无人机(UAV)

无人机的历史

很多人把无人机的历史追溯到1849年的意大利，当时威尼斯正为从奥地利独立而战。奥地利士兵用装有炸弹的热气球、氢气或氦气球袭击了威尼斯。

第一架无人驾驶的无线电控制飞机在第一次世界大战中使用。1918年，美国陆军研制出了试验性的“凯特灵虫”(Kettering Bug)，一种无人驾驶的“飞行炸弹”飞机，从未在战斗中使用过。

第一架普遍使用的无人机出现在1935年，是德哈维兰DH82B“蜂王”双翼飞机的全尺寸改装，该双翼飞机在后座装有无线电和伺服控制装置。这架飞机通常可以在前座驾驶，但通常无人驾驶，在训练中被炮兵射击。无人机(drone)一词最初的使用源自“蜂王”(Queen Bee)的命名法。

无人机技术仍然是军方感兴趣的，但它往往太不可靠和昂贵的投入使用。在对击落间谍飞机的担忧出现后，军方重新讨论了无人驾驶飞机的话题。无人机的军事用途很快扩大到投放传单和充当间谍诱饵。

军事无人机的使用在1982年固化，当以色列空军使用无人机以最小的以色列部队损失消灭叙利亚舰队。以色列无人机充当诱饵，干扰通信并提供实时视频侦察。

无人机一直是军队的支柱，在情报、监视和部队保护、火炮侦察、目标跟踪和捕获、战斗损害评估和侦察以及武器方面发挥着关键作用。

现代无人机历史

华尔街日报报告索赔广泛的无人机在美国海关和边境保护机构引入无人机监测美国和墨西哥边境时始于2006年。

2012年底，《连线》(Wired)杂志主编克里斯·安德森(Chris Anderson)退休，投身于他的无人机公司3D Robotics, Inc. (3DR)。该公司最初专注于私人无人机爱好者，现在向航空摄影和电影公司、建筑、公用事业和电信企业以及公共安全公司等销售其无人机。

2013年底，亚马逊首席执行官杰夫·贝佐斯宣布了一项计划，将使用商用无人机进行快递活动。然而，2016年7月，雷诺的初创公司Flirtey抢先亚马逊一步，成功地通过商业无人机将一个包裹送到了内华达州的一名居民手中。其他公司也纷纷效仿。例如，2016年9月，弗吉尼亚理工学院(Virginia Polytechnic Institute)和州立大学(State University)开始与谷歌所有者Alphabet, Inc.的子公司Project Wing进行配送测试，从当地一家Chipotle餐厅生产的墨西哥卷饼开始。2016年12月，亚马逊在英国剑桥推出了首个Prime Air包裹。2017年3月，它在加州展示了一架一流的无人机交付。

无人机教育也在扩大;安柏瑞德航空大学长期以来一直是航空工业的训练基地，现在提供无人系统应用理学学士学位、无人系统理学硕士学位和无人航空系统辅修学士学位。

无人机的工作原理

虽然无人机有多种用途，如娱乐、摄影、商业和军事，但它们的两个基本功能是飞行和导航。

为了实现飞行，无人机包括一个动力源，如电池或燃料，旋翼，螺旋桨和框架。无人机的框架通常由轻质复合材料制成，以减轻重量并增加飞行时的机动性。

无人机需要一个控制器，操作员可以远程使用它来发射、导航和着陆。控制人员使用无线电波与无人机通信，包括无线网络。

技术、功能和组件

无人机包含大量的技术部件，包括:

• 电子速度控制器(ESC)，控制电机速度和方向的电子电路。
• 飞行控制器
• GPS模块
• 电池
• 天线
• 接收机
• 相机
• 传感器，包括超声波传感器和避碰传感器
• 加速度计，衡量速度
• 高度表，用来测量高度

任何关于无人机功能的讨论都与无人机的类型和使用情况密切相关，包括娱乐、摄影、商业和军事用途。特性的例子包括:

• 相机类型，视频分辨率，百万像素和媒体存储格式
• 最大飞行时间，例如无人机可以留在空中的时间
• 最大速度，包括上升和下降
• 悬浮精度
• 障碍的感官体验
• 高度保持，使无人机保持在固定的高度
• 直播视频
• 飞行日志

GPS等导航系统通常安装在无人机的前端。无人机上的GPS将其精确位置与控制器通信。如果存在，机载高度表可以通信高度信息。高度表还有助于保持无人机在一个特定的高度，如果控制器命令。

无人机可以配备许多传感器，包括距离传感器（超声波，激光，激光雷达），飞行时间传感器，化学传感器和稳定和定向传感器等。视觉传感器提供仍提供或视频数据RGB传感器收集标准的视觉红色，绿色和蓝色波长，以及收集可见光和不可见波长的多光谱传感器，例如红外和紫外线。加速度计，陀螺仪，磁力计，气压计和GPS也是常见的无人机特征。

例如，热传感器可以是监视或安全应用中的一体，例如牲畜监测或热签名检测。高光谱传感器可以帮助识别矿物质和植被，并且是作物健康，水质和表面组成的理想选择。

一些无人机采用障碍物检测和碰撞避免传感器。最初，传感器旨在检测驱动前面的物体。一些无人机现在在所有六个方向上提供障碍物检测：前面，背面，下方，上方和一侧。

为了降落的目的，无人机使用具有向下面向摄像机和超声波传感器的视觉定位系统。超声波传感器确定无人机接地的近距离。

类型的无人机

无人机平台有两种主要类型:旋翼，包括单旋翼或多旋翼(如三旋翼、四旋翼、六旋翼和八旋翼)，或固定翼，其中包括不需要跑道的混合垂直起降(垂直起飞和降落)无人机。

无人机可以分为个人/业余爱好者或商业/企业。

现在可以使用许多个人无人机，用于消费者使用，提供高清视频或静态相机功能，或者只是飞行。这些无人机经常在不到10磅的地方重量。

更强大、更有能力的无人机也可用于商业环境。例如，波音公司Insitu提供的“扫描鹰”翼展10英尺，重35磅。该公司还制造了“积分器”，这是一架80磅重、翼展16英尺的飞机。原位无人机不像飞机那样从跑道起飞;相反，它们是垂直起降，从该公司的天钩发射装置中回收。传感器包括电光成像仪，中波红外成像仪，红外标记和激光测距仪。

2018年，波音公司宣布，它已经完成了一款无人电动垂直起降货运飞机(CAV)的原型，该飞机能够运输500磅的有效载荷。

系绳无人机是另一种选择，尽管有明显的局限性，即它们需要物理地与基站连接。如果系绳提供直接电源，某些系绳无人机可以解决许多无人机面临的供电挑战。例如，Elistair的Safe-T无人机绳缚站提供2.5 kW的电力，可以飞到200英尺以上的高度，数据传输速率高达200mb /s。

商用无人机制造商包括:

• 3 d机器人
• 收
• Elistair
• Hubsan
• 确定的技术
• Insitu公司
• 措施
• 鹦鹉
• PrecisionHawk
• Yuneec

商业和企业无人机应用

过去10年，无人机在军队之外的使用大幅增长。除了监视和交付应用，无人机还被用于无人机新闻包括搜索和救援、灾害反应、资产保护、野生动物监测、消防、通信中继、医疗保健和农业。

无人机与东西互联网的整合（物联网技术已经创造了许多企业用例。使用地面物联网传感器网络的无人机可以帮助农业公司监控土地和作物;能源公司勘测电力线路和运行设备;保险公司负责监控财产的索赔和政策。

在德克萨斯州奥斯汀的2015年实验表明，无人机如何使用物联网“连接点”。安全技术公司与一个无人机的创业公司一起寻找无线个域网beacons试图提供一个关于在城市的居民区和商业区存在的物联网网络的概述。这些公司报告说，结果是快速和有益的。

从物流到农业到安全，无人机和物联网经常是相同讨论的一部分;提供无处不在的连接性和交互性的组件。

无人机应用程序和功能的其他示例包括：

• 无人机可以通过测量和记录农作物的高度来帮助农民。他们使用一种称为激光雷达的遥感技术，用激光照亮作物，并通过测量反射回来的东西来计算距离。
• 具有生物传感器的无人机可以飞到不安全的区域，以占用空气质量读数并检查是否存在特定的微生物或大气元素。
• 在野火期间，无人机可以调查受影响区域的范围，并确定火灾蔓延的速度如何。拍摄的图像可以提供特定区域损坏的细节。
• 电视体育网络使用无人机来捕捉体育赛事的镜头，如录影和现场飞行镜头，否则很难获得。使用无人机必须遵守美国联邦航空局、体育联盟、赛场和当地执法部门的规定。

无人机接收和无人机规则

过去十年来，无人机的迅速普及引发了大量关于隐私、安全和安全的投诉和担忧。从隐私的角度来看，偷窥者和狗仔队使用无人机在他们的家中或其他曾经被认为是隐私的地方获取个人的图像。无人机也被部署在被认为可能不安全的地区，如城市地区和机场附近。

商业和个人无人机的增长也带来了安全问题，即空中碰撞和无人机失去控制。对于无人机与商用飞机飞行距离过近的具体担忧，促使人们呼吁出台相关规定。

虽然许多国家已经建立了无人机法规，但其他国家还没有。随着无人机的普及，相关法律也在不断变化。在商业或个人使用无人机之前，检查无人机所在国家的法律是至关重要的。

例如，在中国，任何高于400英尺的无人机飞行都需要来自中国民航局（CAAC）的许可。在15磅超过15磅的无人机也需要许可证，并且必须遵守无飞的区域。

在英国，民航局(CAA)限制无人机在500英尺以上飞行。此外，任何重量超过半磅的无人机都必须在CAA注册。该组织还发布了“无人机代码”:

• D.不要在机场或机场附近飞行
• R.记住要呆在400英尺以下，至少离建筑物和人群150英尺远
• O.始终生了你的无人机
• N曾经在飞机附近飞行吗
• E.负责任地说

2006年之前，根据美国联邦航空管理局(FAA)的规定，商用无人机的使用是非法的。该规定规定，只有在运营商遵守1981年发布的91-57号指令(模型飞机操作标准)的情况下，商用无人机才能在400英尺以下飞行。

2005年，美国联邦航空局发布了第一个关于无人机的指导方针，后来又在2006年发布了第一个商用无人机许可证。一项无人机行动政策随后于2007年公布。随后，《2012年联邦航空局现代化与改革法案》(FAA Modernization and Reform Act of 2012)公布，其中包括333条款，根据该条款，美国交通部长可以逐案批准商用无人机的使用。

到2014年，美国只有两家公司获准运营商用无人机。2015年，联邦航空局发布了一项暂行政策，规定在200英尺以下的特定商业用途上使用小型无人机。联邦航空局宣布，它已经批准了超过1000个商用无人机的申请，并继续以每周大约50个的速度批准申请。第二年，联邦航空局进一步放宽了限制，根据其小型无人机法规第107部分，仅2016年就颁发了3100个无人机许可证。

第107部分对自主或半自主的无人机操作进行了限制。除此之外，联邦航空局明确规定:

• 无人驾驶飞机必须保持在远程指挥飞行员和操纵小型无人机飞行控制的人的视线内，或在可视观察者的VLOS内;
• 无人机必须在任何时候都保持足够近的远程飞行员指挥和操纵飞行控制的人，这些人能够看到飞机没有任何辅助设备，而非矫正镜头;
• 无人机不得在未直接参与操作的任何人、在有遮盖的结构下或在有遮盖的固定车辆内操作;
• 只在白天作业，或民用黄昏(当地时间官方日出前30分钟至官方日落后30分钟)，应配备适当的防撞照明;
• 必须让路给其他飞机。

2018年10月5日，美国联邦航空局签署了《2018年重新授权法案》，为无人机的娱乐用途建立了新的条件。美国联邦航空局对私人和商用无人机的规定有所不同。例如，美国联邦航空局(FAA)颁发的远程飞行员证书要求商用无人机，商用无人机必须注册并以每小时100英里或以下的速度飞行。

无人机的使用法律也因州而异。例如，阿拉斯加法律限制了无人机在执法中的使用，包括如何以及是否可以保存无人机捕捉到的图像和视频。在亚利桑那州，拥有一个以上公园的城镇必须允许无人机至少在其中一个公园内使用。明尼苏达州的一项法律要求商业无人机运营商支付商业运营许可证，并持有无人机保险。

未来的前景

对无人机市场的预测既激进又乐观。

商业内幕网2016年的一份情报报告预测，2021年无人机收入将达到120亿美元，到2021年，企业无人机的出货量和收入增长将超过消费无人机领域，全球出货量将达到2900万部。

普华永道(PricewaterhouseCoopers)对无人机企业服务市场的估值超过了1,270亿美元，其中，基础设施行业的估值为452亿美元，农业为325亿美元，交通运输业为130亿美元。

就经济影响而言，国际无人驾驶车辆系统协会(AUVSI)预测，到2025年，无人机行业将为美国创造超过10万个就业岗位，为美国经济增加820亿美元。

高盛在2016年和2020年之间预测了1000亿美元的无人机市场，军队以700亿美元的支出为大部分。消费者无人机将占据170亿美元的市场，商业和民政政府使用130亿美元。突破，建筑行业预计将花费111.64亿美元的申请，如卫生监测，土壤扫描和产量估计等申请的调查，建筑检验和监测，农业为59.22亿美元。其他顶级行业包括保险索赔，海上石油和天然气，炼油，美国警察，火灾，海岸警卫队和客户和边境保护，新闻，房地产和公用事业。