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民用无人机 改变世界的空中精灵(科普,原创) 精选

已有 3902 次阅读 2022-2-14 11:49 |系统分类:科普集锦

严晴晴 沈海军

     半个多世纪以来,由于战争和商业需要,无人机在军用和民用领域均得到空前的发展,一跃成为时下最火的科技“宠儿”,受到无数人的热捧。

百年历史  源于战争

  无人机是无人驾驶飞机的简称,英文缩写为UAV,它是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机,或者由车载计算机完全或间歇地进行自主操作,是无人驾驶飞行器的统称。从技术角度看,无人机可以分为无人固定翼飞机、无人垂直起降飞机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。与载人飞机相比,无人机具有体积小、造价低、使用方便、对飞行环境要求低等优点。

  无人机最初的设计和制造主要服务于军事用途,最早出现于20世纪20年代。1914年,第一次世界大战正进行得如火如荼,英国的卡德尔和皮切尔两位将军向英国军事航空学会提出了一项建议:研制一种不用人驾驶而用无线电操纵的小型飞机,使它能够飞到敌方某一目标区上空,将事先装在小飞机上的炸弹投下去。这种大胆的设想立即得到当时英国军事航空学会理事长戴·亨德森爵士赏识。他指定由A.M.洛教授率领一班人马进行研制。当时,无人机是作为训练用的靶机使用的。

行业应用  如虎添翼

  除了军事用途外,无人机也日渐在民用领域发挥着越来越大的作用。民用无人机是从20世纪80年代开始起步的,与军用无人机的百年历史相比,要短得多。除了个人娱乐外,“无人机+行业应用”是真正的刚需。在民用方面,近年来,我国无人机技术弯道超车,已处于世界领跑水平。

  2021年7月,河南洪涝灾害告急。我国大型救灾无人机“翼龙-2H”紧急出动,表现出色。救灾过程中,巩义市米河镇多个村庄通信中断,应急管理部紧急调派无人机空中应急通信平台,历时4.5小时的跨区域长途飞行,抵达通信中断区,利用无人机搭载的移动公网基站,实现了约50平方千米范围内约5小时的稳定连续移动信号覆盖,打通了应急通信保障的生命线,网友直呼:“这就是中国速度!”

  当地面运输工具因特殊原因无法展开救援时,无人机可以快速运输药品、血液、逃生物资等紧急物品,快速对灾区空气和地表实施高效病菌灭杀作业,随时随地进入灾区进行侦查和探测。除此之外,无人机还可以挂载探照灯,帮助搜救人员在黑夜里找到等待救援的灾民,或者在火场附近高温、高湿环境下进行勘察作业,帮助勘察火势及人员被困情况,为消防搜救提供及时的现场信息,争取最佳的救援时机。

  航拍无人机是民用无人机当中最为常见的一个种类。如今,专门用于航拍的无人机可以实现“360度无死角拍摄”,在事件记录、新闻报道和宣传片制作等方面正在发挥着越来越重要的作用。高性能的航拍无人机在提供稳定高效的画质方面,已经开始取代航拍直升机的角色。影视圈使用无人机的成功案例比比皆是,无论是综艺节目《爸爸去哪儿》,还是经典大片《哈利•波特》系列、《007天幕坠落》《变形金刚4》等,幕后都有无人机的踪影。自2012年开始兴起的航拍纪录片,如《航怕中国》等,更是让航拍无人机的应用得到了人们的认可。

  无人机不仅能被用来记录精彩时刻,成百上千架无人机编队本身就能呈现出动感立体的表演。通过编程,无人机编队能达到“不是烟花,胜似烟花”的效果。2021年6月30日晚,1000架无人机在广州完成了一场壮丽的灯光秀。表演的第一幕是无人机组成的广州中共三大会址纪念馆;随后,天空中出现紫荆旗和莲花旗,象征1997年香港回归和1999年澳门回归;然后是北京鸟巢与五环图案、神舟十二号载人航天飞船和“七一勋章”图案;最后是光芒璀璨的数字“100”图案,再现中国共产党的百年奋斗路,为党的百年华诞献上祝福,惊艳广州夜空。

  除了航拍和表演,我国的无人机在植物保护方面也做出了突出贡献。去年8月,北京市针对京西稻、玉米和樱桃开展无人机飞防及专业化统防统治作业。此次飞防不仅仅使用了生物药剂,还首次采用无人机释放天敌昆虫——将装好卵卡的防水蜂巢均匀地放置在点位上。农用植保无人机喷药作业则在距离作物1.5~2米的上方飞行,依靠螺旋桨下压风场进行药品播撒,几乎不受地形影响,也不需要预留通道,可以极大地提高施药效率,还能减少药品用量,提高药品利用率。

  无人机还能帮助修复“地球之肾”——湿地。2021年3月,上海公司利用大疆植保无人机,成功将1200万颗海三棱藨草种丸撒入浙江嘉兴平湖市白沙湾海堤附近,助力湿地修复。滨海湿地滩涂面积大,如果用人工播撒,一是效率低且压力不够,播下去的种子容易被潮水冲刷带走;二是人工行走不便,容易留下脚印。无人机可以定点、定时播撒,将草种精确“射”入滩涂泥面,节省至少50倍以上的人力。使用无人机播种5个月后,这里的海岸线上已然形成一条岸美、滩绿的生态化景观带。

  无人机在航油管道巡检、输电线路运维等方面也起到了很大的作用。2021年6月,按照规划的航线,一架无人机在国家电网乌鲁木齐供电公司220千伏老满城变电站执飞精细化巡检任务。飞行航点覆盖断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、变压器、穿墙套管、绝缘子、避雷针及龙门架等全站室外设备,共计100余个。过去,一个运行人员需要花费4.5小时才能完成1个220千伏变电站的巡视;如今,采用无人机自主巡视,巡视时间缩短至几十分钟。变电站的无人机自主巡视,人工巡视替代率达到了79%,大大提高了巡视效率。

  利用无人机进行测绘,不仅操作简单,还能大大节省人力、物力,提高测绘效果。2021年3月,广西玉林市自然资源规划测绘信息院借助无人机,只用一星期左右就完成了一次农村“房地一体”不动产确权的登记工作,比传统全野外测量,即人工手持仪器逐户测量,在时间上缩短了20天以上。利用无人机倾斜摄影测量技术和激光雷达空中测量这两项技术,即可快速获得农村住房的占地面积、建筑面积、高度、外围地形地貌以及地理坐标经纬等详细信息。

  无人机测绘不仅能进行地理测绘,还能模拟“重建”古建筑。2021年3月,大疆公司与武汉大学张祖勋院士团队合作,为山西大同悬空寺建立高精度实景三维模型。悬空寺主体是利用峭壁的凹凸部分巧妙地依势而建,其惊险的地理位置对寺庙的三维建模工作是一项巨大的挑战。无人机重建的三维模型做到了精准还原建筑内的错落变化,大到滑坡,小至建筑内的一根木头断裂,皆可清晰重现。无人机航测不仅能提供有针对性的修复依据,还能助力文物古迹的数字化,推动文物的研究、分析及保护工作。

  无人机为更多人所熟知,还是在疫情期间。通过短视频,人们看到无人机为街道社区防疫提供空中防疫喊话服务,助力街道社区“零距离科学防疫”。2021年7月,江苏省南京市的街道社区工作人员通过无人机携带的扩音喇叭对居民喊话,提醒广大居民配合防疫工作。与站在地面上用喇叭喊话相比,空中的传播范围更广,声音也更响亮,能够更好地起到防疫宣传的效果。

  民警也会利用无人机打击非法犯罪行为。在缉毒方面,我国已有科技公司发布了无人机载多光谱罂粟巡查系统,可有效识别拔节期、现蕾期、花期及果期的罂粟植株,时间跨度约40天。2021年6月,青海果洛州班玛县公安局禁毒大队民警就利用无人机对辖区内各小区花园、移民区、废弃院落等部位进行非法种植罂粟、大麻等毒品原植物的全面巡查,共铲除野生罂粟花80余株,确保不留死角。2021年7月,浙江省宁波市生态环境局慈溪分局龙山所的执法人员利用无人机拍摄到了隐蔽在大面积的农田中的非法排污点,并锁定了利用复杂环境的掩护进行逃窜的作坊员工。也是在这一年3月,合肥市公安局蜀山分局巧妙运用无人机侦查,成功剿灭了隐藏在荒野中的流动赌博窝点。

杜绝“黑飞” 守法飞行

  伴随着无人机在各行各业发挥重要作用的同时,“黑飞”无人机干扰航空秩序、窥探他人隐私等事件也频繁发生,对重要地域的安全保卫与治安管理等工作构成了严峻挑战。有些无人机携带危险性配件后,随时可变身为新的大规模杀伤武器,不得不防。2021年2月,重庆的一架民用航拍无人机撞击轨道交通2号线列车,使列车紧急制动停车。2019年12月,河北一架无人机“黑飞”拍照,被雷达监测发现为异常空警。

  目前,未经报备审批在管控区域飞行、适飞区域高度超过120米,或未联网飞行无人机的行为,都将被认定为“黑飞”。在我国,任何未取得民航总局许可的飞行都是不被允许的。不过,针对无人机的日益普及以及使用率不断升高的实际情况,中国民航局航空器适航审定司发布了《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》,明确最大起飞重量为250克(含250克)的无人机需在指定网站完成实名登记,登记后即可在非禁飞区进行飞行。当前,我国有些地方省市也已经在积极开放低空空域、建设无人机试飞基地,为无人机等航空器提供飞行场所。

  无人机产业是21世纪最受瞩目的科技产业之一,需要技术创新作为支撑,也需要每位无人机用户严格遵守政策法规,给予配合和支持。我国无人机产业发展势头强劲,有望在全球竞争中继续引领风骚,获得持续成长。

--《百科知识》约稿



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