2020-10-14 08:18

2020全球无人机应用及防控大会暨无人机产业博览会

会议主题:2020全球无人机应用及防控大会暨无人机产业博览会

会议地点:北京亦庄国际会展中心-会议中心一层报告厅2-4区

会议时间:2020年10月13日上午

吴利荣:尊敬的郭桂荣院士、刘永坚院士、姜景山院士、赵春江院士、张广副主任、各位来宾、各位代表,大家早上好!

我是中国无人机产业创新联盟常务理事、北京航空工程技术研究中心吴利荣研究员,受组委会委托主持今天的大会。我代表组委会向各位与会嘉宾、代表表达真诚的欢迎以及诚挚的感谢!欢迎大家参加这次会议!

本次会议由国际无人机从业者协会、欧洲航空研究协会、意大利航空企业协会、中国光学工程学会、北京经济技术开发区管理委员会联合主办;

今天的会议共有来自国内外的600多位嘉宾出席,本次大会设有14场分论坛,2万平米展览区以及无人机创新技能大赛同期举办。希望通过此次会议,进一步促进不同领域和不同国别的合作。由于疫情原因美国、英国、意大利、法国、俄罗斯、荷兰、以色列等国家的国际代表无法到达现场;但都派代表通过视频的方式发来祝贺,预祝大会取得圆满成功。我非常荣幸宣布2020全球无人机应用及防控大会现在正式开幕!

接下来介绍参会主要领导、嘉宾。我向大家隆重地介绍:

中国无人机产业创新联盟指导委员会委员、中国工程院院士 郭桂蓉

中国无人机产业创新联盟指导委员会委员、中国工程院院士 刘永坚

中国无人机产业创新联盟指导委员会委员、中国工程院院士 姜景山

国家农业信息化工程技术研究中心主任、首席科学家、中国工程院院士 赵春江

北京经济技术开发区管理委员会副主任 张广

北京信息技术研究所研究员、中国无人机产业创新联盟指导委员会委员 王守杰

中国光学工程学会秘书长 赵雪燕

中国无人机产业创新联盟指导委员会委员 鄢茂林研究员

中国无人机产业创新联盟副理事长、中国电子科技集团第54研究所副所长 文运丰

中国无人机产业创新联盟常务理事、国家空管系统论证评估中心 汤锦辉副主任

中国航天空气动力技术研究院总师 石文研究员

中国移动(成都)产业研究院副院长 苏郁

深圳大疆创新科技有限公司技术总监 陈明

参加大会的还有阿联酋,沙特阿拉伯,巴基斯坦,印度尼西亚,斯里兰卡,尼泊尔大使馆的国际嘉宾代表。

让我们以热烈的掌声欢迎他们的到来!

下面,有请大会主席中国无人机产业创新联盟指导委员会委员、中国工程院院士刘永坚致开幕词!大家欢迎!

刘永坚:尊敬的各位嘉宾、各位朋友、女士们、先生们,大家上午好。

今天大家相聚在北京,参加2020年全球无人机应用及防控大会,交流探讨无人机产业前景和发展问题。在此,我谨代表中国光学工程学会和大会组委会,向与会的各位同仁,表示热烈的欢迎和衷心的感谢!

此次活动旨在为世界顶级专家,搭建高水平、高层次国际交流平台,共同探讨无人机产业应用发展问题,希望与会的院士专家和院仁同仁畅所欲言,针对无人机领域发展目标和策略,提出宝贵的意见和建议。

近年来,无人机在中国乃至于世界各地都呈现出蓬勃发展的势头,尤其是工业无人机,其相关产品在交通监管、影视制作、农业植保、森林防护、地质勘探、电力巡航、环境保护、应急救援等多个领域都已经广泛应用。结合人工智能、5G、物联网、云计算、大数据、虚拟技术的发展以及与无人机的不断融合,无人机必将成为智能视觉深度学习的智能空中机器人,必将在更多的领域发挥更加重要的作用。

据有关机构统计,未来无人机无论是出货量还是市场总值,都将呈现迅速增长的势头。

中国经过改革开放四十多年的快速发展,已成为名副其实的制造大国。在无人机的研发与制造方面,中国经过多年的努力,已经取得了许多重大的成就,在国际上占有了重要的地位。无人机作为高度自动化和智能化的高端制造装备,拥有广阔的应用前景和巨大的市场潜力,无人机产业的发展必将进入新纪元。中国无人机产业将以开放合作的心态,与全球同仁加强对话和交流合作,以实现共同发展,互利共赢。

最后,预祝本次大会取得圆满成功,谢谢大家!

吴利荣:让我们再次以热烈的掌声感谢刘院士的精彩致辞。

接下来有请北京经济技术开发区管理委员会张广副主任致辞,大家欢迎!

张广:尊敬的各位院士,尊敬的各位来宾,各位朋友,大家上午好。

我代表北京经济技术开发区管委会,向参加2020全球无人机应用及防控大会的各位院士、科学家、国际来宾、各位朋友,表示热烈的欢迎,对本次大会的召开,表示衷心的祝贺。

北京经开区位于首都东南部,是北京市唯一的国家级经济技术开发区,三城一区的主平台,四区一阵地和首都实体经济的主阵地。经开区经过28年的建设,现在已经形成新一代信息技术、机器人和智能制造、生物技术和大健康、新能源智能汽车四大主导产业,汇聚了全球40多个国家和地区的3万多家企业。奔驰、ABB、康宁、戴尔等90多个世界五百强的企业,在经开区投资项目130余个。特别是2019年北京市委市政府决定由经开区统一规划和开发建设225平方公里的亦庄新城。

今年上半年,经开区在确保本区零感染病例的同时,有序的推动复工复产,发展潜力核心动能加速释放。在上半年经开区地区生产总值高于北京市增速6.8个百分点,工业总产值增速高于北京市2.8个百分点,今设立企业同比增长了48.59%。在建设全国科技创新中心和构建高精尖经济结构中,发挥了重要的田园阵地和主平台作用。

尤为值得一提的是,区内众多的新产品、新技术,展现出发展的极大韧性。今年1-5月,172家大中型企业实际完成研发投入81.9亿元,同比增长了71.59%。信息技术、控制技术、制造技术的发展,无人机已经成为世界各国发展高端智能制造业的方向之一,这方面经开区也具有无人机技术研发资源丰富,产业链条比较完整,空间布局初具雏形,产业联盟联动等发展优势。拥有中航智、京东(音)等一批优秀的无人机研发企业,将对北京市加快科技创新,新构建高精尖经济结构,促进产业结构优化升级等发挥重要的支撑作用。

在经开区建立无人机认证中心,相关技术共性平台,无人机专业的孵化器、园区等,能充分发挥经开区的技术创新和产业的发展优势,构建良好的无人机发展环境,规范行业发展,市场秩序和行业行为,引领技术创新和技术融合,打造高效的产业链,推动无人机技术和产业持续健康发展。

经开区管委会高度重视无人机产业的发展,在做大主导产业,做强再新产业,做准未来产业,做优服务产业的同时,经开区主动适应、快速迭代、交叉融合、群体跃进,再构了高精尖产业发展规律,通过资金支持、行业准入、协同对接、场景建设、资源供给、空间保障的组合拳。每年安排100亿元的资金用于支持高精尖产业的落地,不断优化区内的产业生态,支持重大项目落地和高端人才的汇聚。

各位院士、科学家代表、企业家朋友们,再次真诚地欢迎大家来到亦庄,希望大家能在经开区多看看、多走走,多与经开区的企业交流,并以此为契机,让无人机的新理念,田园新技术,应用装备,在经开区,在亦庄这片热土开花结果、落地生根。

最后,祝大会取得圆满成功,祝各位朋友们在经开区生活、工作愉快,谢谢!

吴利荣:感谢张主任的精彩致辞。

最后让我们邀请国际大会主席致辞,由于疫情原因,国际嘉宾无法到达现场,通过视频的方式与大家见面。

首先请大会主席欧洲太空项目发展顾问、欧洲航空研究协会理事Fulvia Quagiotti(富尔维娅·夸吉奥蒂)女士致辞。

Fulvia Quagiotti:(24:40-25:40英文演讲)

吴利荣:感谢夸吉奥蒂女士的致辞。

接下来请大会主席国际无人机从业者协会主席Alfredo Rolando Grosman(阿尔弗雷多·格罗斯曼)先生致辞。

Alfredo Rolando Grosman:(25:55-26:50英文演讲)

吴利荣:感谢格罗斯曼先生的致辞。

非常感谢各位的致辞,2020全球无人机应用及防控大会开幕式到此结束,接下来进行大会报告环节!谢谢大家!

接下来让我们欢迎国家农业信息化工程技术研究中心主任、首席科学家、中国工程院院士赵春江 赵院士给我们带来精彩的报告,报告题目是“农业航空植保现状与展望”大家欢迎!

赵春江:很抱歉,因为今天是科学技术部检查我承担的项目,我是昨天晚上从黑龙江飞回来的,今天参加这个会议。很抱歉,我抓紧时间讲,科技部还要让我汇报项目执行情况。

各位专家,大家上午好。我报告的题目是围绕农业航空方面的情况。我们中心有一个很大的农业航空团队,做无人机,重点还是做有人机。

我从以下几个方面进行情况的介绍。第一个是关于全球农业航空植保的发展模式及其基本情况。

我们国家是个农业大国,农业领域应用航空技术,应该说有很大的需求。一个方面作为信息采集的平台,第二个是病虫害的防治。我们国家每年发生病虫害的面积超过一亿亩,损失非常大。在这种背景下,特别是有了无人机以后,对我们航空植保这块提供了一个很好的技术手段。目前我们国家的植保体系是以地面植保机械为主体,航空植保为补充的体系。

在南方山地丘陵地区,由于地面机械不能行走,或者行走比较困难,所以南方小型无人机在航空植保领域应用是非常普遍的,这是比较广泛的。

到北方,特别是像我这次去黑龙江、新疆地区,他们大部分还是以有人驾驶的大飞机进行航空植保,进行作业,比较普遍。

从全球来看,美国是一个航空施药的大国,农用飞机数量比较多,4000多架次以上,其中固定翼占87%,旋翼占13%,年航空植保作业面积是在3200万公顷,65%的化学农药采用飞机喷洒。因为美国有一个独特的优势,原来二战之后,包括越战,朝鲜战争,好多退役的飞行员加入到农业航空团队。目前已经形成了完善的农业航空技术、产业、组织服务体系。这里边美国有一个USBA农业航空技术大的团队,专门负责全美农业航空技术应用这个板块的研究团队。他们从模型,包括技术,特别是防漂移都做了深入研究。

目前美国国家农业航空协会和近40个州级的农业航空协会,另外还有46个州的1900个会员,1625个农业航空作业的服务公司,从整个组织体系来说是非常完善的。

另外从政策角度也支持航空技术在农业领域的应用。但是美国跟我们国家不一样,关于UAUA这块是严格进行限制的,像美国的UAUA在农业上商业应用,原则上是不批准的,主要还是因为安全方面考虑。目前他可以用于信息采集。

最近几年,特别是一些组织,包括一些著名的,麻省理工向美国联邦政府提出,重新评估无人机在农业领域应用的放宽政策,现象有可能松动,但是目前还没有完全的放开,这是美国的情况。

巴西是这样,发展的特别快,目前有242家航空植保服务公司,2083架农用飞机,全世界排第二。它的固定翼2000多架,占80%。他们在农业作业面积里面,特别我们知道巴西产大豆,他占整个农业航空作业面积的27.3%,面积还是比较大的。另外水稻也是33%,面积是比较大的。

另外它的问题是研究不够,技术的储备不够。比方说防漂移的问题,喷完药以后环境并没有得到关注。目前农用的航空施药也面临巨大的压力。2017年巴西环保署成立一个任务小组,专门研究农药在空中漂移的问题,力求解决这些问题。

澳大利亚也是一个航空施药的大国,而且政策比较完善,开放度比较高。1984年就开始农业航空应用,上世纪70年代开始引入美国的空中拖拉机航空作业的机型。目前拥有300架农业飞机,从业人数大概4000人。发展的模式跟美国比较类似,也成立了农业航空协会,是AAAA,目前有会员469个,而且他非常注重农药在航空施药过程当中的漂移以及植保作业后的防治效果,严格植保的作业规范。

日本有很多东西值得我们学习,其中植保无人机这块发展应该是在农业领域,远远超过我们国家。它像雅马哈等无人直升机在水稻里的作业面积非常大,特别看右边黄颜色这块。目前日本有2688架无人飞机,有14000余操控手,作业面积达到106.1万公顷,整个占日本耕地面积的37%。特别是在水稻病虫害防治这块发挥主要的作用。雅马哈、洋马以及雅马哈Max机型,这是作为一个主要的机性。2017年雅马哈推出最新的机型FAZER系列,最大载荷能达到39.5公斤。因为目前我们无人机现在基本上在15公斤左右,续航的时间在15至20分钟长。当然最近大疆,包括极飞,他们也在创造一些新型的无人机,载荷量比较大的。

我昨天在黑龙江搞无人农场现场演示的时候,极飞,它是游动的无人直升机,大概载荷能达到七八十公斤这样子。随着技术的发展,特别是后发优势日趋明显。而且日本在发展无人机同时注重航空植保这块施药剂型的研发。目前我们国家关于这个方面是非常落后的,主要体现在没有专用的农业航空的药剂剂型,我们大部分都是用机械,过去是在农村里的打药剂型。这样喷药的效果不太好。

第一形成粒径谱不是特别固定,有大有小,我们知道在空中漂移的分析过程当中,只有一定半径的粒径是防漂移效果最好,而且防治效果最好。如果我们不研发专用的航空施药剂型,对我们航空植保这块是有负面影响的,施药效果不太好,对环境还造成一些污染。

目前日本无人机大体上按高的来说分成两种,一个是飞行高度三米以下,不需要进行额外的环境实验。另外飞行高度在三米到十米的,需要进行相应的环境评估。三至十米就有漂移问题,认为三米以下漂移很小,所以就不再进行前期实验。这是他们的特点。

韩国基本上跟日本跟的比较快,目前也形成了快速发展的趋势。到了2015年植保无人机数量就达到169架,主要分布在水稻种植区。

欧洲现在是这样,关于施药这块,搞调查、测绘、信息获取这些方面没有问题,但是农药的使用上限制非常严格。20世纪80年代欧盟出台了相应的一些政策,建议成员国全面停止农业航空施药,主要是考虑到对环境的污染。目前像德国他们出台了相应严格的限制,政策法规性的东西,他们对无人机进行分类,从0.25公斤到2公斤到5公斤到25公斤不等,要求也不一样。

比方说要求离地面不能超过300米,必须是在人眼看到的范围之内,降落的时候不能在居民区等等一系列法律规定,在欧盟农业航空施药这块,特别是以无人机作为载荷平台,受到了很大的限制。而且他们特别关注对于环境的影响,所以专门设立缓冲区,进行长时间序列的药效评估,对环境负面清单的影响研究。

第二介绍一下目前关于农业航空植保这块一些关键技术的进展,还有聚焦的问题。要总结起来就是一个机理,什么样的粒径谱,它的运动基本规律,漂移的基本规律是什么样,从而构建施药模型。在此基础上优化设计航空施药的装备和作业流程,完善作业质量的评估检测手段,过去我们只是用,关于这块国家越来越重视,对环境的影响一定要加强。形成标准化、系列化的操作流程,使我们的航空植保作业更加规范、高水平。大致是这么一个情况。

关于航空施药漂移沉积机理研究,全世界目前从我们得到的情况来看,美国农业部林业服务署,他们搞的动力学模型,叫做AGDISP,这个模型他们是属于原创型的。在这个基础上进行了很多长期大量的实验,比方说美国环保署有一个很大的项目持续了12年,这12年用它的模型,联合陶氏、杜邦、戴尔等四十家企业参与,做了152组航空施药漂移的实验,进一步进行验证这个模型。

随着模型的验证,模型逐渐得到完善,一个是流体力学模型大量出现,另一个是无人机施药漂移沉积模型受到关注。我们中心建立两个大的农业航空植保风洞实验室,开展这方面基础的研究,而且取得了明显的效果。而且这种模型也得到了拓展应用,比方说土壤熏蒸剂扩散暴露模型,还有多区域作业喷雾气象扩散模型,以及化学农药环境残留的分析模型,都是在上面模型的基础上进行拓展应用的展示。

这是我们中心构建完成实用化的固定翼二维CFD喷雾药液漂移沉积情况。这是针对旋翼飞机漂移沉积模型情况。

另外我们构建了非常完善的航空施药平台,开展漂移及风阻的实验,这是不同的类型。现在国外也有,我们国内我们中心建立了,当然华南农业大学也在建立。国外基本上是这样,他们有经验,把他的模型整体搬过来这个平台还不行,不太适合我们国家的应用。根据自主的情况,我们自主独立的设计。

比如这是高速气流场模拟风洞实验室平台,这是我们中心的,可以开展有人的固定翼、直升机和无人机,施药过程的气流场模拟,风速可以从6.7米至98米每秒这么一个速度。98米每秒相当于我们坐的飞机,大概每小时三百公里起飞这个时速,基本上因为农业航空植保飞机飞行速度并不是很快,是这种情况。

另外这是我们建立的漂移沉积分析风洞实验平台,能够搞到实验风速每秒3到46米,研究全类型机型的。有人固定翼、直升机、无人机施药过程气流场的模拟,雾化指标测量,喷雾沉积粒子的运动过程等等。这是我们为了把这两个风洞实验室应用好,建立了配套的相关平台。

除了这方面机理研究之外,还有精准喷雾控制技术与装备,重点在这几个方面。

第一个是作业路径规划与导航,昨天我们在黑龙江大的农场搞无人农场,让机器自主作业,构建无人系统,目前的话路径规划导航,自主规划这块还有进一步提升的空间。

对于航空施药这块有变量施药控制器。

第三个飞行高度的测量装置,以及机载风速、姿态、温湿度的测量,都是很重要的,包括这个雾化器。这些技术和装备是实现高效精准航空施药必要的技术手段。

关于规划这块进行了深入研究,建立了相应基于喷雾漂移预测的作业路径规划。

另外我们开发了航空离心雾化喷头,可以实现粒径可挑空。因为实践证明,不同的粒径大小,这个药沉积漂移效果还是非常好的。特别特别小的药液雾化粒子,在空中没有降落到作物表面上就已经蒸发掉了。特别大的粒径掉在作物表面上,又沉积掉到土壤里面去,对环境形成影响。所以这个粒径控制是非常重要的。目前我们的技术体系在北大荒航空R66,Bell-407直升机安装使用,目前在作业类的已经有400余万亩。

同时我们关注施药技术的测量和评价,我们研发了实时药液沉积检测电子叶片和传感器,过去我们是用敏感纸,药滴滴到纸片上反映不同的颜色,我们再数颜色,现在我们把敏感纸换成电子类的东西,这样计算机进行图样分析,把物联网技术这块和药物这块结合在一起。

同时我们开发了施药计量和监管系统,现在农业部逐渐开始关注这一块,现在航空施药,第一重复的容易产生药害,对环境有影响。第二个由于没有很好的路径规划,很可能漏掉一大块,这都是不行的。第三个施的药液多少,对环境必须进行计量。作业的面积是多少,作业的质量怎么样,这样政府部门好对他有监管。同时也是未来我们国家关于航空植保这块,由购机补贴转向作业补贴的重要手段,目前这个工作也是非常重要的。

目前我们研发这套技术体系已经应用了接近一亿亩次的规模,这是整套系统。

第三介绍一下我们国家航空植保现状与问题,国家的政策。国家现在非常支持农业航空植保这一块。但是早期2000年至2010年,无人机无人管这种情况比较普遍,很多的事故出现,有安全隐患。但是现在关于这一块逐渐的还是总体放在民航总局管理,但是管的不太细。将来可能针对农业航空植保这块,还会出相应的管理细则才行。总之,国家总体是持支持态度,从中央文件能看出来。

另外各个省的补贴,目前国家没有统一制定航空植保机器的购买补贴目录,但是各个省根据自己的实际情况,比如河南、山东、广东,根据自己的实际情况都制定了相应的,你买这个无人机给农业上做植保服务,有一部分政策补贴。我了解到的信息,今年农业部的农业计划司制定了全面的关于航空植保这块的作业补贴,包括购机补贴相应的方案。这样会加速我们国家航空植保更加快速的发展,实际上现在应该说我们航空植保这块,逐渐发展还是非常快的,数量上还是很多的。

第二个情况是有人驾驶的飞机施药面积逐年显著增加,特别是在垦区和林区。有人驾驶第一是基于安全,第二是可控,第三是对整个施药的把握程度还是好把握,北方地区,特别是大面积地区,有人驾驶的飞机就成为主流。但南方因为小地块特别小,一个架次下去也不划算,所以小型的无人机UAA是比较合适的。

另外无人机飞防社会化服务组织发展壮大特别快,像广西的等好多专业化服务组织。到了2018年,专业化的组织拥有可使用无人机数量是30477架,总作业面积达到了26659万亩次,这个作业面积还是比较大的。农村地区几个人攒一攒提供多样化的社会服务,用无人机。我们国家专业化无人机航空植保的服务,从2008年到2015年属于萌芽发展阶段,到2016年至今属于高度发展阶段,2016年我们无人机量已经超过了日本,2019年达到了5.5万架,这个数量是非常大的。作业面积达到5亿亩次,2020年预计将突破10亿亩次。特别是新冠疫情出来之后,很多人不愿意出去干活,专业化、社会化的服务上来了。

而且植保无人机产业发展带来了相关产业的发展,像大疆、极飞,发展速度很快的。他们在广东省,所以广东省在全国里面来说,植保无人机的企业分布市场是最多的。

而且另外一个情况,现在无人机作业对象逐渐细化,因为专业化服务组织太多了,越来越多,就开始市场细分。有的专门给小麦作业,有的专门给水稻作业,逐渐的细分。这是市场逐渐成熟的表现。

另外无人机施药技术逐渐趋向精准化和智能化,基于大数据的图像识别分析方法技术结合在一起,这样你判断什么病,什么虫,分布的情况,决定我施药量的多少,这就更加精准化。

另外作业路径自主规划引导技术,也是目前发展的重点。

还有基于药液沉积运动规律的精准施药技术,整个体系化、产业化的发展,也是一个很重要的趋势。当然目前的话,目前农业航空发展水平与我国现代要求还是不相称的,特别是大型飞机航空施药的装备还是依赖进口,我们和美国相比还是有一定差距的。今天很多都是专门造无人机的,这个方面还需要进一步强化,支持我们农业。

另外专用药剂的研发得到了人们的广泛关注。另外标准、监管从程序上,原来都是申请下备个案,但是你要农业作业次数特别多,特别频繁,不定期的随时都可以作业,如果每次都要申请会影响业务滞后希望,这个怎么去管理也是一个问题。

最后思想和展望。近年来航空技术特别是无人机技术迅速发展,推动无人机领域不断扩大,现在新的一些机型,特别是一些军事上的机型发展很快,一些新型材料,新的技术发展很快。未来我们农业航空怎么发展?有人机跟无人机相互互补共存,有人机更加智能化、自主化,无人机的载荷、续航能力、可靠性都需要进一步的提升。航空植保这块,除了机器载荷平台以外,我们相应的剂型,相应漂移的控制,相应环境的检测、评估方面,都是要考虑这些问题的。

另外现在人工智能快速发展,将来特别是针对无人机群航空植保作业,有一个大的应用场景。比方说如果把多架无人机同时起飞,进行很好的控制和管理,将会大大提高作业效率。目前一架小型无人机一天作业的面积也就500亩左右,也不会太大。所以现在有的航空植保服务企业,是在大的面包车上装上十架这种无人机,同时放飞五架,这五架备用。因为那五架马上就没电了,没电了以后再用这五架起飞,是采取这种简单的模式,但是也非常有效果。如果我们能够通过人工智能控制技术,一旦有大的突破,实现多机协同的作业将会非常有帮助,提高这种作业效果。

未来像5G通讯,还有人工智能芯片技术,将来在应用这块一定会把无人机航空植保提升到新的高度。

由于时间关系,我就给大家汇报到这里,谢谢大家!

吴利荣:感谢赵院士从四个方面,给我们分享了农业方面使用无人机希望广阔的前景,也展望了一下我们国家未来农业无人机需求,包括关键技术,以及一些新技术的赋能,实际上无人机整个的发展跟行业的结合还有很多工作可做,并且应用前景很广阔。让我们再次以热烈的掌声感谢赵春江院士给我们带来的精彩报告!

接下来让我们欢迎中国航天空气动力技术研究院石文总司,给我们介绍“高空太阳能无人机发展展望”,有请!

石文:各位领导、各位专家,上午好。我的报告题目是“高空太阳能无人机技术发展展望”。主要从太阳能无人机的概念特点,它的发展现状,关键技术和未来一些应用设想几个方面做汇报。

第一个简单说一下,我们知道太阳能无人机是以太阳能作为唯一的能源的电动无人飞行器,它白天利用太阳能进行爬升和工作,一部分能源用于飞行,一部分能源要储存在电池里面用于夜间飞行,实现一个昼夜循环。这样的飞行器理论上具有无限航时,我们认为它是一种革命性的新型航空器。

这样的飞行器有几个特点,一个是飞行高度高,一般情况下设计比较好的太阳能无人机,是可以飞到20-30公里高度的,比一般的航空飞行器要高不少。

第二个是留空时间长,目前新型的太阳能无人机理论上持续飞行时间可以达到一个月,甚至更长的时间。

第三个是可以实现区域持久驻留,因为它的飞行速度比较慢,一般情况下在低空十米每秒左右,到了两万米左右的高度,在一百公里出头每小时的时速。它可以以这个速度在目标区上空持续盘旋,实现一个驻留型的作业任务。

第四个还有相对比较强的区域机动能力。这样的飞行器未来飞行高度一般会在15000到25000米这个高度,它平均飞行速度,像一昼夜大约能飞行2500到3000公里。

举个例子来说,如果这样的飞行能飞行一百天持续下来的话,理论来讲大约是在将近30万公里这样一个能力上。当然了,这样的无人机由于使用太阳能,它的能量密度非常低,海平面附近一般情况下是一平方米一个千瓦左右,算上太阳能源的损耗,算上系统捕获能量以及输出能量的损耗以后,它的可用能量是非常少的。这样的飞机翼载一定是非常低的,它的尺度会很大,相对于咱们常规的无人机来讲,要低一个量级。同时它这样的无人机受环境因素的影响非常大,从起飞到临近空间的高度,会受到大风的影响,会受到云的影响。同时从低空到高空会受到复杂环境温度的影响等等。

下面简单介绍一下国外太阳能无人机的发展。

我们知道太阳能无人机这个概念起始于上世纪70年代,当时以航模和人类飞行铺设太阳能为主,进行技术上的验证。比较著名的一个是上世纪90世纪开始的NASA大气卫星计划,还有Pathfinder和Pathfinder PLUS,Solar和Helios这套体系。这样的无人机实现了飞起来、飞得高,但是还没有飞行过夜,还做不到飞得久。

美国在2010年和2012年左右有一个秃鹰计划,它想利用新的技术使太阳能无人机能够在高空持续飞行,完成相关的侦查巡视任务。

这里面说一下几类著名的太阳能无人机,一个是美国的探路者和探路者+,这两个无人机能飞到2万多米的高度。太阳神飞到了将近30公里的高度,它的实际高度是29400米。同时开展秃鹰计划一些相关工作。欧洲最有名的就是微风,微风尺度比较小,但是它走了另外一条路,也实现了很长时间的飞行,同时像Heliplat,以及有人驾驶的Solar lmpulse,前几年它实现了全球的飞行,最大的飞行时间达到了5天左右。

典型来讲Helios非常有特点,它的HP01,它的翼展是75米左右,高空型,总重略微超过了700公斤,飞行高度是20.4公里,目前来讲是太阳能无人机最高的飞行记录,当然它的续航性不太长,当时使用薄硅太阳能电池和常规的氯离子电池,所以它的续航时间没超过20小时,还不能过夜。在这个基础上携带轻氧燃料电池,试图实现一个星期以上的飞行,这个飞机总重达到了1000公斤,它升限略有降低到2万米左右。但是很可惜,由于它的一些设计和飞行实验中的处置问题,这个飞机后来坠毁了。

应当说Helios在那个时代,尤其大型的相当载重的太阳无人机的发展做出了相当多的贡献。

还有一个很有名的是英国的无人机,后来被空客兼并了,是微风,也有翻译成西风的。这里比较著名的一个是西风7,还有一个是西风8。西风8在前两年,实现了26天的持续飞行,它这个飞机走了另外一条路,它虽然是低翼载,但也是3.5到4这个量级,而它这个翼载非常小,只有2公斤每平方米不到,它的功效需求就小。像大型的太阳能无人机要求各个系统效能非常高,而它这个效率略低的情况下也可以实现持续的高空越夜飞行,他现在发展西风T,载荷目标是20千克,飞行时间是三个月左右。

前些年还有两个著名的互联网公司也发展了太阳能无人机,可惜他们都终止了项目。一个是谷歌的Solara,它是由泰坦航空发展的。另外一个是谷歌的天鹰座,Aquila。整个来讲他们都是希望把这样的太阳能无人机设计出来以后,二三十公斤载荷用于4G、5G网络互联。

着重讲一下秃鹰计划,它是美国DARPA在ISIS计划的补充,其中无人机目标是在18.3到27.4千米高度,能够携带100磅的载荷。而这个载荷持续功效是5000瓦,当时的目标是续航时间5年,可以在99%的时间内保持在任务空域中固定翼的太阳能飞行器。这个意思是它的抗风能力和环境性能等等要足够强,能够保证在目标区持续驻留,为美军提供持久的情报、监视、侦查和通信中继能力。多个公司提出这个概念,应该说这里边很多都为太阳能无人机发展提供了很好的方向性指导。

最近两年有新一代的太阳能无人机出现,一个是美国波音的Odysseus,总重在800公斤量级,翼展74米。第二个是日本软银,软银和航空环境公司合作,这个飞机就是Helios现在的翻版。左下角是英国BAE公司做的PHASA-35,它35米翼展,载荷15公斤,也是要求3个月的飞行时间。右下角是英国国家测绘局的Astigan,它的翼展是38米,飞行高度也是要达到20公里3个月。

这里面美国波音的飞机目前来讲进度不详,其他的都实现了飞行,其中最近日本软银的以前叫鹰30,现在叫Sunglider,它已经实现了2万米左右的临近空间的飞行,并且实现了Helios的一些应用技术验证。

总的来讲,国外的太阳能无人机经历了这么三个发展阶段。一个是技术探索期,在这一阶段最具代表性的是刚才所说的NASA环境研究太阳能无人机计划。它就是想做一个大气层卫星,做一个高空长航时无人飞行器,重点开展的是关键技术研究和初期的飞行实验验证。

第二阶段就是能力储备和完善,这一阶段就是要在第一阶段飞起来、飞得高的情况下,要实现更大的载荷,更长的航时,这个是DARPA的秃鹰计划和英国的西风,这是典型的代表。过去十年之间,它们是具有代表性的。

目前来讲处于应用转化实践期,由于飞行器平台关键技术的进步,由于新一代以砷化镓的薄膜电池,以及高比能的锂电池和新型电池为代表,以这些技术做支撑。像Helios、秃鹰、西风都有一些发展的项目,像刚才我说的,Sunglider、奥德修斯、PHASA35、Astigan,这些东西已经基本上跨越了实用化的门槛。

从这里面我们总结一下,从Pathfinder到Helios,他想解决主要的一些跟平台相关的,还有跟能源相关的关键技术问题,包括低翼载的飞行布局,飞行速度很慢,也就10米出头。低雷诺数空气动力学,解决像这样的飞机飞到了2万米,2万5千米以上以后,在低诺数这种空气动力学里面的进展。解决三四十米到七八十米量级尺度的轻质复合材料结构生产设计制造问题,从低空到高空复杂的对流层,以及在大风区穿越过程当中飞行控制问题,以及很多的机载设备需要低功耗,需要相对比较高的比能量的太阳能电池阵。整个的推进系统,电机+能源组合以后,推进的效率必须足够高。还有在高空经常有零下六七十度到零下八九十度的低温情况,低温情况下怎么样保证整个系统能够可靠工作,它的环控问题,以及在平流层飞行策略等等问题,这类问题在类型飞机上都得到了初步解决,而且是自主的。

到了下一步接近应用阶段,要更加强调超长航时的飞行,要具有更高的效率和更高的可靠性。因为现在来讲不像常规的飞机飞几个小时到几十小时,它要飞到一百天,就意味着要飞到两千四百小时一次。而且它要求性价比的情况下,飞机的寿命需要四万到六万小时,要达到民航客机的水平。这里面在轻质化、系统设计,包括低成本方面都有更强的要求。

这里面到了秃鹰,一个是类似卫星模式的超可靠性设计,飞几个月到几年。另外需要更高效率的太阳能量的收集、存储和分配。同时从前期的升阻比20多,30,到发展到更高升阻比的气动模型设计,而且可控的目标需要达到40。低结构重量系数低于30%,同时需要更高的推进效率等等。

从这里面可以看出太阳能无人机在高空使用的时候整个发展趋势,要超高空、超长航时、大型、实用化。二三十米的飞机,几公斤到十几公斤的载荷,还不能满足大目标的需求,还需要更大。这个飞机的目标必须持续在十五到三十公里进行循环,续航要几个月甚至几年。为什么要在十五到三十公里?一个是相对之下停留层大气平稳,第二要在云层之上进行大数据的分析,只有这样才能真的持续工作。第二要有大装载的能力,要满足侦查监视、通信等任务要求。第三个效果有高可靠性,第四要有很好的抗风能力。未来这样的太阳能无人机,至少能够在南北纬45度之间能够全年运行,这个难度其实是非常大的。

下面讲一些高空太阳能无人机的关键技术,应该说由于它的主要特点是大尺度,飞行速度低,尺度来讲从二三十米扩展到六七十米甚至一百米的时候,它很多的动态和操作跟常规的飞机完全不同,尤其它的飞行速度很低。咱们大量的太阳能无人机要实现能量的循环,在未来十年、二十年的科学技术的支撑下,它的速度基本上来讲也就是在海平面一定的速度,八米、十米每秒。这里面会面临很多新的科学问题和工程技术问题。

我们认为有两个新的科学问题,一个是气动上的低Re数,会造成很多气动效率的降低。第二个是翼载小,较常规的要小两个量级,四五千克每平方米。而咱们常规的很多喷气机都是五六百公斤每平方米,两个量级的基础上会造成很复杂的飞行动力学、模型以及解决办法的空白,我们必须去突破。

同时牵扯很多工程技术问题,我们要太阳能无人机飞起来,飞得高、飞得久,要解决的是太阳能无人机总体设计的问题,优化的问题,大机构的柔性设计制造,还有能源推进高效应用的问题,中间如果浪费的比较多,损耗比较多,就会极大的降低飞机性能。

第四个是环境适应性问题。

气动方面来讲,低Re数流动会带来几个挑战。一个是在高空升阻比会降低,会降的比较低。第二个螺旋桨在高空的时候是在几万流动速度的水平,它这个效率如果降低了会严重影响到飞行的高空性能。

第二个是基础理论,我们的太阳能无人机不仅仅是低能耗的问题,由于为了减重,结构上来讲是柔性的。很多都是属于薄膜性质,在一定的速度下会有震动,在柔性的情况下,到底是好还是坏,怎么让它在相对情况下气流不分离,都有很多的技术理论的问题和工程实践的问题。

第三个是CFD,也就是咱们的流体力学计算和风洞实验,这里边对不对、准不准,里面很多机理怎么解决。所以说需要修正低Re空气动力学的理论,需要把刚才说的柔性表面的一些流动机理进行新的探索。需要完善流体力学计算和风洞实验的结果,要改善气动特性的修正方法。

大家都知道那个尺度非常大,是个软的东西,然后又有很多,像太阳能电池表面并不是完全光滑的,以及柔性以后有气弹的问题等等,这全部都需要在气动设计中间和气动计算与实用之间,进行大量的工作,才能解决一个准确性的问题,才能用于总体的性能计算,以及飞行控制等等。

第二个是就是飞行力学和飞行控制问题,由于飞行速度很低。举个例子,像我们飞行的时候在着陆之前是十米每秒的速度,如果是侧飞四米左右,就代表着它是40%。咱们常规民航机着陆速度250公里左右,40%就是100公里的风速,它会有非常严重的飞行问题。实际上来讲飞机在空中飞行的时候,可能零速度甚至退着飞,这里面有很多运动基链的问题,这些都需要解决。需要建立低翼载的整个风场过程中间动力学理论模型还有稳定性分析方法,跟常规的是不一样的,来解决很多惯性耦合问题。

举个例子来说,常规飞机上面晃一晃,它的气动阻比包括扰动还是比较小的,这样对于的飞机会变化一到两个量级。这时候用常规的控制方法和策略模式都是完全有问题的,这里面需要大家去认真的研究,来建立飞行控制方法和策略。

在总体方面来讲,履行太阳能无人机,它一般机翼是设计面,所以它的总体设计方法跟常规的飞机是完全不同的。机翼的面积,机翼的转旋比跟结构的重量,跟动力系统的配置以及能源系统的重量、密度等等,都是完全密切相关的,进行耦合的。同时它的航迹规划、使用环境和任务规划等等强耦合在一起的。所以需要解决的是整体特性、能源推进、行业规划、使用环境等等强耦合优化。

这里面通过这么多年的发展,应该说已经实现了比较精确的各个系统总体气动、动力、能源等等,比较精准的模型,所以这个东西才能逐步的实用化,才能实现能量、功率、重量的平衡。

再有是结构,这个飞机为了飞起来结构一定不能重,像刚才所说的七八十米的飞机,也就是在八百公斤的量级,这样轻质弹性结构会带来非常多的问题。一个是非定常气动力激励模型,一个是结构分析原有的线性方法,在某些局部是不再适应的,需要改进。同时结构振动跟飞行平台很多超稳的模态接近和耦合。所以需要结合低Re数流动问题,结合气弹去确定一些非定常气动模型,来建立模型方法,同时还有大柔度的飞行实验平台,来验证和解决相关的模态耦合问题。同时七八十米到一百米这个量级的太阳能无人机,它的结构优化,工艺方法,大尺度轻量结构强度、刚度、稳定性这些分析方法以及装备方法,都需要做新的研究。

再有一个就是能源推进高效应用技环境的适应性,目前太阳能电池的转换效率,像薄硅可以到20%多一点,薄膜砷化镓到30%左右,这个还是可以的,但是电池现在能用的,国外比较先进的也就是三百多瓦时每公斤。对于西风那样的实现高空越夜还是比较容易的,但是对于更高级翼载,具有五十公斤、一百公斤量级载荷的飞机,它的能量还不太够,还需要做更多的开发。同时来讲像推进电机和记载设备的热管理等等都具有很大的难度。这些都需要进行综合的优化设计,进行仿生实验验证,这些工作量是非常大的。而且必须采用一些新的技术来解决热管理的问题。

应该说太阳能无人机是航空航天的中和,我们在过去很多年里面,航空气动升阻问题,结构重量问题系推进系统效率问题,还有飞行控制问题都在航空口,但是航天口很多像超可靠性的设计,像将来要用起来的时候,要飞几个月、几年的时候,它的运维模式跟卫星接近的问题,热管理环境控制问题,以及卫星上用的比较多的太阳能电池、储能电池等等高效率使用的问题。

最后简单说一下它的应用模式,比较常见通用的,一个是区域宽带接入,还有一个是通信中继,还有广域探测和区域增强等等。

区域宽带接入就是无人机在“一带一路”,在沙漠,在海岛、丛林,人烟相对稀少的地区,它通过高空太阳能无人机,能够实现有效的大面积、大范围的互联网接入。

典型的例子,如果飞在两万米左右的高空,那么它的4G覆盖面积至少在七八十公里的范围,那么它就会有很大的覆盖,几架飞机就可以解决几十、几百基站的问题,解决人烟稀少,通信数据要求带宽不太大的地方,高效使用的问题。

第二个是通信中继,太阳能无人机是远程机与站之间语音和数据中继,可以作为卫星通信中继。

广域探测,光学的,雷达的,对静止目标和动目标等等检测成像等等。

导航增强,包括像太阳能无人机作为空中移动基站,对咱们北斗卫星等等实现一个修正,来提高它的精度。

总得来讲是这样,我们认为太阳能无人机已经具有了有限实用功能的持久驻空能力,从长远来看,作为持久的留空平台,太阳能无人机执行侦查监视、通信中继等任务极具潜力。而且通过平台技术攻关,数十至数百公斤的载荷高空持久任务能力有希望实现的。

第二个随着能源等等技术水平的提升,平台是可以逐步改进的。像我们平台飞好了,像太阳能电池铺好了,储能电池从三百瓦涨到五百瓦的时候,可以通过模块化的更换,使它的高空能力得到巨大的改善。而且它的任务维度可以拓宽,可以从目前的二三十度提升到四十度,更高的维度去使用。任务载荷能力可以从几十公斤到几百公斤提升,未来不久的将来可以以月和年计。我们认为航空航天要融合,要在这方面来讲促进太阳能无人机平台和系统应用能力质变,要把卫星超可靠性设计、运维模式等等跟超长航时的飞行平台结合起来。

我的报告讲完了,不当之处,请批评指正,谢谢!

吴利荣:应该说太阳能无人机,未来是打造低空卫星的发展方向,刚才石总从四个应用场景进行了分享,他对太阳能无人机的认识、关键技术以及实践的经验。我们再次以热烈的掌声感谢石文总司精彩的报告!

下面我们再观看一下国际嘉宾斯皮里提先生对欧洲无人机市场的解读。

Andrea Spiriti:(01:31:25-01:43:55英文演讲)

吴利荣:感谢斯皮里提先生精彩的报告,给我们提出了要提供更专业的服务。

接下来让我们欢迎中国移动(成都)产业研究院苏郁副院长给我们带来的报告题目是“5G网联无人机研究与应用实践”。大家欢迎!

苏郁:各位朋友、各位来宾,大家上午好。请大家再多那么一点点耐心,我知道我今天是上午最后一位报告,台下有很多老朋友、老同事。

我今天报告的主题是“5G网联无人机研究与应用实践”,顾名思义,就是讲5G技术在无人机行业中的应用。大家可能有点疑惑,你是来自中国移动,你跟无人机有啥关系。在5G技术出现之前真的没啥关系,但是5G技术的出现就改变了这个局面。我们的联系在哪里呢?我总结一句话,我们要用5G无线电网络基站信号来代替传统无人机通信与控制数据链路,就这么一个事,把我们中国移动通信运营商和无人机行业联系在了一起。下面的报告我就围绕这个主题为切入点,向大家详细汇报中国移动在这方面做的一些工作。

我来自中国移动成都产业研究院,顾名思义,产业研究院我们不是做基础研究的,我们就是做应用研究的。随着电信行业竞争激烈和市场细分,大家都知道传统的2C市场份额已经很有限了,我们中国14亿人口,我们中国移动一家就有9亿多客户,还有另外两家运营商每家都要卖卡。在座的每位朋友手里不一定只有一张卡,有中国移动的还有两位友商的,现在2C个人市场份额已经不够我们增长。怎么办?我们有句话叫“寻找发展的新动能”,新动能在哪里?我们聚焦于2B行业,要做集团和政企的客户。

为了做5G在2B行业的应用和发展,中国移动总部把成研院布局在成都,服务于全国,面向31个省、直辖市、自治区的中国移动分公司,向他们提供基于5G的行业应用解决方案产品和研究。这就是我们中国移动(成都)研究院的使命和成立的初衷。我们作为中国移动在5G垂直行业应用领域专业研发、运营,支撑一体化的专业公司,我们提供给各个省公司的产品和弹药,就是5G技术在垂直行业包括无人机等领域的一些研发产品和解决方案。

我们院现在有1100多人,成立了两年多,目前我们做了一些工作。作为一个报告的逻辑结构,既然是5G网联无人机的汇报工作,还是要给大家普及一下什么是5G,因为在座的来自各行各业,专业背景也不一样,我简单地给大家回顾一下。5G是相对于2、3、4G来讲的,不是一个专业的准确名词,是个俗称。

源于2015年在瑞士的日内瓦,世界电信联盟IPO召开一次会议,大家讲到4G已经发展差不多了,我们什么时候要搞5G,最后大家定了在2020年5G要进行正式商用,所以起了个名字叫IMT-2020,什么意思?Innovative Micro Technology 2020,国际移动通信2020,这是5G真正名称。我们国家去年也发放了5G商用牌照。

5G能干什么?大家在座的也不一定都来自通信行业,我下面用一分钟,最简单通俗的语言总结几句话告诉大家,5G是什么,5G能干什么用。

国际标准组织规定了5G的三大应用场景。第一个叫增强性移动宽带(eMBB)。通俗地讲就是手机上网,只是相对于4G来讲,手机上网的速度更快,快到什么程度?一场电影4G手机下载一分钟,5G好几秒,这就叫增强性移动宽带。当然它除了下载电影还可以干很多事情,比如远程操作。

第二句话,低时延、高可靠业务(uRLLC),现在炒的很热的无人驾驶汽车,要用5G无线电信号来控制汽车的运行,它必须是高可靠低时延,否则就要出交通事故。还有工业互联网、控制机械臂、控制机床,都要高可靠、低时延。

第三句话,mMTC,一个小M叫massive,大M是Machine,大型机器通信,就是现在俗称的物联网技术。只是在5G的时候物联网技术连接速度更快,速度质量更高,速度数量更多,所以这就是给大家简单总结的5G是什么,它能干什么用。

再给大家介绍一下5G的四个关键技术,我们总结的。第一个叫网络切片,用5G的物理网络根据不同客户的需求,像切片一样切出N个逻辑网络位,为每个不同的客户需求服务,这就叫网络切片技术,现在2、3、4G都做不到。比如说各位现在都定制了三大运营商的业务,有时候玩游戏的时候想让它快,快不起来,想让它慢少收点钱,也慢不起来,在5G的时候就可以实现,因为我们用切片技术。

第二个叫边缘计算,技术的发展也有哲学的意味都是轮回。前几年云计算炒的很热,云计算的优点是很多资源都放在云端。第一是资源共享,第二是利用率平衡。但是也有致命的缺点,第一时间高速度的业务从云端再下载下来速度比较慢,到了5G我们推出了一个边缘计算,顾名思义,在用户的边缘靠近用户。

打个比方,我们有个医院的客户要做远程手术,速度就要快,这个云端放在医院外多不行,要放在医院的里面,放在贴近用户的边缘做快速的计算,其实也是增大了带宽,降低了时延。

第三个叫大规模天线技术,我们叫3D-MIMO,它不是一个新技术,雷达几十年前就用。但是3D-MIMO能干什么?传统的大家说某个角落手机信号不好,我们怎么改善它,我们做一个波速复型,电磁波的波速更聚焦那个角落,使你的手机信号比较集中,你信号就好了。但是传统的MIMO只能做平面的,不能做立体的。到了5G我们可以做立体的波速复型,在不增加发射功率的情况下,我们的带宽吞吐率更高。这是第三个。

最后一个和AI融合,为什么要和AI融合?AI不是一个新名词,早在1956年达特茅斯会议上香农就提出了AI人工智能的概念,为什么这几十年没有发展突然炒热了起来?是因为以5G为代表的信息基础设施完备了,所以催生了AI又成了一个热的话题。就像一辆车发动机的性能再好,如果路不行,照样跑不起来。

现在是以5G为代表的信息基础设施到位了,在它上面AI就能得到更广泛的应用。

简单说这么多,回到今天的主题一,5G网联无人机,这个词是我们自己起的。

无人机在座的都是专家,有一句话叫“无人机数据链之痛”,我们在座的各个厂家都有自己的数据链,没有标准统一的信号。第一它的成本比较高,第二它的距离比较短,部署比较烦。期盼着我们有一个标准的数据链格式,能让所有的无人机厂家都能用,5G就是最好的一个。

中国移动成都研究院我们做了一个工作,我们率先在业内实现了用5G无线电基站信号来控制飞机的飞行,就是代替传统的C2电路,一通俗地讲只要有5G无线电网络覆盖的地方,手机上有5G信号,在这个区域内无人机就可以自由翱翔,不担心它什么时候落在地上。现在航拍时候用自己的摇控器控制它,他飞的远了看不着要掉在地上,有了5G就不一样,不管你看得见还是看不见,只要有5G信号的连续覆盖的地方,无人机就可以自由翱翔,不担心它什么时候落在地上。

我们经过一个测试,首先做了测试,我们的各项指标,这张图表是我们在业内率先做出来的,我们用了几个基站控制飞机的飞行。我们这张表描述了离基站的水平距离越远,高度越高,我们无线网络的指标会有不同的变化。大家可以看到我们的时延还是可以的,我们有一个无线网络优化指标叫RSRP,参考接收信号电瓶。大家看到我们指标在负110TB的时候都是可以的,大家看到我们虽然离基站越来越远,但都是在九十多,良好的范围之内。我们去年测试理想状况坚定了我们做5G网络无人机研发方向,坚持下去使我们更有信心,给我们了一个证据。

我们梳理一下,经过两年多,我们中国移动最终是要面向市场,哪些市场无人机行业是最能够有效发挥作用的?我这排了一个序,公安、交通、港口。我不是拍脑门为了今天的报告随便排个序。把公安放在第一位是我们经过仔细的市场调研来的,是结合了中国现在空域政策管制状况,以及行业的需求,还有我们的产业成熟度三个方面衡量,我们觉得在公安系统大有可为,详细的我在后面还会给各位汇报。

我们中国一移动率先梳理了网联无人机的技术架构体系,首先把它分为云、网、端。所谓云就是我们自主研发的无人机控制管理运营平台,商标注册叫中移凌云无人机管理平台。我们这个平台有三个作用,第一传统的空管飞行管理的功能,起飞、降落、姿态调整、空中障碍避让。第二垂直行业应用,我们把它用于公安,用于交通,我们要有CRM功能,给用户服务好,收多少费,怎么样的资费套餐要设计。同时我们还要第三方开放API,能够培养飞手,进行一些测试认证等等,向更广的业务来推展,这是我们中移凌云管理平台。

我们这个平台道路很简单,平台通过互联网入口,只要能上互联网就能访问我们平台服务器的地址,我们通过机载的5G终端,把它接入5G网络,就像中国移动的手机上网一样,我们这个平台通过手机上网姓名路由接序。可以这样讲,理论上在地球上任何一个地方,只要有5G的基站覆盖,能够上互联网,上我们这个平台,我们平台就可以控制飞机的飞行,我们可以在北京控制它在成都和深圳飞行,不需要到室外操作它,完全可以用这个平台掌控它。这是我们平台的特点,不同于别人的优势之一。

这个平台大家看看,左边还有集成别的合作伙伴载荷功能,像高光谱、多光谱,核心的处理那页是由我们自己开发代码程序设计完成。总而言之,我们想通过我们这个平台来构建更多的良好生态合作伙伴,服务我们各个行业,这是我们的初衷和目的。

除了刚才我讲的我们这个平台是部署在中国移动自己的云资源池上,我们的技术架构体系首先从云上来讲,我们有自主研发的管理平台中移凌云。端我们自己研发出了业内第一款无人机机载专用5G通信终端,我们叫哈勃一号。这是它的物理性能指标,这是它的电器性能指标。我们有两款,一款基于高通芯片,一款基于华为海思芯片,华为海思有一点困难,但不管怎么做,这都是我们冗余备份产品。我们哈勃一号终端装在无人机上,通过5G的信号接收把这个无人机接入中国移动5G核心网,5G核心网再接入中国移动的CM net,中国移动数据互联网平台入口,我们就能访问刚才介绍的中移凌云无人机管理平台服务器地址,从而用平台控制飞机的飞行。

我们还要融入千行百业,我们现在和几个无人机厂家在推动哈勃一号内装,无人机出厂之前,我们把哈勃一号5G通信终端预装在飞控板里,两个选择,无人机厂家出厂一个用自己的数据链,一个预装用中国移动的5G网络来做数据控制链。

除了刚才介绍的云和端,我们主要的优势要靠中国移动这张很大的5G网络。中国移动今年底要在全国地级以上城市实现主城区5G网络连续覆盖,到了明年年底实现全中国乡镇以上的主城区5G网络覆盖。没有任何一个无人机数据链路有中国移动5G网络这么大的规模,这是我们的优势。但是任何一个运营商不可能投资建两张网络,一张辐射天空的无人机,一张服务于地面的普通用户网络,投资成本太大。所以我们要做低空的网络研究,覆盖研究和优化。

经过我们的研究,移动网络不做任何的参数和调整,我们信号能达到三百米左右的高空,这样基本覆盖了70%、80%的无人机应用。再往上三百到一千米,我们就要进行空中的专网+地面的公网结合覆盖,我们专门建一些基站是服务于空中无人机的,天线朝空中的。再高我们就要和公网、专网再加卫星链路相结合,来进行数据链的输送,这是我们自己的研究。

总结一下,刚才我梳理了中国移动5G网联无人机技术架构体系就是,云我们有云管理平台,网我们有中国移动5G网络,端有自主研发的无人机机载终端哈勃一号,在云网端的基础上构建一个好的生态,推动无人机的应用。

最后,第一部分我讲一下两年多来实际的应用案例,我讲的例子全都是已经有市场和合同落地的,我们不谈PPT上的应用。

这是去年4月17号央视二套到我们院采访,我们和成都消防总队做了一个消防演练,我们用消防无人机在5G基站的信号控制下进行高层消防。这是多架次的,一次起飞三到五架,进行先到高层投破窗弹破窗,最后洒灭火剂,最后喷冷凝胶降温。这个案例成功启示我们我们在无线网络规划研究的时候,不仅要考虑普通用户打电话的容量,还要兼顾将来能对无人机控制多架次下的开销和资源我们要考虑。

我们这个项目获得了去年世界移动通信大会上海展颁发的“智慧城市先锋奖”,全国只有四个单位获此奖项。阿里、华为、中国电信、中国移动。中国移动这个奖就来自中国移动成都研究院,其他三个单位获得的奖不是无人机的,因为它叫“智慧城市先锋奖”涵盖的专业领域很多,只有我们这个奖项是无人机里的奖项,给大家做一个汇报。

第二个案例叫应急通信,大家都知道如果一个地方地震了、水灾了,通信基站全部毁坏了,那就没法进行通信。我们用大型固定翼无人机搭载移动通讯基站在空中盘旋,相当一个空中基站一样,不断地辐射无线电信号到地方,作为一个空中流动的移动通讯基站,来提供大众的通讯服务,我们成功做到了这一点,也是业内第一。

这是我们和翼龙无人机平台进行合作,搭载了华为的移动通信基站。做这个事情以前我们有三个没把握。

第一个没把握,大家都知道通信上有一个多普勒效应,多普勒效应在日常生活中最简单的例子。老式的蒸汽火车体,进站台的时候火车的汽笛声从尖锐变得低沉,它离开站台由近而远的时候,逐渐变得低沉到尖锐。这是什么原因?是因为我们观察者和被观察者之间由于速度和位移相对发生了变化,从而产生电磁波的频率发生了偏移,声波也是一种电磁波,我们无人机搭载基站在空中盘旋,速度最快有三百公里,二百多,三百多,能不能做到电磁波频率不偏离,从而不影响我们的通信,这是我们第一个没把握。

第二个没把握,我刚才给大家汇报了,华为的基站装在飞机的肚子里,它装在飞机的肚子里,进行盘旋的时候飞机航空专业有一个滚转角度,一个震动,能不能使基站稳定运行,我们第二个没把握。

第三个没把握,我们飞机搭载空中基站是个孤岛,得接近5G核心网址,怎么接?我们通过机头上拱起来这个叫卫通罩,我们都用的54所的卫通设备。它是对着空中波段的卫星落地到成都地面站,从成都的地面站再通过光缆接进四川移动的核心网机房,实现空中基站接入核心网的核心组网。我们飞机这么高的速度盘旋,能不能锁住卫星频道,是我们第三个没把握。搞个网络优化的都知道,我们地面卫星通信车停到那,禁止到那,把这个锅竖起来,没个五六分钟搜不到卫星频道,我们现在时速也不过是三四十公里的行进来锁卫星频道。那么我们飞机二三百公里的时速能不能锁住频道,这是我们第三个没把握。

后来通过我们团队的努力,我们把三个问题都解决了。解决了以后我们今年6月17号在宁夏固原,翼龙的实验飞行基地进行了第一次测试,情况非常好。我们可以覆盖地面50公里左右的通信服务,央视也进行了报道。

成功以后,应急管理部组织中航工业集团和中国移动成研院进行了第二次试飞,9月29号,从贵州安顺飞机凌晨起飞,飞到了四川的凉山木里上空,因为木里经常发生森林火灾,应急管理部就组织测试通信平台行不行,也得到了很好的效果。央视在10月3号新闻直播间也进行了报道。得到了令人满意的成果。

第三个应用,3月2号刚介绍了5G网联无人机的技术体系产品和能力,我们成功中标了中央某部委,这里我就不具体讲了。我们最高的权力机关也使用我们的产品,同时我们这个产品给大家汇报,已经进入了国务院国资委央企自主研发优势产品清单。

第四个应用,我们和深圳公安局联合打造了业内第一个5G网联无人机的警用巡防,巡逻防控应用。我们在深圳世纪之窗周围17公里,深圳的5G基站建的非常好,连续覆盖。17公里连续飞行,这样我们警员就不用到室外操作了,光在办公室看平台,就可以通过平台控制飞机,通过飞机回传回来的图像和视频,能看到正常的城市巡逻防控状况,这是我们平台的优势。

最后有一点展望,我们体系下一步研发方向是什么?第一缩短视频低时延,我们端到端的时延60多,我们还有改进的空间,我指的是从平台到发出指令控制飞机飞行,到回传数据这么一个端到端。我们对编码的技术还要研究,对端到端时延的流程还要进行研究。

第二要进行低空组网的研究,我刚讲了5G网联靠的是中国移动这张广阔比较大的5G网络,网络怎么样优化调整,节省投资,又能服务我们的无人机,这是我们研究的课题。

第三个是目标的识别与跟踪,现在业内没有人说能用一个平台在后台看到飞机,通过飞机送回来的信号,能通过AI自动识别目标。现在都是靠飞机拍个视频传回来,才能看到拍的是什么。

昨天在海淀机场,我们和公安大学联合演练,光靠平台通过AI算法识别车牌号码,这对公安系统是很重要的应用。我们提的目标也不是非常远大,要从最贴近实际的需求来看。我们先能识别车,第二能识别建筑物,第三识别人,先把这三个重要元素搞清。最后再做识别什么样的车,什么颜色的车,识别多少人,多少人以上算聚集,要驱散等等应用,我们全靠AI算法,这个业内我们算是第一家乐观能做到的,当然还有很多改进的空间。

最后一张片子,我们不仅要铸剑还要造盾,我们和华为还有公安大学,我们在研究如何利用中国移动这张5G网络,来侦测反治无人机,没有一个手段有中国移动5G这张网这么大。现在用的所谓低空雷达等等别的手段,距离、覆盖范围都有限,而且成本也大。我刚介绍了到明年底前,中国移动在全中国所有的乡镇以上5G信号连续覆盖,当无人机飞过的时候,我们用一个靠近它的A基站向它主动发射电磁波做主动雷达。通过反射到相邻的B基站做接收,通过相邻基站确认它的目标和位置,这是我们要做的很有意义的课题。我们正在这个方向努力。没有一张网像中国移动5G网络这么大,这么方便,去逮无人机的这只鸟。

最后这句话是我写的,当新技术出现的时候和传统赋能会带来颠覆性的创新,难免会有失败,但我们不能因为失败不去尝试,我们的态度是允许试错,一经失败要反复尝试,不怕失败。所以叫Try to fail,not fail to try。

我的汇报就到这里,谢谢大家!

吴利荣:感谢苏院长精彩报告,利用5G给无人机插上了翅膀,实际上也为未来很多行业应用提供了一个很好的实践经验分享,包括为未来行业应用打开了目前的一角。

以上是全部主论坛的报告,感谢各位院士、嘉宾精彩分享,与会嘉宾的支持。

现在我宣布主论坛到此结束,谢谢大家!

来源:C114通信网

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本评论 更新于:2024-3-28 16:27:29
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