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无人机一般是指无人驾驶飞机，主要是借助先进的无线遥控设备和电子芯片来对飞行路径上的飞行器进行直接、间接的控制，以确保其可以正常的运行。通常情况下，无人机的诞生和发展与人工智能、电子技术、人机交互、机器学习等技术保持着密切的相关性，其既可以对地球面貌信息进行实时采集，而且还可以绘制地球遥感数据。如今，随着无人机技术的发展，不仅引起了科研机构和企业的兴趣，而且在越来越多的领域中得到广泛应用，并取得了比较理想的应用效果。
（图源网络）
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一、无人机行业发展背景
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近年来，国家层面出台了一系列政策推动国内无人机行业的发展。2022年1月民航局发布的《“十四五”民用航空发展规划》重点提出要大力引导无人机创新发展，积极拓展服务领域，完善法规标准体系，创新无人机产业生态等。
随着中国无人机专业领域技术水平的不断进步和社会大众对如无人机及应用技术行业认知程度的提高，无人机系统及无人机应用技术在持续向好的发展环境和产业环境中迅速增长。2014-2022年期间，我国无人机专利申请量合计121640件，2021年超过2万件的峰值。
无人机作为一种具有广泛应用前景的新兴技术，已经在多个领域展示出巨大潜力。无人机行业经历了快速的发展历程。无人机早期主要应用于军事领域，先后被用于靶机、侦查、情报探测、携弹打击等。20世纪80年代以来，美国、日本、中国纷纷探索无人机在民用领域的应用。2008年至2014年，受益于信息化、任务载荷、卫星导航等技术的发展，无人机在军事领域及工业领域应用日益广泛。2014年至今，随着无人机产业链趋于成熟，飞控与导航技术的快速发展，技术不断的进步和成本的不断降低，无人机具备了小型化、智能化、低成本的条件，消费级无人机快速发展，无人机逐渐应用于民用领域。从最初的航拍和摄像，到如今的物流配送、建筑、消防、巡检、安防监控、农林植保、测绘与地理信息等领域，无人机的应用范围不断扩大。
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二、无人机行业应用
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（一）安全生产
01
安全生产部门监管
工矿企业、煤矿、非煤矿山、企业园区或工业园区等场所易存在监管盲区，部分生产装置人员无法抵近，监管存在困难。通过行业无人机应用，对该类场所进行安全生产检查，无人机提供灵活机动的空中视角，解决监管人员视角盲区。
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02
企业安全生产自查
安全生产隐患排查存在视角盲区；无法开展全天候、常态化安全生产巡检。
无人机具备灵活机动的空中视角，可对企业内的重点部位、危险源、管线、作业流程等进行安全自查，与地面形成有效互补，为隐患排查降本增效；可以开展全天候、自动化、常态化的安全生产空中巡检，巡检素材自动归档，形成巡检历史记录等数字化资产。
03
安全生产事故处置
在安全生产事故发生后，救援队伍使用无人机通过空中视角对灾情进行评估、研判，开展辅助救援工作。安全事故处置，往往侦查难：化工生产装置种类繁多，管道（线）纵横交错，一旦发生火灾，极易产生连锁反应，引发爆燃、爆炸；处置难：化工企业使用的原料、半成品、成品、副产品等具备易燃、易爆、有毒、有腐蚀性等特点，处置难度较大。
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使用无人机从空中对灾情进行侦查评估、灾害数据采集，高低温隐患排查、有毒有害气体检测；无人机取代部分人工侦查，减少人员涉险抵近，为救援人员保驾护航。
（二）建筑工程应用
01
勘察设计
勘察设计过程汇总，施工环境数据采集效率低，导致工程周期延长，难以满足及时交付的需求；外业工作量大，人员、时间、设备投入成本高；测绘成果单一，仅限于数字线划图，无法提供可视化实景模型。
在工程勘察设计中，无人机高效采集数据，降低外业成本，提供高精度二维、三维模型数据有效辅助勘察设计工作开展。通过无人及应用，能快速构建二维正射影像以及三维模型，为设计人员提供丰富的地理信息参考；无人机操作简单便捷，自动化程度高，大幅提升测绘效率并降低了外业成本；设计图纸能与实景二维、三维模型叠加，直观展示设计效果。
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02
施工监理
工程施工过程中，工程的跨度大、周期长，管理人员对施工进度缺乏有效的监测手段；固定摄像头难以覆盖工地全貌，常规视频信息数据量大，难以从中获取有效的关键信息，而且存在监控死角；施工土方测量难度高，效率低，人员投入大。
通过无人机应用，实现用信息化手段动态掌握工地状况，全面管理施工进度。无人机应用可以快速生成施工区域二维、三维模型，全面掌握工程进展，保存完整历史信息；通过三维模型构建动态施工变化图，直观展示施工进度；基于无人机建模计算土方量，速度快，成本更低。
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03
智慧工地
建设工程前期投资阶段缺乏详细的数据支撑，同时各类数据纷繁复杂，难以共享；施工过程中安全隐患众多，不能够及时了解现场实时状态情况；使用传统仪器测量土方量，测量周期长，条件受限，时间成本高，生产力低下；传统工程进度采用报告、报表形式，数据不直观、不准确，报告不真实。
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无人机在房屋建筑业（房建）和土木工程建筑业（基建）涉及到的勘察设计阶段、施工阶段及运维阶段都可以进行无人机实际应用，能够提高整体施工效率。具体体现为：无人机前期采集数据分析填挖方量，计算工程量信息，数据及时共享；无人机通过高空视角对人员进行安全巡视，对重点区域及机械等进行安全巡检；基于三维点云或三维模型做测量，真实客观可重复，拟合地形点云数量百倍以上；工程进度可通过全景图、正射影像、三维模型等多种形式直观展示。
无人机高效巡检方案工作模式：通过行业无人机在工地进行人员巡视及设备巡检，能够快速通过高空视角进行重点区域及人员的巡视及巡检，尤其在线性工程项目中，人员巡检效率低下，需要通过无人机巡检提高效率。
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无人机施工管理辅助工作模式：大型工程施工现场，通过行业无人机可以定时定点采集数据，生产高精度三维模型，更好的利用了无人机数据，为工程建筑领域提供更智慧的管理，更高效的使用高精地图、三维模型和测量数据。通过将实景模型和工程图纸精准叠加，清晰看出现场实地与工程图纸的关系，辅助施工部署与进度纠偏等决策。同时可实现全量数据测量，对于高柱墩台、深大基坑、高大边坡等人工不易到达的工点，可通过实景模型快速进行尺寸测量和质量检查。
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04
运营维护
工程运维需要数字化模型，传统方式数字化成本高，精度低；传统作业方式无法提供可视化验收或巡检成果展示。
通过无人机快速建模等手段高效采集建筑设施数据，实现运营维护数字化，有效降低运维成本。对建筑或设施快速构建三维模型，为工程验收以及运维提供精准的数字支撑；无人机可对建筑进行贴近摄影测量，建模精度高。
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（三）水厂及设施监测
水厂内设施巡检：水厂内通常有复杂的管道、阀门以及各类器械，由于数字化应用的缺失和投入使用时间长，需要大量人工巡检，排查跑冒滴漏，线路裸露，监测设备运行状态，并且对站内设施进行精细化巡检，及时发现问题，维护场站运行安全。
同时还存在厂内设备繁多，防爆要求高，无人机不宜抵近观察；厂内结构复杂，地面工作人员存在视角盲区，无法做到全方面巡查；数据难保存，传统人工巡检过程无法数字化、留档、回溯等问题。
通过无人机应用，实现高空视角变焦巡检，减少人工徒步辛劳，保障人身及生产安全；高效精准拍摄阀门、读表信息，保证巡检作业质量；巡检数据可保存留档，方便回溯等功能。
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厂内气体检测：采用无人机搭载气体检测仪，检测温湿度、PM2.5、PM10、易燃易爆、有毒有害、臭气等气体，可根据所需自由组合监测因子。配合气体监测软件及平台实时查看无人机所在处环境的气体数据，辅助获知厂内大气质量，并采取相关措施。
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（四）农业
01
作业场景
喷洒：
（农田喷洒）
（果树喷洒）
（林业飞防）
撒播：
（农田撒播）
（果树撒播）
（水产撒播）
02
无人机及智慧农业生态系统
通过无人机及智慧农业系统平台，即可实现自动巡田、土地平整监测、出苗识别、长势分析、处方图变量作业等智慧农业解决方案。依据作物生长情况，结合农田处方图，农业无人飞机即可实现精准变量作业，如水稻变量施肥，棉花变量化控，大豆、玉米变量营养液等。
智能喷洒：在作物病虫害防治中，采用植保无人飞机进行农药喷洒作业，可提高农药利用率，减少农药浪费，避免伤苗压苗，实现减药控害，提质增产的目标。
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均匀播撒：搭载播撒系统的植保无人飞机可在山地、丘陵、梯田、平原实现全自主水稻直播和扬肥作业，具备播撒均匀、效率高、成本低等优势，帮助种植者解决人工播撒不均匀、费时费力等难题。
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变量作业：变量作业满足更高层次的精准农业业务需求。针对水稻撒肥、棉花化控、马铃薯喷施叶面肥等环节，利用无人机获取作物的多光谱影像，配合智慧农业平台生成NDVI植被指数，捕捉作物长势差异，生成处方图进行分析，配合农业无人飞机进行变量施肥用药，降本增产、绿色环保。帮助种植户进一步降低运营成本，提高亩产值。
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智能巡田：通过无人机可以进行自动巡田作业，巡田影像可通过 4G 网络实时上传至智慧农业平台，及时发现田间缺苗、杂草、倒伏等异常情况，利用AI识别也可完成棉花出苗识别、稻麦测产等智能分析，实现作物生长信息实时共享，指导农事活动，一人轻松管理千亩农田。
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数字管理：依托智慧化农业平台，农业从事者可对粮食作物播种、施药、施肥等作业进行全程在线管理，对作业参数进行数字化记录和分析、对作业质量进行把控。农事活动管理更高效、更智能。
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长势监测：实时长势监测，降低减产风险。使用精灵 4 多光谱版对作物生长情况进行多光谱采集，通过NDVI 值判断作物的健康状态，远程掌握作物长势，帮助种植户迅速发现病虫害，及时采取防治措施。
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精准施药：果树模式帮助实现果树全自主精准施药作业。经济作物种植环境相对复杂，果树模式支持定点喷洒、连续喷洒、针对不同树龄果树，可选择不同喷洒模式，有效减少农药浪费，提高防治效果和效率。
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果园管理：人工智能助力果园管理，节省人力成本。在采集果园地理信息，对果园进行二维建图后，可自动快速识别果树，统计果树棵数，计算果园面积，区分果树与障碍物，并且能够生成农业无人飞机三维作业航线，作业更安全。
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（五）环保
01
气体监测
通过为无人机添加气体监测模块，辅助气体监测软件，可对大气环境各类污染物进行采集分析，可自由组合监测因子，实时获取环境中温湿度、PM2.5、PM10、CO、SO₂、NO₂、O₃、VOCs、易燃易爆、有毒有害、臭气等多参数的三维空间分布信息，并可在后期拓展气象五参、TDLAS甲烷监测模块、核辐射、气体采集模块，配套智能可视化分析软件，可对采集的数据进行实时和事后分析，并将其实时转化为直观的可决策信息及分析报告。
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水质监测：搭配无人机超视距水体采样智能系统。单次最大采水量 2L，内置高精度毫米波雷达、超广角夜视相机，具备强大的环境感知能力和多种用户友好功能，在采样点导航、水样定深采集、任务记录、工作汇报等方面提升效率并降低成本。
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同时无人机还可应用于水体富营养化监测。
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无人机应用展望
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随着科技的不断发展，无人机在未来将继续发挥重要作用，并呈现出以下几个发展趋势：
1、市场规模持续扩大：根据赛迪研究院发布的《2024年中国无人机产业发展形势展望》，不完全统计2023年全国无人机相关企业已超1.6万家，其中，处于中游环节的企业超过1.2万家。目前，中国工业无人机产业链上游零部件及分系统研制商主要有欣旺达、德赛电池、鹏辉能源、格瑞普等；中游工业无人机整机制造商主要包括大疆、极飞科技、零度智控、易瓦特等；下游应用领域主要包括地理测绘、巡检、农林植保、快递物流、气象观测等。
2、应用场景不断拓展：低空经济的快速发展，将为无人机拓展更多应用场景。专家认为，无人机将从狭窄的“会飞的相机”进入到更多场景，从消费市场进入到工业市场。目前，无人机在农业、工业、防火、物流、公共安全等领域已全面应用。
3、 技术不断创新：无人机技术将不断创新，实现功能多样化和性能更优化。例如，无人机将具备更加精准的定位和导航能力，能够在复杂环境中自主飞行。同时，无人机将与其他技术融合，如人工智能、大数据等，提高其智能化水平。
4、行业监管不断加强：随着无人机应用的不断普及，相关的法律法规和监管政策也将不断完善。政府将加强对无人机的管理，保障公众安全和隐私。
5、公司当前施工的沙河水质净化厂等2个项目，为大型环保类重点设施项目。在项目施工过程中，采用无人机进行全景、实景三维模型制作，并与BIM模型相结合，实现施工场地布置、进度管理、现场安全质量巡查等，辅助项目管理。
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6、在后续公司业务范围内，无论是从“厂-网-河-岸”类环保项目的巡查巡检、空天地一体化自动监测、地形及实景三维模型创建及分析、智慧工地辅助施工管理、智能巡查辅助水厂运营等管理应用，到高标准农田及盐碱地治理的地籍测量、土地利用率覆盖、地形测量、空间规划、智能撒播施肥、智能巡田等智慧农业应用，无人机将发挥更加重要的作用，助力公司在生态环保领域实现自动监测、智能建造、智慧运营。
素材 | 科创中心
供稿 | 科创中心
编辑 | 廖晓崔
审核 | 迟增君
