无人机产业深度调研展望分析报告文档格式.docx
- 文档编号:13880994
- 上传时间:2022-10-14
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:4.70MB
无人机产业深度调研展望分析报告文档格式.docx
《无人机产业深度调研展望分析报告文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无人机产业深度调研展望分析报告文档格式.docx(28页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2.120年来无人机技术不断突破
在我国,航模运动可以视作无人机的起点。
上世纪九十年代全国各地开始举办为数众多的航模大赛,航模大赛上的参赛遥控飞机可视为现代无人机的雏形。
在当时,遥控飞机的动力系统、机架结构等均已比较成熟,但操控方式的复杂以及对操控人员反映的极高要求极大地限制了遥控飞机的应用范围。
遥控飞机只能作为玩具与竞技比赛而存在。
表2:
现代无人机主要结构
现代无人机实用化的核心在于自动驾驶仪技术的普及。
在原始的航模竞技中,操控者需要具体操控舵机改变航模机舵面进而完成航模机的姿态调整。
这个过程的实现需要操控者对从底层开始对航模机的控制系统具有深入认识,这大大提高了对操控者的技术要求。
无人机自动驾驶仪将操控过程中调整舵机到改变飞行姿态的过程纳入自动处理过程中,操控者只需给出大致指令而无需太过关注飞行中的具体操作。
对飞行操作的简化使得对无人机的关注点从如何实现飞行控制转变为无人机任务载荷。
这意味着无人机作为一个自动飞行功能平台,通过搭载不同的任务载荷,可以实现对多种应用场景的覆盖,这大大提高了了无人机的实用性和应用潜力。
自动驾驶仪的技术沿革遵循Arduino–APM–PX4/PIXHawk的技术路线。
作为自动驾驶仪技术普及的起点,Andruino平台由于软件的完全开源和硬件的低成本批量生产给予全世界飞控平台开发者低成本的应用开发解决方案。
在此基础上,2007年由无人机DIY社区DIYdrones改良设计的新型飞控平台APM标志着开源飞控平台技术的成熟。
在Andruino基础上增加了惯性组件的APM可以搭载于多旋翼、固定翼、无人直升机等多种无人机平台上并实现飞行控制。
通过更多搭载的光学、声学元件,APM可实现无人机室内定高、定点飞行。
更进一步,2014年3DR公司联合APM小组与PX4小组开发了现今规格最高的飞控平台PX4/PIXHawk平台。
该平台针对飞行导航软件作了高度优化并实现对飞行器的控制与自动飞行。
同时,对各种自主模型该平台都可以实现高性能、高灵活性与高可靠性的控制。
核心技术的成熟和普及大大降低了无人机的开发成本。
由于开源飞控平台多具备完整的技术指南进一步降低开发人员的培养成本。
两相叠加,无人机技术得以在近几年快速发展。
表3:
自动驾驶仪技术沿革
在我国,无人机的使用经历了从军用向民用的转变。
第一阶段大概从上世纪80年代开始,由于无人机飞控技术、能源技术的不成熟以及高昂的成本,无人机基本上是在军队内部作为一种实验性的项目存在。
在民用方面,此时无人机只在西北工业大学D-4固定翼无人机做过地图测绘和地质勘探方面的试验。
第二阶段是上世纪90年代到2005年,部分企业开始尝试向民用领域“渗透”。
此时,由于飞控技术并非开源导致的研发人员培养困难,民用无人机研发进展缓慢。
代表性的产品有1998年南航在珠海航展中展出的“翔鸟”无人直升机,用途是森林火警探测和渔场巡逻。
第三阶段是2005年至今。
在飞控技术开源且不断更新换代的背景下,企业研发成本大幅下降;
同时,由于采用锂电池作为新的能源,无人机的安全性能得到大幅提升,维护成本下降。
多家公司介入无人机研发、制造与销售。
其中代表性公司是大疆创新,其同时介入专业级民用无人机和消费级无人机的研发生产,旗下具有多条成熟产品线,在全球无人机市场份额占比超过70%。
现阶段,无人机不仅能作为飞行工作平台满足工作需求,还是一种联结到互联网的端口。
作为飞行工作平台,无人机由于其空中作业能力,深度介入植保、电力巡检、灾害援、航拍等领域。
同时,作为互联网连接的端口,由于无人机优秀的数据采集能力,其可作为大数据的实时采集、传递工具。
无人机未来将结合远程终端形成大数据采集、分析的数据网络,进一步导向未来人工智能的应用。
2.2无人机储能系统影响无人机发展路径
无人机使用的能源限制了其持续工作以及多任务载荷搭载的能力。
在现有的能源中,锂电池由于具备相对更高的能量密度而被现在大多数无人机使用作为其主要的能源供应。
以大疆系列无人机产品为例,在大疆现有产品线中,所有产品均使用锂聚合物电池作为能源,其主要技术参数如下:
表4:
大疆无人机续航技术参数
对大疆前期主要产品线Phantom系列对比可发现,电池容量的提升并未对产品性能提升有显著的作用。
从持续时间上看,以电池增重100g的代价提升的1000毫安电池容量仅使Phantom4相对3代提升5分钟的续航,这对定位是飞行功能平台的无人机而言可有可无。
无人机的使用依旧被限制在十分零碎的短时间里。
而与此同时,无人机重量提升了150g左右,其中100g的重量提升是电池重量,无人机重量的提升三倍于任务载荷重量的提升。
这限制了无人机同时搭载多种载荷的能力。
国内电池现有技术路线不能满足无人机提高小型锂电池能量密度的需求。
观察国内锂电池主要生产厂商,以电池正极材料为划分依据,现阶段锂电池生产厂商主要技术发展路线是磷酸铁锂电池和三元电池。
然而,磷酸铁锂电池主要的优点在于安全性强,抗冲击能力优异,但能量密度低,不能满足无人机的要求。
而三元电池现在主要的发展方向是解决安全性问题以作为新能源汽车组件。
在能量密度方面与现有无人机使用的无实质性区别。
表5:
正极材料相关参数
无人机采取两种技术路线拓展应用场景。
在电池能量密度确定,电池容量有限的条件下,无人机可选的发展路线主要有两条:
一是通过加大电池体型提高无人机承重,提高无人机体型,向专业化的方向发展,主要是军用、民用无人机;
二是缩小无人机机型的小型化,娱乐化的方向,主要是消费级无人机。
对大型无人机有需求的主要是植保、电力/铁路/石油管道巡检、军事、灾害救援、大型科考项目的数据采集等。
这些应用场景需要无人机搭载专业的任务载荷、在相对恶劣环境下工作并有高空作业能力。
而小型无人机着重于拓展娱乐化应用。
功能更多集中于自拍、飞行体验等,更加看重小型机便携以及自动跟随的能力。
更进一步的,作为数据采集窗口,无人机可形成一个完整的数据采集网络,后端可连接大数据分析平台,进而与未来人工智能产生联系。
2.3无人机避障系统日趋完善
无人机避障系统是多层次多种技术的结合。
现有无人机避障系统的主要组成结构层次为“感知系统+大范围导航系统”。
在体系中,感知系统提供飞行时周边环境的实时变化,卫星导航系统提供全局视野,尤其是传感器探测范围外的飞行路径情况。
以感知系统不同配置划分,现有无人机主流避障技术有:
基于超声波探测的避障、基于双目视觉的避障、基于激光雷达的避障、Realsense单目+结构光探测避障等。
大范围导航系统主流配置为GPS系统为主,GLONASS系统为辅的双核定位模块。
表6:
无人机避障系统结构
感知系统主流配置将会是摄像头与激光雷达的结合,未来的发展趋势是多种传感器的结合。
现有传感器中,超声波传感器具有较强的穿透能力,而基于图像识别技术以及红外摄像头的探测技术也已得到广泛运用,其主要用于低能见度环境下的工作。
但受限于超声波以及红外线的波长,其探测精度难以提高,难以满足绘制无人机周边实时高精度图像的需求。
激光雷达通过非接触扫描,短时间内获得周边物体和环境的点数据集合,便于构建三维立体模型,具备最高的探测精度,而劣势是穿透性能不足,易受烟雾、强光环境影响。
现有传感器具备优势互补的特性,多种传感器组合有利于提高无人机整体的适应性与实用性。
图1:
激光雷达
卫星导航系统未来可被高精度地图系统替代。
无人机系统中,卫星导航系统主要功能有两点:
为无人机提供传感器外的视野;
在特殊环境、传感器探测失效的情况下提供导航保障。
现有无人机使用的主流卫星导航系统为GPS系统,其在开阔地面定位最高精度为两米,这种精度完全无法为无人机提供避障支持。
相对而言,高精度地图现在已在智能汽车领域得到广泛运用。
并且通过观察汽车使用情况可知,在解决无人机与地图提供商网络实时连接的问题后,高精度地图可提供车道级的地形信息,可满足无人机在开阔地形下的避障。
现有高精度地图提供商中,国内领先的四维图新,国际上的Here均可提供稳定的高精度地图服务,其实用性已超过GPS导航。
图2:
高精度地图探测图例
3.无人机产业链已初步形成,但仍具备上升空间
3.1产业链概述
无人机产业链初步成型。
无人机属于高科技产品,拥有者较为复杂的产业链。
按照上下游可以分为产品研发制造试验、飞控系统、动力系统、周边设备的研发制造、整机组装、产品销售及产品服务等环节。
随着技术的发展,军用和民用无人机产业链逐步完善,并伴随着一批优秀的,真正有技术的企业不断涌现。
无人机产业链主要参与者除了用户端,主要可以分为两类:
一类是整机制造商,代表企业有GoPro、大疆等;
一类是为无人机硬件和软件(芯片、飞控、电池、GPS、陀螺仪、动力系统、电子元器件等)的上游供应商,代表企业众多。
图3:
无人机产业链
表7:
无人机产业链上的主要企业
3.2我国无人机高端产业链未形成闭环
中国在民用无人机领域的发展异军突起。
据统计,中国生产了全球约94%的无人机产品,在消费级领域,大疆的全球市场份额高达70%。
美国奥本海默金融服务公司最新发布的《全球无人机行业报告》显示,美国民用无人机运营商使用的无人机产品来自的厂家中排在前五的是大疆、3DR、Sensefly、Yuneec、Trimble,其中大疆约占85%左右的份额,已经成为消费级无人机领域的绝对龙头。
行业竞争加剧,高端产业链未形成闭环。
我国无人机多达400家以上,我国民用无人机龙头为大疆创新,但随着其他科技巨头如小米、腾讯及海康威视等纷纷进入及易瓦特登录新三板,无人机行业竞争加剧。
大疆创新作为行业龙头,其飞行控制系统及云台等技术都处于领先地位。
但是就无人高端机芯片制造厂商来看,目前还是主要集中在因特尔、高通等国外企业。
芯片涉及到算法,对未来无人机的智能化发展起到决定性作用。
表8:
全球十大无人机中国占五席
表9:
2016年部分中国无人机企业
4.无人机应用场景分析与市场规模的测算
4.1军用到民用扩大了无人机的应用场景
从军用到民用,应用场景逐渐扩大。
无人机像其他大多数高科技产品一样,也经历了从军用到民用这一过程。
军用无人机发展历史可以追溯到1917年(第一次世界大战时期),但民用无人机真正蓬勃发展是在2010年大疆无人机被市场所熟知之后。
这是无人机历史上一个重要的转折点,也是无人机应用场景不断丰富的一个重要的历史机遇。
图4:
我国无人机经历了从军用到民用这一发展历程,于2010年之后迎来热潮
无人机搭载不同的设备,利用大数据和可视化技术,其应用范围不断扩大。
目前,民用无人机包含消费级无人机和工业级无人机。
消费级无人机主要应用在航拍领域;
工业无人机在电力、物流、农业、林业及安防等领域,大多数可以融入计算机的分析计算和人的感知,辅助人们更为直观和高效地洞悉大数据背后的信息,成为大数据的采集器,应用范围不断扩大。
图5:
民用无人机应用场景丰富
应用场景扩大催生强力需求,行业天花板不断上移。
军用
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无人机 产业 深度 调研 展望 分析 报告