
圖傳對無人機(jī)通信能力的要求可以說是最高的。
如果我們使用 Wi-Fi 點(diǎn)對點(diǎn)通信，通信距離一般不超過 500 米 *，圖傳能力可以達(dá)到 1080p（分辨率 1920×1080，屬于超清），每秒 30 幀左右。
* 像大疆這樣的廠家，自己搞了一個(gè) OcuSync 圖傳（類似 Wi-Fi，也用 2.4GHz 頻段）的技術(shù)，號稱圖傳距離可以達(dá)到 7 公里（1080p）。
如果用網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)，4G LTE 蜂窩通信技術(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)基站覆蓋到位的話，理論上可以說是不受距離限制。圖傳能力的話，目前主要是 720p（分辨率 1280×720）左右。
如果是無人機(jī)航拍，因?yàn)榫嚯x較遠(yuǎn)，720p 或 1080p 的分辨率并不算清晰，一些特定場景下（例如查看設(shè)備指示燈、參數(shù)和人臉識別等），還是不能滿足用戶的需求。
除了速率帶寬之外，我們再看看其它方面。
在定位方面，現(xiàn)有 4G 網(wǎng)絡(luò)在空域定位精度約為幾十米（如果采用 GPS 定位，精度大約在米級），在一些需要更高定位精度的應(yīng)用方面（例如園區(qū)物流配送、復(fù)雜地形導(dǎo)航等），必須考慮增加基準(zhǔn)站提供輔助，才能實(shí)現(xiàn)。
在覆蓋空域方面，4G 網(wǎng)絡(luò)只能覆蓋空域 120 米以下的范圍應(yīng)用。在 120 米以上（一些高空需求，例如高空測繪、干線物流等），無人機(jī)容易出現(xiàn)失聯(lián)狀況。
總而言之，目前 4G 網(wǎng)絡(luò)和 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)下的無人機(jī)，應(yīng)用場景限制太多，用戶受眾規(guī)模太小，導(dǎo)致它在消費(fèi)市場難以得到普及，也制約它的長遠(yuǎn)發(fā)展和價(jià)值發(fā)揮。
5G 無人機(jī)
當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)！我們的 5G 終于閃亮登場！
正因?yàn)?4G 和 Wi-Fi 的不給力，于是乎，我們需要更牛逼的蜂窩通信技術(shù)，那就是 5G。
5G 究竟會給無人機(jī)帶來什么？我們一個(gè)個(gè)來看。
首先還是剛才說的圖傳。
5G 眾多特點(diǎn)中排第一位的，當(dāng)然就是超寬帶。
5G 的理論帶寬可以達(dá)到 20Gbps 以上。目前已建設(shè)的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)中，也普遍達(dá)到了 1Gbps 的速率，這個(gè)速度是 4G LTE 的十倍以上。
在這個(gè)速率的支持下，別說 720p 和 1080P，就連 4K 甚至 8K 的超高清視頻都能完美支持。
相比于地面?zhèn)鹘y(tǒng)攝像頭靜態(tài)、低緯度的視角，無人機(jī)搭配 5G，將實(shí)現(xiàn)動態(tài)、高緯度的超高清廣角俯視效果，也就是超高清的“上帝視角”。
更厲害的是，相比于傳統(tǒng)無人機(jī)只能用單鏡頭相機(jī)拍攝，在 5G 的加持下，無人機(jī)可以吊裝 360° 全景相機(jī)，進(jìn)行多維度拍攝。
地面上的人員，可以通過 VR 眼鏡自由進(jìn)行全方位多角度觀看。
換句話說，無人機(jī)真正成為了“天眼”，非常清晰而且一覽無余。
只有帶寬當(dāng)然是不夠的。
5G 網(wǎng)絡(luò)還具有超低時(shí)延的特性，能夠提供毫秒級的傳輸時(shí)延（低于 20ms，甚至達(dá)到 1ms，4G LTE 是 50ms 以上）。這將使無人機(jī)響應(yīng)地面命令更快，地面飛手對無人機(jī)的操控更加精確。
5G 還可以提供的厘米級定位精度，遠(yuǎn)超 LTE 的十米級和 GPS 的米級。如此一來，完全可以滿足城區(qū)這樣復(fù)雜地形環(huán)境的飛行需求。
5G 所采用的 Massive MIMO 大規(guī)模天線陣列，以及波束賦形技術(shù)，可以靈活自動地調(diào)節(jié)各個(gè)天線發(fā)射信號的相位，不僅是水平方向，還包括垂直方向。
這樣的話，有利于一定高度目標(biāo)的信號覆蓋，滿足國家對 500 米以內(nèi)低空空域監(jiān)管要求，和未來城市多高樓環(huán)境下無人機(jī) 120 米以上的飛行需求。
在無人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)安全保障方面，相比 4G 或 Wi-Fi，5G 也有明顯的優(yōu)勢。5G 的數(shù)據(jù)傳輸過程更加安全可靠，無線信道不容易被干擾或入侵。
5G 除了解決無人機(jī)和基站之間通信能力的問題之外，在無人機(jī)系統(tǒng)支撐平臺上，還有很大的改進(jìn)提升。
一個(gè)完整的無人機(jī)系統(tǒng)包括空中部分和地面部分。
傳統(tǒng) Wi-Fi 點(diǎn)對點(diǎn)通信，地面部分只有遙控器和手機(jī)，能力非常有限。
而網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)，可以提供強(qiáng)大的平臺支撐：
結(jié)合云計(jì)算，網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)的地面平臺可以提供更大容量的數(shù)據(jù)存儲，更彪悍的計(jì)算能力，為異地的更多地面人員提供服務(wù)（例如視頻觀看）。
憑借 5G 的海量連接特性，5G 網(wǎng)絡(luò)可以接入的無人機(jī)數(shù)量，也幾乎是無限的（每平方公里可以接入 100 萬個(gè)終端）。
5G 的邊緣計(jì)算能力也有用武之地?？梢栽?5G 基站附近設(shè)置邊緣計(jì)算中心，無人機(jī)相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以在邊緣計(jì)算中心完成計(jì)算，而不用送往更遠(yuǎn)的云計(jì)算中心，從而保證了低時(shí)延（未來服務(wù)于無人機(jī)的自動駕駛）。
甚至，5G 所提供 D2D（Device to Device）通信能力，可以讓無人機(jī)與無人機(jī)之間實(shí)現(xiàn)直接通信，更好地服務(wù)于自動駕駛和機(jī)群協(xié)同。
總而言之，5G 所賦予的高帶寬、低延時(shí)、高精度、寬空域、高安全，可以幫助無人機(jī)補(bǔ)足短板，解鎖更多的應(yīng)用場景，滿足更多的用戶需求。
簡單來說，兩個(gè)字：牛逼！
5G 無人機(jī)的應(yīng)用場景
說了那么多，我們來 5G 無人機(jī)的具體應(yīng)用案例。
首先我們來看看線路巡檢，這也是現(xiàn)在 5G 無人機(jī)應(yīng)用中經(jīng)常被提到的。
現(xiàn)在我們國家的電網(wǎng)輸電線路設(shè)備，還有運(yùn)營商的宏站設(shè)備，經(jīng)常位于野外荒無人煙的地區(qū)，甚至是崇山峻嶺地區(qū)。對這些設(shè)備進(jìn)行運(yùn)營狀況檢查，以往只能采用人工巡檢的方式，成本高，風(fēng)險(xiǎn)大，時(shí)間久，效率低。
采用無人機(jī)進(jìn)行巡檢，可以對設(shè)備進(jìn)行 360 度全方位高清視頻檢查，4K 甚至 8K 的清晰度，足以查看設(shè)備的各項(xiàng)細(xì)節(jié)（甚至儀表參數(shù)和指示燈），也能夠完成數(shù)據(jù)采集和存檔。
而且，無人機(jī)可以根據(jù)需要選擇不同的相機(jī)吊艙，例如高清變焦相機(jī)、紅外相機(jī)、夜視相機(jī)、激光雷達(dá)等，獲得更為準(zhǔn)確和詳實(shí)的影像信息。
如此一來，降低了風(fēng)險(xiǎn)，縮減了時(shí)間，提升了巡檢效率，也能夠大幅削減成本。
5G 無人機(jī)還可以搭載特殊吊艙，在低時(shí)延精準(zhǔn)操作下，進(jìn)行一些特殊的處置：
除了電網(wǎng)巡檢和基站巡檢之外，輸油管道巡檢現(xiàn)在也開始采用無人機(jī)。
對于我們通信行業(yè)來說，除了可以使用無人機(jī)巡檢基站之外，還可以使用無人機(jī)進(jìn)行網(wǎng)優(yōu)路測。
再來看看交通管理和陸空協(xié)同方面的 5G 無人機(jī)應(yīng)用。
相比于傳統(tǒng)道路監(jiān)控，5G 無人機(jī)的機(jī)動能力更強(qiáng)，靈活性更高，可以在第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場。
5G 無人機(jī)回傳的全景廣角高清圖像和視頻，便于交管部門及時(shí)查看道路擁堵情況和交通事故情況。
5G 無人機(jī)還可以在巡線過程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)道路違法情況，對違法停車、違法占用應(yīng)急車道、違法變道等行為進(jìn)行 4K 超高清拍照取證。5G 無人機(jī)還集成了遠(yuǎn)程喊話的功能，可以對現(xiàn)場車輛進(jìn)行疏導(dǎo)和警告。這無疑將大幅節(jié)省警力，縮短出警時(shí)間，高效完成交通管理工作。
另外值得一提的，就是 5G 無人機(jī)在應(yīng)急通信和救援方面的應(yīng)用。
當(dāng)發(fā)生災(zāi)害（例如地震、泥石流、洪水）的時(shí)候，傳統(tǒng)通信基站往往會發(fā)生損毀，無法正常工作。
這個(gè)時(shí)候，就可以采用無人機(jī)，搭載通信基站，為災(zāi)區(qū)提供臨時(shí)的通信信號覆蓋服務(wù)。
一方面，可以保障災(zāi)區(qū)的通訊正常。另一方面，可以對被困人員提供定位服務(wù)，確認(rèn)被困人員的位置。此外，5G 無人機(jī)還可以實(shí)時(shí)拍攝并回傳災(zāi)區(qū)現(xiàn)場的超高清視頻畫面，幫助政府救災(zāi)人員更有效地組織救災(zāi)。
5G 無人機(jī)所能發(fā)揮作用的地方遠(yuǎn)不止上述這些。包括無人機(jī)物流、無人機(jī)消防、無人機(jī)邊境巡邏等等，各行各業(yè)都能夠找到和 5G 無人機(jī)的交集。
可以說，5G 無人機(jī)的潛力非常巨大，市場前景非常廣闊！
無人機(jī)的續(xù)航問題
大家都知道，目前困擾無人機(jī)發(fā)展的最大問題，就是電池的續(xù)航問題。目前的民用旋翼無人機(jī)，續(xù)航時(shí)間基本在 20-30 分鐘之間，這個(gè)顯然制約了無人機(jī)的使用和普及。
對于這個(gè)問題，目前有一種解決方案，那就是借助無線充電技術(shù)。
以后，對無人機(jī)進(jìn)行充電，不再需要安排人工去更換電池，而是直接讓無人機(jī)停在充電平臺，即可進(jìn)行快速充電。
無人充電平臺，可以設(shè)置在高樓的樓頂，占地面積并不大。在電池技術(shù)還沒有得到突破的情況下，這是最為合理的解決方案。
無人機(jī)的“黑飛”問題
除了電池續(xù)航之外，無人機(jī)還有一個(gè)很致命的問題，那就是“黑飛”問題。
黑飛，是指一些沒有取得私人飛行駕照或者飛機(jī)沒有取得合法身份的飛行，也就是未經(jīng)登記的飛行。這種飛行有很大危險(xiǎn)性，會對公共安全造成威脅。
目前，有關(guān)部門對無人機(jī)飛行主要是通過以下方式來管控的：
對于 5G 無人機(jī)來說，黑飛管控將更加方便和靈活。
首先，你如果是未登記注冊的 5G 無人機(jī)，根本就入不了網(wǎng)，也就聯(lián)不上網(wǎng)，根本飛不起來。。。
其次，當(dāng)無人機(jī)在空中飛行時(shí)，從一個(gè)基站小區(qū)飛到另一個(gè)基站小區(qū)（發(fā)生小區(qū)切換），基站側(cè)可以通過多普勒頻移、飛行軌跡等特征，判斷出它是不是無人機(jī)，通報(bào)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的管理平臺，把它管得死死的，不讓它亂飛。
地面平臺對飛行信息（位置、高度、速度、方向、電量）的掌握更加準(zhǔn)確，設(shè)置電子圍欄和禁飛區(qū)會非常方便和靈活。
總而言之，網(wǎng)聯(lián) 5G 無人機(jī)時(shí)代，黑飛現(xiàn)象將得到有效遏制，安全系數(shù)將大大提升。
5G 無人機(jī)的未來
在 5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和 AI 人工智能的支持下，無人機(jī)未來一定會朝智能化的方面發(fā)展。
以無人機(jī)的飛行控制為例，以前的無人機(jī)是遠(yuǎn)程遙控飛行。后面就有了傳感器輔助，能夠更好地控制飛行姿態(tài)。再后來，就是現(xiàn)在，無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)初步的自動飛行和避障。將來，無人機(jī)將全面實(shí)現(xiàn)自主飛行。
也就是說，它的飛行軌跡和過程，完全將由無人機(jī)系統(tǒng)自己來設(shè)定。這個(gè)就有點(diǎn)像車聯(lián)網(wǎng)里面的完全自動駕駛。
無人機(jī)想要實(shí)現(xiàn)安全自動駕駛，肯定離不開飛行平臺的支持，包括傳感信息共享、飛行線路共享、飛行環(huán)境感知、智能避障，等等，都是基于平臺實(shí)現(xiàn)的。
5G 還可以幫助無人機(jī)更好地實(shí)現(xiàn)集群協(xié)同作業(yè)。讓很多無人機(jī)可以一起完成某項(xiàng)工作，減少人為的干預(yù)。
最后的話
5G 無人機(jī)，就是未來數(shù)字天空的重要組成部分和載體。
根據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測，2020 年，全球的消費(fèi)無人機(jī)數(shù)量將達(dá)到 1600 萬臺，整個(gè)無人機(jī)行業(yè)的產(chǎn)值將達(dá)到 1273 億美元。如果 5G 起步順利，無疑將進(jìn)一步刺激這些數(shù)字的增長。
5G 和無人機(jī)之間的跨界融合，實(shí)際上也是全行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一種創(chuàng)新，也許能夠給我們 5G 在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域落地，帶來更多的啟示。
本文來自微信公眾號：鮮棗課堂 （ID：xzclasscom），作者：小棗君
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