白瑞杰，李曉雪

（北京數(shù)維翔圖高新技術(shù)股份有限公司，北京 100070）

《中國制造2025》背景下的無人機發(fā)展前景

白瑞杰，李曉雪

（北京數(shù)維翔圖高新技術(shù)股份有限公司，北京 100070）

本文介紹了目前我國無人機產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了當(dāng)前無人機發(fā)展遇到的瓶頸；展望了在《中國制造2025》行動綱領(lǐng)指導(dǎo)下，未來無人機核心技術(shù)突破及發(fā)展前景。在技術(shù)領(lǐng)域不斷革新和國家大力的支持下，相信無人機技術(shù)的更新與發(fā)展日益變得完善，無人機未來的前景將無限遠大。

中國制造2025；無人機；測繪

2015年5月國務(wù)院正式印發(fā)了我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個10年的行動綱領(lǐng)《中國制造2025》。文件針對航空航天裝備明確指出，要加快大型飛機研制，適時啟動寬體客機研制，鼓勵國際合作研制重型直升機；推進干支線飛機、直升機、無人機和通用飛機產(chǎn)業(yè)化。

我國無人機領(lǐng)域目前在生產(chǎn)技術(shù)、飛行控制系統(tǒng)、傳感器等核心技術(shù)方面仍然存在較大欠缺，應(yīng)用領(lǐng)域較為單一；作為航空航天技術(shù)領(lǐng)域的一部分，隨著制造技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域擴展以及國家的大力扶持，將突破當(dāng)前現(xiàn)狀，實現(xiàn)技術(shù)提升和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

1 無人機產(chǎn)品現(xiàn)狀

1.1 機體材料和制造工藝

目前，無人機機體材料多為玻纖復(fù)合材料、碳纖維、EPT、EPO、航空鋁等，不同類型的無人機所選用的機體材料差異較大。就當(dāng)前材料應(yīng)用現(xiàn)狀和無人機應(yīng)用情況而言，無人機機體強度、重量、穩(wěn)定性等性能無法同時兼顧，只能擇中搭配使用。

無人機機體構(gòu)件一般采用層壓板結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)，其制造方法主要有熱壓罐型、真空袋成型和模壓成型。熱壓罐工藝是高性能復(fù)合材料的主要成型方法，多用于高速無人機，但其經(jīng)濟性差，設(shè)備投入較高，加工過程中費用也較高；真空袋成型工藝設(shè)備簡單、投資少，易于操作，但成型壓力小，能達到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不高；模壓成型工藝多用于制造無人機舵面等泡沫夾心結(jié)構(gòu)，具有壓力大、經(jīng)濟性高等特點，但其成型周期長，無法應(yīng)用于小孔、斜面等制品成型。

1.2 飛行控制系統(tǒng)

無人機飛行控制系統(tǒng)是控制無人機保持正常姿態(tài)自動飛行的核心部件。無人機飛行控制系統(tǒng)通?；赑C機或單片機，嵌入式PC104總線的飛行控制計算機雖然功能強大，但系統(tǒng)復(fù)雜、造價高，并且后續(xù)的維護技術(shù)升級成本也高。隨著無人機多樣化和無人機航測作業(yè)難度的增加，飛行控制系統(tǒng)承擔(dān)的控制任務(wù)越來越繁重，暴露出了使用設(shè)置復(fù)雜、控制精度差、POS數(shù)據(jù)存儲量少、舵機通道數(shù)少、適配性差等一系列問題，嚴(yán)重影響無人機的作業(yè)效率和獲取數(shù)據(jù)的精度。

1.3 傳感器

目前無人機航攝采用的傳感器多為可見光傳感器，獲取的數(shù)據(jù)形式單一，應(yīng)用領(lǐng)域受到限制；針對無人機工程化的傳感器也處于起步階段，傳感器的像素低，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)獲取效率和精度；此外，現(xiàn)有傳感器重量、體積較大，對無人機的性能要求也非常高。

1.4 無人機操控

無人機操控較為復(fù)雜，目前仍局限于受過良好訓(xùn)練的專業(yè)人員進行操控。其一，無人機飛行控制系統(tǒng)設(shè)置較為繁瑣，飛行前需花費較長時間用于設(shè)備調(diào)試和參數(shù)設(shè)置；其二，受現(xiàn)階段飛行控制系統(tǒng)、起降方式、無人機性能等因素限制，無人機操控所需工作人員較多，應(yīng)至少配備3名技術(shù)人員，分別負(fù)責(zé)飛行控制、地面站監(jiān)控、機務(wù)等工作。

2 無人機產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

2012年后，我國無人機產(chǎn)業(yè)成井噴式發(fā)展，在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但制造生產(chǎn)工藝、飛行控制系統(tǒng)、傳感器等無人機核心技術(shù)發(fā)展緩慢，遠遠落后于應(yīng)用領(lǐng)域擴展速度，無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入了瓶頸期。

（1）應(yīng)用領(lǐng)域單一。受傳感器和數(shù)據(jù)處理等技術(shù)現(xiàn)狀限制，近年來無人機在各領(lǐng)域的應(yīng)用主要為可見光航空攝影，獲取攝區(qū)地理信息數(shù)據(jù)；而在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、礦產(chǎn)資源探測、電力巡線等領(lǐng)域鮮有涉足。

（2）產(chǎn)品價格過高。目前無人機屬于高新技術(shù)產(chǎn)品，研發(fā)制造成本和配件價格過高，導(dǎo)致產(chǎn)品整體價格偏高，一般中小型企業(yè)難以承受，擴大市場規(guī)模存在困難。

（3）市場規(guī)?？s小。無人機在測繪領(lǐng)域的出色表現(xiàn)，使得測繪企業(yè)紛紛采購無人機系統(tǒng)。隨著近幾年的發(fā)展，測繪行業(yè)無人機需求日漸飽和，其它領(lǐng)域無人機應(yīng)用較少，無人機市場規(guī)模在逐步縮小。

3 無人機產(chǎn)品升級

在《中國制造2025》行動綱領(lǐng)的指導(dǎo)下，未來10年3D打印、新材料、電子等技術(shù)將得到長足發(fā)展，無人機研發(fā)生產(chǎn)在新技術(shù)的推動下，材料和制造工藝、飛行控制系統(tǒng)、傳感器等技術(shù)將實現(xiàn)大幅升級。

3.1 新材料和3D打印技術(shù)在無人機制造的應(yīng)用

隨著材料科技的發(fā)展，適用于無人機的材料將會取得重大突破，能夠保證無人機具備強度高，重量小等特性。

3D打印技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的顛覆性技術(shù)，目前尚處于起步階段，但已有企業(yè)采用3D打印技術(shù)實現(xiàn)了無人機制造。隨著《中國制造2025》對3D打印技術(shù)推動，未來該項技術(shù)日益成熟，無人機制造將由傳統(tǒng)的模具成型轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯哟蛴〕尚?，既可保證無人機機體構(gòu)件的精準(zhǔn)性，又能提高生產(chǎn)速率，降低成本。

3.2 飛行控制系統(tǒng)高精度和智能化控制

《中國制造2025》中指出，全球制造業(yè)格局面臨重大調(diào)整，新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，正在對工業(yè)制造引發(fā)影響深遠的產(chǎn)業(yè)變革，形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟增長點。其中，電子制造產(chǎn)業(yè)將首當(dāng)其沖，智能電子、半導(dǎo)體等新興電子產(chǎn)業(yè)將快速崛起。受此影響，無人機飛行控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的性能將更可靠，處理速度更快，控制精度更高；軟件系統(tǒng)將向智能化方向發(fā)展，操作設(shè)置更加簡單。

未來無人機的操控?zé)o需復(fù)雜的調(diào)試和設(shè)置，只需1人即可進行操作，將有效減少人員投入，降低應(yīng)用成本。

3.3 新型傳感器的應(yīng)用

在《中國制造2025》的促進下，目前用于傳統(tǒng)航空攝影的傳感器如多角度航攝儀、SAR、Lidar、多光譜儀、激光測高儀等，在兼顧高效、高精度的數(shù)據(jù)獲取能力同時，將逐步小型化和輕型化，可直接應(yīng)用于無人機系統(tǒng)，使無人機航攝數(shù)據(jù)從單一化向多元化轉(zhuǎn)變，無人機應(yīng)用領(lǐng)域?qū)臏y繪行業(yè)向農(nóng)業(yè)、環(huán)境、礦產(chǎn)、電力、水利等諸多領(lǐng)域擴展。

4 無人機產(chǎn)業(yè)升級

在未來10年科技制造革新推動下，無人機的生產(chǎn)狀況和整體性能、數(shù)據(jù)獲取能力、應(yīng)用領(lǐng)域、操作便捷性將實現(xiàn)跨越式發(fā)展。近年來，智慧城市建設(shè)、電力巡線、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)資源調(diào)查、物流、娛樂等領(lǐng)域?qū)o人機的需求在不斷增加，在飛行控制和傳感器技術(shù)成熟的前提下，無人機產(chǎn)業(yè)將打破現(xiàn)有市場規(guī)模，向多元化發(fā)展。

4.1 無人機制造業(yè)升級

目前，限于技術(shù)和市場規(guī)模等因素，我國多數(shù)無人機制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較小，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程。在未來新材料、新工藝、智能制造等新型制造加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，無人機制造加工設(shè)備投入將減小，生產(chǎn)加工流水線規(guī)模不斷擴大，逐步形成標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程。未來無人機產(chǎn)品的質(zhì)量和性能也將大大優(yōu)于現(xiàn)在的無人機產(chǎn)品。

無人機制造業(yè)提升的同時，還將促進新型無人機系統(tǒng)的研發(fā)，使性能優(yōu)越但生產(chǎn)加工復(fù)雜的機型生產(chǎn)成為可能。

4.2 無人機應(yīng)用領(lǐng)域擴大

伴隨著無人機性能和傳感器技術(shù)的發(fā)展，無人機的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒋蚱飘?dāng)前局限。搭載輕小型多角度航攝儀無人機可進行傾斜攝影，快速獲取覆蓋區(qū)域的三維影像數(shù)據(jù)，可為智慧城市、智慧交通、應(yīng)急監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支持；微SAR傳感器的應(yīng)用，可使無人機在采石礦場及不穩(wěn)定山坡、山崩和冰川等自然風(fēng)險精準(zhǔn)監(jiān)測中發(fā)揮重要作用； 搭載輕小型、高精度多光譜儀可對農(nóng)田、森林、水流等進行航攝，實現(xiàn)對農(nóng)田植被判別、生長期監(jiān)測，對森林病蟲害情況進行分析，對水體污染情況進行判別等。

在《中國制造2025》技術(shù)背景下，無人機產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)⒋蠓鶖U展至農(nóng)業(yè)、環(huán)境、礦產(chǎn)、電力、水利、旅游、物流等行業(yè)，為各領(lǐng)域提供新型技術(shù)手段。

4.3 無人機市場規(guī)模擴大

在制造業(yè)、應(yīng)用領(lǐng)域擴大，操控門檻降低的基礎(chǔ)上，無人機的需求將不斷增加，同時，無人機的銷售價格也將降低，將使得無人機市場規(guī)模逐步擴大。在《中國制造2025》綱要的指導(dǎo)下，將進一步促進無人機產(chǎn)業(yè)化，國家將會彌補在無人機領(lǐng)域的法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)空白，為無人機大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化提供政策支持。

5 結(jié)束語

無人機作為航空航天技術(shù)領(lǐng)域的一部分，隨著制造技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域擴展以及國家的大力扶持，無人機材料、制造工藝、傳感器和控制系統(tǒng)等將得到大幅改進和提高，無人機產(chǎn)業(yè)將由現(xiàn)有的單一化測繪航測轉(zhuǎn)型為應(yīng)用于交通、物流、礦產(chǎn)、電力、水力、農(nóng)業(yè)、娛樂等諸多領(lǐng)域發(fā)展。

無人機將逐漸由幼年期走向成熟期，大規(guī)模應(yīng)用即將到來；無人機的普及將是不可阻擋的必然趨勢，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，無人機未來的天空將無限廣闊。

Discussion on the development of UAV in the background of "made in China 2025"

BAI Rui-jie, LI Xiao-xue
(Dimension Mapping High Tech. Co., Ltd., Beijing 100070, China)

This paper introduces the present situation of the development of UAV products and industries in China, describes the bottleneck of the development of UAV , looking forward to the future UAV core technology breakthrough and development prospects under the guidance of the programme of "made in China 2025" action. In the technical fi eld of continuous innovation and support of the state, we can believe that the development of UAV technology is increasingly perfect, future prospects of the UAV will be unlimited.

made in China 2025; UAV; mapping

V279

A

1008-5599（2017）04-0011-03

2017-03-23