用无人机种田成新潮流，无人机的作用有哪些呢？

无人机已经成为当下潮流，有人利用无人机拍摄作品，也有人利用无人机制造浪漫，还有人将无人机，用到了农业上，用来种植庄稼。曾经作为玩物的无人机，现在应用越来越广泛，而且在各个领域内，都发挥了出了重要作用。

在我个人看来，无人机的作用，主要体现在下面这几个方面。

一、生活用途：用于摄影和运送物资

无人机的出现，大大改变了我们的生活，小到孩子玩具无人机，大到可以用来运输快递、外卖的无人机，都属于无人机的应用和用途。一些小型无人机，可以用来教育教学，供孩子游戏和玩耍。

而大型的无人机，以及一些专业无人机，可以用来摄影航拍，制作精美的宣传视频。很多精美的视频，都是通过无人机航拍，用这样一种方式，来呈现出了全貌。疫情期间无人机也派上了大用场，可以将一些需要的小件物品，运用无人机运送到需要群众手中。

二、农业用途：撒药，观察农作物长势

无人机在农业上的应用，除了用来撒药之外，还能够用于观察农作物长势，查看农作物病虫害情况。大面积农作物种植，依靠人工下到田间管理，是一件费时费力的事情。如果用无人机来管理监测，就会大幅度提升效率。

同样无人机装载农药，然后播撒到田间，也能够起到很好的效果。相比人工撒药，无人机更轻松，覆盖面积更大更全面。无人机的应用，使得科学农业，进一步得以实现。

很多精彩的无人机表演，也是无人机的用途之一。众多无人机凑在一块之后，能够组成一幅漂亮的画面，让节日呈现出更多色彩，也经常会用于表白这样的场景。

如果一切顺利，那么「机智号」将成为第一架翱翔在火星上空的飞行器。

这架名为「机智号」的无人直升机，被吊装在「毅力号」火星车的肚子下面，一路送往那颗红色星球。机智号本体只有 18 公斤重，一盒纸巾大小，四条机械腿上却装有两根长达 12 米的碳纤维旋翼。除了拍照它不执行科学任务，主要是验证在火星上自主飞行的能力。

为了完成这项艰巨的任务，「机智号」必须经受住一系列考验——严酷的温度、苛刻的功率限制，并在距离地球达10光分的火星上完成90秒的飞行任务。由于距离过远，实时通信或控制显然无法实现，它必须自主飞行。

那么NASA喷气推进实验室（JPL）是如何设计这架直升飞机的？我们采访到NASA JPL火星无人机行动负责人Tim Canham。

整个设计过程最重要的策略，是权衡设计与火星无人机的任务背景，这也是本次技术演示的最大意义所在。「机智号」并不需要像「毅力号」火星车那样完成科学考察工作；相反，它只需要做好自己的本份，飞行一段距离。如果运气好，「机智号」还可以捕捉几张航拍图，仅此而已。这项任务的价值在于，我们要证明低空飞机器能够在火星表面飞行，并收集更多数据，以指导下一代火星旋翼飞机的设计与制造工作。一切只是开始，更令人兴奋的远景发展还在后头。

「机智号」不需要刻意完成任何复杂的任务，因为光是火星无人机这个概念就已经足够复杂了。在火星上放飞无人机极具挑战性，除了功率与通信限制之外，还有一项核心挑战——火星的大气密度仅为地球的1%。

考虑到上述情况，Tim Canham告诉我们，「机智号」只要能够在火星表面成功起降一次，对NASA来说就已经是场辉煌的胜利。Canham协助开发了指挥「机智号」运行的软件架构。作为「机智号」运营团队的负责人，Canham目前主要处理无人机计划与「毅力号」火星车团队之间的协调工作。通过交流，我们希望深入了解「机智号」无人机如何在火星表面自主实现起降飞行。

问：您能聊聊「机智号」无人机的硬件配备吗？

Tim Canham: 「机智号」无人机属于技术演示项目，所以JPL愿意为此承担更高的失败风险。这一点与火星车乃至深空探测器不同——后者属于B级任务，不少NASA员工已经在这部分硬件与软件开发工作中投入了多年时间。

对于纯技术演示，JPL倾向于尝试更多新的实现方式。因此，我们决定尽可能摆脱手工件的束缚，大量采用现成的消费类硬件。目前市面上已经存在很多坚实耐用且能够抵御辐射的航空电子元件，而且大部分技术属于普通商业级产品。

以处理器为例，我们使用的是高通公司提供的骁龙801芯片。它实际上就是一块手机处理器，而且体积非常小巧。不瞒您说，骁龙801实际上是此次任务中最先进的处理器，其性能反而比「毅力号」火星车上的处理器强大得多。事实上，这块无人机使用的芯片拥有比火星力高出几个数量级的算力，负责通过500 Hz主频在制导期间循环运行，以保持无人机在火星大气中的平衡飞行。更重要的是，我们还需要捕捉图像并分析特征，同时以30 Hz频率逐帧跟踪画面内容。总之，这些任务都对处理器性能提出了极高要求，而NASA目前使用的一切航空电子元件都达不到要求。实际上，我们已经开始从SparkFun上订购零件。我们的理念非常简单：虽然这些只是商用硬件，但我们会进行全面测试；只要效果良好，就应该可以直接使用。

问：能否介绍一下「机智号」使用的导航传感器？

Tim Canham: 我们使用的手机级 IMU、激光测高仪（来自SparkFun）以及向下的 VGA 摄像机进行单眼特征跟踪。导航时，无人机逐帧比较几十个特征，以跟踪相对位置找出方向和速度。这一切功能都会通过位置估计来完成，而不需要记住特征或创建地图。

图：NASA机智号无人机底部图，可以看到其上搭载的激光测高仪和导航摄像机。

我们还装有一台倾角仪，用于在起飞时确定地面的倾斜度。另外，无人机上搭载一个1300万像素的手机级彩色摄像头——与导航无关，我们只是希望在飞行过程中拍摄几张精美的照片。我们将其称为RTE，以缩写方式称呼各类系统也是太空项目的传统。其实我们之前还考虑过在系统中加入危险检测功能，但时间有限最后只能作罢。

问：这架无人机是怎么自主飞行的？

Tim Canham: 其实你可以把这架无人机理解成某种传统的JPL航天器，其中安装一套排序引擎，我们为其编写了多条序列、相关命令，再将文件上传其中以供执行。

在模拟过程中，我们将低空飞行的制导部分划分成多个途经点，每个途经点都对应着我们在制导软件中设定的一条命令序列。在需要飞行时，我们会向无人机发出指令，之后即由制导软件接管并完成起飞、穿越各途经点、以及最后的着陆动作。

但这种方式中的每个途经点都经过特别设计，不能算是真正的自主飞行——我们并没有设定任何目标与规则，也没有做出任何高级推理，所以这只能算是半自主方案。更简单直接的方法就是，指定专人通过操纵杆远程指挥其飞行，但地球距离火星太远，即时遥控根本实现不了。面对紧张的项目时间表，我们只能提前制定出大体飞行计划，帮助无人机理解需要完成的预定飞行轨迹。在实际飞行中，无人机本身会根据风力、风向及其他实际环境因素调整飞行方式，保证始终沿既定航线前行。这同样是种半自主方案，用以顺利完成发射前制定的飞行路线。

就个人看来，我觉得这不能算是高级自主技术，而更多只是一种脚本式的飞行导引。只有直接要求无人机“给那块岩石拍张照片”、它就能照做，才算真正的自主飞行。但作为初始任务，我们这次只需要证明飞行器能在火星地表成功飞行。至于全自主飞行方案，我们会在后续任务中逐步尝试，这可能需要制作一架体量更大的无人机、搭载能够实现更强自主功能的先进硬件。

说起这个，我们不妨回顾火星上的第一位访客——探路者号。它的任务更简单：绕基地先进一圈，最好拍下岩石及其他样本的照片。因此作为初步技术演示，我们对火星上的第一架无人机也没必要苛求过多。

问：在某些极端情况下，无人机有没有可能偏离预定飞行路线？

Tim Canham: 制导软件会持续检测各传感器的运行状况，保证生成高质量数据。如果传感器发生故障，无人机确实会做出相应反应，即保持最后一条飞行指引信息、尝试着陆，而后向我们发送情况报告并等待处理意见。总之，在检测到传感器故障后，无人机将停止飞行。我们一共在机智号上安装了三个传感器，都与飞行过程紧密相关，三者的数据将融合起来共同为机智号提供导航指引。

问：初始飞行计划是怎么制定出来的？

Tim Canham: 我们经历了全面的选址过程，一切以「毅力号」火星车预计降落地点周边的环境为起点。根据实际情况，我们整理出轨道图像，并从中粗略识别出火星车将先后抵达的多个点位。结合周边岩石的坡度、高度乃至特定区域内的地表纹理，我们精心选取了适合无人机飞行的区域。

这里同样有不少权衡因素——最安全的地表应该没有任何纹理，代表这一块区域没有岩石；但这种缺少纹理的地面，也可能令无人机无法准确捕捉其特征、进而失去制导能力。为此，我们最好选择一片易于跟踪特征的碎石滩，同时保证这里没有任何可能威胁着陆过程的大石块。

问：这架无人机计划完成哪些飞行任务？

Tim Canham: 因为只是第一次尝试，所以我们只规划了三项主要任务，而且起降点全部选在同一位置。只有这样，才能保证无人机始终处于经过调查的安全飞行区域内。我们的时间窗口也非常有限，只有30天。如果时间再宽裕些，我们可能会尝试让其降落在其他看起来比较安全的新区域。但至少三项既定任务都是起飞、飞行、而后返航并降落在同一地点。

问：JPL拥有丰富的机器人制造经验，开发的机器人往往能够在主要任务完成后长时间保持正常运作。但这次只设定30天的任务执行周期，是否意味着除非发生意外事故，否则这架功能仍然完好的无人机将被直接遗弃在火星表面？

Tim Canham: 是的，计划就是这样，火星车会前往别处继续执行主要任务。毅力号团队已经为我们划拨了不少资源，留下了30天的时间窗口，我们对此深表感谢。在此之后，无论无人机状况是否良好，火星车本体都会继续前进。所以我们可以随意安排飞行任务，但绝对不能超过30天时限。

目前我们还没有规划好最后两轮飞行，但根据前三轮飞行任务的执行速度，我们可能会有一周左右时间做点新鲜的尝试。不过当下，我们还是要先认真把前三轮任务做好。

只要能成功完成一次飞行，我们的目标就算是基本实现。接下来我们会略微扩大飞行范围，如果仍然成功，那么最后两轮飞行就可以稍微冒点险了。比如我们可能会飞上一百米，或者做个大回环之类的动作。但最重要的是，理解无人机在火星表面的飞行方式，所以第一轮任务最重要，我们得认真观察无人机的飞行能力。

问：假如前四轮飞行一切顺利，那么在最后一轮尝试中，您打算设计怎样的飞行任务？是做点风险比较大、但成功后意义重大的尝试，还是风险较小、但重要性同样偏低的尝试？

问：JPL的工程师们在 探索 中还有哪些特别的发现，能给我们讲讲吗？

Tim Canham: 这是我们第一次在火星环境下使用Linux。没错，我们的无人机用的是Linux系统，软件框架则是JPL内部开发的立方体卫星与仪器专用框架。

几年前，我们已经把项目开源，现在大家可以直接通过GitHub下载火星无人机上的飞行软件，把它用在自己的项目当中。这是开源领域的一场辉煌胜利，我们把开源系统与开源飞行软件框架，同商用零部件整合了起来。

如果你想亲自尝试，也完全没有问题。对JPL来说，这种结合还是新鲜事物，以往我们大多使用特别安全、特别可靠的部件。但这一次灵感碰撞让人们感到兴奋无比，我们也期待这种新思路能在未来迸发出更大的能量。

行业主要上市公司：北方导航(600435)、洪都航空(600316)、纵横股份(688070)、观典防务(688287)、航天彩虹(002389)等。

本文核心数据：全球无人机市场规模;中国民用无人机市场规模;中国实名登记无人机数量

行业概况

1、无人机定义及分类

无人机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。机上无驾员，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。从广义上讲有翼导弹也可以算一种无人驾驶的飞机，但本报告所提及的无人机主要是指没有驾驶员的不载人飞机。

无人机根据用途可分为军用和民用两类，此外还用于科学研究。

2、产业链剖析

无人机产业链上游为无人机设计研发及关键原材料的生产，其中关键原材料有金属材料和复合材料两大类，包括钛合金、铝合金、陶瓷基等特殊材料。

中游无人机整机制造包括飞行系统、地面系统、任务载荷系统三个方面，是无人机制造的核心部分，飞行系统包含动力系统、导航系统、飞控系统、通信系统和机体制造等，是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统。

无人机产业链下游是无人机的应用场景，无人机可应用于军用侦察、军用攻击、航空拍摄、灯光表演、农林植保、灾难救援、物流运输、电力巡检等领域。

无人机产业链上游代表性企业主要包括炼石航空、宝钛股份、中国航天、泰和新材、会通股份、银禧科技等企业。

无人机产业链中游飞控系统代表性企业包括威海广泰、零度智控等;动力系统代表性企业包括欣旺达、德赛电池、鹏辉能源、格瑞普、微光股份等;导航通信系统代表性企业包括易瓦特、中海达、观典防务等;机体结构件代表性企业包括中信海直、博云新材等;任务载荷系统代表性企业包括高德红外、华测导航、中海达、纵横股份、时代星光、大立科技、中信海直、赛为智能、臻迪科技等;地面系统代表性企业包括大疆、华科尔、易瓦特、华测导航、中信海直、中海达等企业。在无人机整机制造环节，军用无人机代表性企业包括中航沈飞、航空工业、航天彩虹、洪都航空、北方导航、华力创通等;民用无人机代表性企业包括大疆、极飞科技、零度智控、极翼、易瓦特、赛为智能、顺丰控股等企业。

行业发展历程

我国无人机发展起步于军用无人机，早在1960年我国就开始研发无人机，1964年Ⅰ型无人机靶机就已经诞生，Ⅱ型无人机靶机也在70年代研制完成。直至1980年，国家批准无侦-5设计定型。1981年开始装备部队，无人机在部队巡逻和战术侦察中发挥了作用，这是中国在无人机技术领域的一次飞跃。20世纪末，西安爱生技术集团公司成为国内第一家主要的无人机研制厂商，我国无人机进入稳步发展阶段，并逐步从军用转为民用领域。2012年，大疆无人机发布第一台消费级无人机引爆民用无人机市场，此后中国民用无人机市场呈爆发式发展。现如今，无人机产品涉足民用场景的各个领域，为提高各领域效益做出贡献。

行业政策背景

中国无人机行业政策主要体现在鼓励无人机应用于各种各样的领域，其中包括植保、工业发展、生物监测、运输服务等领域。

从前瞻统计得到的各省市政府部门出台的与无人机发展相关的政策数量来看，广东省、江苏省和浙江省出台的无人机发展政策数量相对较多。政府出台无人机相关政策总体是在推进无人机在各个方面的应用，其中广东主要海洋紧急发展、能源发展等，浙江省主要是航天航空、新电商等，江苏省是土壤污染防治、农业数字化等。

行业发展现状

1、全球无人机行业现状

在全球市场，无人机正在从一个消费者产品逐步渗透到各行各业的应用当中，市场规模稳步扩大。根据Drone Industry

Insights公布的调研数据显示，2021年全球无人机市场规模约为256亿美元同比增长14%。

2、中国无人机行业现状

从中国无人机拥有者注册用户数量来看，据民航局数据显示，截至2021年底，全行业无人机拥有者注册用户达781万个，同比增长40%。其中，个人用户718万个，同比增长442%，企业、事业、机关法人单位用户63万个，同比增长5%。

从中国实名登记无人机数量来看，据民航局数据显示，截至2021年末，全行业注册无人机共832万架，较2020年增加315万架，同比上涨61%。反映中国无人机行业发展处于快速上升阶段。

无人机在社会发展和经济建设发展中起到了重要的作用，近年来我国民用无人机市场蓬勃发展，2021年中国民用无人机市场规模达86912亿元，较2020年增加了27008亿元，同比增长4509%。

行业竞争格局

1、中国无人机企业竞争格局

从中国军用无人机企业竞争格局来看，当前，我国无人机研究经费主要来自于国家资金投入，研制工作以北航、南航和西北工业大学为主导，中国航空工业集团公司、中国航天科工集团、中国航天科技集团公司等下属的研究所和单位积极参与研发工作。

从中国民用无人机企业竞争格局来看，当前中国民用消费无人机较为著名的品牌有大疆、AEE、臻迪、昊翔、极飞、亿航、华科尔、零度智控等，其中大疆品牌的无人机产品在无人机市场中市场份额占比约占七成。

2、中国无人机区域竞争格局

根据中国企业数据库企查猫，目前中国无人机企业主要分布在广东省、江苏省、山东省。截至2022年9月，广东有无人机行业相关企业数量较高，排在第一位，代表企业有南网科技、同兴达、杰创智能、中航科工等，江苏省无人机企业有国电南瑞、宝馨科技、江苏恒盛等;山东省无人机行业企业有东方电子、风向标航空、科创智源等。其中江苏省和浙江省无人机企业更多关注农业植保方向。

行业发展前景及趋势预测

根据当前无人机发展政策、时代发展背景，以及无人机市场需求情况来看，中国无人机将可能往智能化、因深化、微型化发展，同时农业场景对无人机需求较为显著。

从民用无人来看，农业植保、航空遥感、灾情监报、矿藏勘探、数字中国建设等都需要大批量地使用无人机，目前行业级无人机的普及应用步伐加快。同时随着民营企业的加入，国内消费级无人机应用逐渐开始推广，消费级无人机市场潜力巨大。根据前瞻产业研究院初步预测，2027年中国无人机行业市场规模或将超过2500亿元。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国无人机行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。