1.1　民用无人机及其行业应用

无人机可按照应用领域分为民用无人机和军用无人机。自从1917年通用公司的“凯特灵”空中鱼雷机（Kettering Bug）发明以来，军用无人机几乎伴随着载人飞机同步发展，如英国“蜂王”可复用无人机、美国在越南战争中使用的“火蜂”无人机等。如今，军用无人机向长续航和高负载等方向高速发展，如中国的“翼龙-Ⅱ”和“MQ-9死神”等，可以用于军事侦察、信号基站和目标干扰等。相对而言，民用无人机的发展很晚，起步于21世纪。2006年，大疆创新品牌创立，随后借助出色的科技实力不断创造奇迹，时至今日，大疆创新仍然稳坐全球民用无人机市场的龙头老大，不断在扩大民用市场方面做出积极贡献。2014年，全球无人机销量达到39万架，其中民用无人机已经占据了96%。无人机的民用时代已经到来！

1.1.1　民用无人机特点与类型

本节将介绍民用无人机的特点和常见类型。在宏观上了解了无人机的基本特征后，读者就可以大胆思考民用无人机的行业应用方向了。

1. 民用无人机的特点

相对于民用载人飞机而言，民用无人机具有以下几个特点。

1）成本低

一方面，民用载人飞机在作业时需要搭载飞行员操作飞机，需要业务人员操作仪器设备，成本很高，而无人机的尺度大小仅取决于其运载设备，因此可以实现微型化。例如，大疆御Mini的重量仅为249g，搭载了高清云台相机的同时拥有着长达半个小时的续航能力。另一方面，无人机的结构简单，不需要极其复杂且完备的安全系统。轻量化机身和简单的结构降低了无人机制造、使用和维保等方面的成本。

2）机动灵活

较小的尺寸使得无人机的惯性很低，操作上非常灵活。例如，日本设计团队Tornado X Blades Racing的GT-R Drone无人机从悬停到100km/h的加速时间可低至1.3s，可谓“遥控在手，随心所动”。类似灵活的穿越机在航拍领域拥有着独特的优势，可以达到常规航拍无人机无法达到的拍摄效果。另外，无人机对于起飞和降落的场地的限制很小，适合飞手随身携带，在少许平地上即可完成起降动作。

3）自动完成规划任务

对于许多测绘和巡检任务而言，可能需要数小时甚至数天的飞行才能完成数据采集。相对于载人飞机需要飞行员时刻坚守岗位，无人机飞行控制器可自动规划并完成任务。当然，必要时也可以采用多台无人机同时执行不同区域的数据采集任务。例如，大疆司空无人机综合在线管理平台即可同时管理多台大疆无人机协同工作，完成预定任务，可大大缩短任务时间。

4）适合高危环境

在执行一些环境危险的飞行任务时，使用无人机作业既可以保护人员安全，又具有灵活便利的天生优势。例如，在消防领域，使用御2双光行业版无人机可作为“先遣部队”率先搜索着火点并实时掌握火势情况，可迅速定位灭火区域，判断是否存在人员需要救援，避免人员盲目接近导致的不必要的人员和财物损失。

2. 民用无人机的分类

民用无人机具有多种分类方法。例如，按照应用方向的不同，民用无人机包括消费级无人机和工业级无人机；按照功能的不同，分为航拍无人机、植保无人机、航测无人机等。这里详细介绍几种按照不同飞行平台分类的无人机类型，包括旋翼无人机、固定翼无人机、无人飞艇、扑翼无人机等。其中最常见的为旋翼无人机和固定翼无人机。无人飞艇常用于气象领域，而扑翼无人机的结构复杂且稳定性较差，因而应用较少。另外，旋翼无人机被划分为无人直升机和多旋翼无人机两类，如图1-1所示。

1）无人直升机

无人直升机是采用单旋翼（或共轴双旋翼）提供升力的无人机，而机动能力需要依靠尾桨等部件，结构相对复杂，不太适合于微型化，通常用于高负荷的应用中。另一方面，无人直升机的操纵也较为复杂，对飞手的要求很高，因此较难以在民用领域推广。

2）多旋翼无人机

多旋翼无人机是利用至少3个旋翼提供升力和机动能力的无人机，且其旋翼数量通常为偶数，如四旋翼、六旋翼和八旋翼等，这是因为偶数个螺旋桨可通过配对正反转的方式彼此抵消旋转的力矩平衡。一般情况下，螺旋桨数量越多，机身的稳定性就越强。多旋翼无人机因操作简单被广泛应用，但是多旋翼无人机的续航时间和负载能力较差。大疆的多旋翼无人机续航时间通常在30min左右。

3）固定翼无人机

固定翼无人机是通过至少一个螺旋桨（或其他动力设备）提供向前的推力，通过主翼提供升力，通过副翼和尾翼控制飞机姿态的无人机。由于螺旋桨提供的推力不是无人机升力的直接来源，固定翼无人机可实现空中“滑行”，因而可提供较大的负载能力和超长的续航时间，这是旋翼无人机无法媲美的。但是，固定翼无人机不仅对飞手的能力要求较高，而且需要必要的场地（或是特定的起落设备），常用于航测和探查等需要长时间滞空的无人机应用领域。固定翼无人机无法定点悬停，因此通常不适合于一般性航拍和电力巡检等应用。

几种不同飞行平台的无人机的比较如表1-1所示。

1.1.2　民用无人机行业应用

民用无人机的应用潜力是十分广阔的，其主要的用途包括航拍摄影、遥感航测、刑事侦查、地质勘察和管线巡检等，涉及通信、电力、气象和林草等多种行业。

1）航拍摄影

航拍摄影是民用无人机最广泛的应用之一。相对于传统的地面摄影方式，无人机航拍摄影具有更高的视点，以及更加全面的方位，具有从高空平视地平线或者俯视地面等独特视角。因此，无人机摄影作品更为“宏观”和“大气”，构图思路也可以别具一格。由于多旋翼无人机可定点悬停，从而方便了许多特殊的艺术手法。例如，定点悬停给予了飞手多角度拍摄合成的机会，如可轻松完成全景照片（Panorama）的拍摄和合成。此外，在同一视点规律性地重复拍摄可完成延时摄影。大疆无人机的出现大大降低了航拍的准入门槛，不仅仅在文艺演出、体育赛事、婚庆活动和电影行业等广泛应用，而且普通人通过简单的学习就可以拍摄出非常漂亮的作品。

2）遥感航测

大面积航测的传统方法通常采用载人直升机的方式采集照片数据，不仅需要专业的飞行员和测量从业人员的支持，而且还需要专用的场地用于起飞降落，耗费大量人力和物力的同时，外业数据采集通常需要很长的时间。无人机的出现大大降低了航测成本，并具有高时效性、高分辨率和高现势性等特点。对于大面积的航测来说，可在地面站中规划好航线后进行多个架次的作业，也可以让多台无人机同时作业。被采集的照片经过Pix4D和Inpho等软件的内业处理，即可形成拍摄区域内高精度、高分辨率的数字表面模型（DigitalSurface Model，DSM）、数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）与数字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM）等成果。另外，使用大疆D-RTK 2移动站（或使用大疆精灵4 RTK版）可为航测数据提供实时的差分数据进行校正，从而获得厘米级的高精度数据。

3）管线巡检

许多输电线路、石油管路和天然气管道布设在林地、山地、戈壁等复杂地形中，采用传统方法对这些管线进行巡查需要较大的人力成本和较高的风险。通过无人机在这些管线上方或者周围飞行，并通过相机记录高清的影像资料，即可获得完整的管线记录，通过拼接后可获得管线巡检图。例如，通过大疆M300 RTK的巡检复演、精准复拍和超清矩阵拍照功能可帮助无人机快速地获取管线数据。

4）植保与精准农业

大型的植保无人机具有较大的负荷能力，可在一定的农田范围内进行播种、除草、防病肥和授粉等工作，例如，搭载作物种子对水稻和蔬菜等作物进行播种，搭载农药对作物进行精准喷洒驱虫、驱害，搭载尿素及各种营养元素的叶面肥，从而提高作物产量。

搭载多光谱相机的无人机可获得研究区的多光谱影像数据，这为研究自然植被和农作物生长检测提供更多的指向性信息。例如，可以利用作物的光谱特征分析和判断作物的生长状况，通过生物量估算模型方法估计产量等。例如，通过精灵4多光谱版和T20植保无人机配合使用可根据植被的生长状况实时调整农药和叶面肥施用作业时的喷洒量。

5）地质与灾情勘探

许多地质灾害和火灾等会构成相对危险的环境，使用无人机可更加全面和宏观地掌握灾情状况，从而做出正确的决策。例如，在地震和滑坡等灾害中通过无人机航测可分析其地形变化，从而推断灾害发生的过程，并可辅助设计搜救线路。在火灾中，利用热红外镜头可以迅速地判断起火点和分析火灾发生时各个位置的温度，从而避免暗火复燃。

除上述行业应用外，民用无人机还有众多潜在的应用市场，如大气分析、资源勘探、反恐维稳和缉私缉毒，甚至是在小区内送快递等，此处不再一一列举。

1.1.3　民用无人机驾驶规范

无人机使用不当是非常危险的！例如，高速旋转的螺旋桨可能对人身造成伤害；超高违规飞行的无人机会干扰民航和军用空域，对载人飞机的正常飞行造成威胁。例如，2017年，杭州萧山机场和成都双流机场分别出现了多起无人机干扰正常民航飞行的事件。因此，在学习使用无人机，以及进行二次开发前必须要掌握国家的相关法律法规，以避免引起不必要的麻烦。在中国大陆，使用民用无人机应当注意以下几个方面。

1. 民用无人机的实名备案

根据中国民用航空局在2017年发布的《民用无人机驾驶航空器实名制登记管理规定》，所有在中华人民共和国境内最大起飞重量为250克（含）以上的民用无人机均需要在中国民用航空局的无人机实名登记系统进行注册备案。

2. 民用无人机的“驾照”

中国航空器拥有者及驾驶员协会（Aircraft Owners and Pilots Association of China，AOPA）负责无人机驾驶员的考试、管理和监督。AOPA无人机驾驶证分为多旋翼、固定翼和直升机等类型，并将驾驶人分为视距内驾驶员、超视距驾驶员和教练三个级别。对于专业的无人机驾驶员来说，AOPA无人机驾驶证是飞行的必备证件。

根据2013年《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》的相关要求，在室内驾驶无人机或者视距内（500m半径内，相对高度120m以内）运行的微型无人机（小于7kg）、在空旷的非人口稠密区进行试验的无人机，不需要AOPA驾照。

读者可以根据实际情况在使用无人机和开发相关应用程序之前判断是否需要AOPA驾照。

3. 无人机禁飞区

中国民航总局对军用和民用机场等可能对公共安全造成威胁的地区明令禁止在未经许可的情况下使用无人机，并在其周围设置了限飞区。大疆无人机通过GEO地理围栏系统集成了这些禁飞区，根据无人机定位情况在禁飞区内无法起飞，在限制飞行的区域具有一定高度和距离的限制。

因此，在使用无人机时应特别注意飞行是否符合规定，避免在机场、军事设施、人口稠密的车站、旅游景点等地区飞行，以防止对自身和其他人造成损失。但是，如果确实需要对这些区域进行拍摄，可以向当地空管、空军申报或通过公安等政府部门提交申请后飞行。对于大疆无人机而言，在取得了当地相关部门的许可之后，通过flysafe@dji.com邮箱联系大疆即可解锁禁飞区。

除上述规定外，地方政府或其他机构可能还会对无人机飞行进行限制，请任何组织和个人在飞行前要确认符合规定，遵守相应的法律法规，并且详细阅读无人机说明书等相关资料（如大疆无人机的《免责声明和安全概要》），注意人员、财产与国家安全。