应用于反恐和抢险救援领域的多任务无人侦察机研发

摘要：“警用反恐处突无人机”，是一种公安机关用来帮助当地警方处理突发情况的高科技装备，可以利用无人机侦查、巡逻、导航等。这种警用无人飞机，具有很强导航功能，装有高清摄像头，系统能够在一公里外发现目标，将拍到的图片、收集到的信息等实时传送到地面，因此极其适合公安部门等用来开展巡逻、侦查等工作。

本课题使警用航拍无人机领域关键技术实现完全自主化知识产权，为广大的科研院所和企事业等单位提供了成功案例与模范带头作用。使相关的科研院所在我们的基础上进一步开发可以大幅缩短产品的开发周期、节省产品开发费用，加快新产品的上市速度，使用户能更好地适应迅速多变的市场需求。

关键词：反恐及抢险救援；远程监控；多任务无人机

一、项目实施的背景和意义

1、项目所面向的经济、社会和科技发展等的有效需求

“警用反恐处突无人机”，是一种公安机关用来帮助当地警方处理突发情况的高科技装备，可以利用无人机侦查、巡逻、导航等。这种警用无人飞机，具有很强导航功能，装有高清摄像头，系统能够将拍到的图片、收集到的信息等实时传送到地面，因此极其适合公安部门等用来开展巡逻、侦查等工作。

警用反恐处突无人机系统，包括地面站设备和无人机两部分，可根据任务需要，装载不同的任务载荷。可用在警用巡逻、森林防火、海岸线监视、突发事件监控评估等领域，第一时间收集有用数据。

与其他单纯的整机进口相比，我们使关键技术自主化、国产化。主要包括飞机机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、动力系统、地面站设备等。飞控系统又称为飞行管理与控制系统，相当于无人机系统的“心脏”部分，对无人机的稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性等都有重要影响，对其飞行性能起决定性的作用；数据链系统可以保证对遥控指令的准确传输，以及无人机接收、发送信息的实时性和可靠性，以保证信息反馈的及时有效性和顺利、准确的完成任务。发射回收系统保证无人机顺利升空以达到安全的高度和速度飞行，并在执行完任务后从天空安全回落到地面。

本课题针旨在研究一款在多旋翼机硬件与控制上拥有自己的核心技术与知识产权，为高性能的四旋翼无人机。其中，关键技术包括双余度飞控技术、30倍变焦云台技术、安全伞技术、可收放脚架技术等。

2、项目的先进性、重要性、必要性以及在行业发展中的地位和作用

本课题目标产品——警用反恐处突无人机系统（含软件及硬件设备）处于高端装备制造业的上游及中游，协同其上下游设备加以改进即可应用于其他领域（环保、气象、植保、林业）。课题产品控制系统及信息传输、存储系统完全数字化设计，机身是高性能复合材料等关键核心技术与系统集成的结果。

目前国内在该领域应用的无人机系统大多是整机进口或者是关键部件进口，再国内组装。

本课题的实施，不仅填补了国内空白，达到国际先进水平，也实现了我国在无人机警用航拍方面的重大技术突破，避免了该类设备长期被国外厂商所垄断的局面，对促进国内无人机产业结构的调整，提升无人机产业的整体竞争力和水平起到了积极的推动和促进作用。

对实现重大技术突破、促进产业结构调整、提升该产业整体竞争力和水平具有重要作用。本课题使警用航拍无人机领域关键技术实现完全自主化知识产权，为广大的科研院所和企事业等单位提供了成功案例与模范带头作用。使相关的科研院所在我们的基础上进一步开发可以大幅缩短产品的开发周期、节省产品开发费用，加快新产品的上市速度，使用户能更好地适应迅速多变的市场需求。

3、社会效益分析

（1）促进我国无人机行业的发展，带动无人机在其他民用领域的应用

本项目设计出革命性的双余度飞控及30倍变焦云台功能，使得无人机可以满足警用领域的更多需求，这在很大程度上提升了我国无人机行业的技术研发水平。

（2）提高工作效率，减少人员伤亡

无人机尺寸较小，续航时间超长，不受地形视野限制，不易引起被监视对象的注意，携带的监控设备可以长时间提供稳定、高分辨率的实时视频，对反恐、反毒、反有组织犯罪、刑事调查、人群监控、大面积搜索等方面特别有用。除了无武装的空中监视外，武装的无人机也可用于特殊的警察行动。对于特别危险的暴力犯罪嫌疑分子，动用无人机进行空中定点杀伤是完全可能的。在特别危险的大规模动乱中，无人机可以用于对暴力人群的空中监控，这可以在實时掌握情况的同时，避免现场警察遇到危险。

（3）将会创造许多就业岗位

大量的民用无人机应用可以拉动无人机的研发、制造、维修、运作、训练等行业，并带动相关的光电系统、数据链、地面站、机械手等技术服务，从而提供众多的就业岗位。

二、技术发展趋势及国内外发展现状

1、项目相关技术的发展趋势

目前，国内开发成功的无人机系统主要是国防科技工业系统内单位组织进行，其应用也主要集中于军事领域。在目前国内空中管理体制和政策没有重大调整的情况下，如何使无人机应用向民用领域扩展，以推动国内无人机研制整体水平得到推进是当前行业管理机制和研制单位所面临的重大课题。

（1）打破国外技术垄断，填补国内空白，完善国内警用无人机航拍装备产业的技术路线：推动进口警用无人机设备的国产化，并增加国内该领域装备的工艺和品种；本课题的开展，有助于填补国内警用无人机设备空白，摆脱依赖整机进口的局面。

（2）降低成本，提高设计效率：通过研发具备自主核心知识产权的警用航拍无人机，

装备的售价将为进口装备的二分之一，附属搭载设备自行采购也比进口整机配置成本降低二分之一左右，对于环保、气象、植保、林业、警用等行业的应用有巨大推动作用，该应用服务创新，解决深圳城市发展问题，提升深圳城市精细化管理服务能力。

（3）符合无人机装备行业发展趋势：采集现场视频与图像数据；在媒介失灵的状态下，播撒传单，向现场群众传递信息；进行空中喊话；保持监控地区的数据传输链路做通信中继等应用上具备丰富的表现力，行业有着巨大的市场需求。

推动民用无人机技术普及商业模式创新：该系统技术装备目前主要应用于警用，使其技术进一步完善，成本进一步降低，尤其是易用性和可操作性方面。本课题研究将向一般的民用市场延伸。

2、国内外研究开发、产业化状况

由于军用无人机在”3D”（DULL，DIRTY，DANGEROUS）环境下执行任务的显著优势以及灵活机动的特性，民用各行各业对无人机的应用也翘首以盼。但相比军用无人机近百年的发展历史，民用无人机在上世纪80年代军用无人机的现代系统得到大发展的基础上才开始尝试应用，各领域全面开花应用只有10余年时间。

中国起步早，近年发展较快：中国上世纪80年代，就将自行开发的无人机（脱胎于军用机型）在地图测绘和地质勘探中做了尝试。近些年，专为民用研制额”黔中“1号无人机与2010年顺利首飞，2011你那国产”蜜蜂“28无人机，可全自主起飞、着陆、悬停和航路规划，能应用农业喷洒、电力巡检、防灾应急、航拍测绘、中继通信等。

对于民用领域，无人机仅仅是一个飞行平台，其功能归根到底要通过机载系统中的任务载荷设备来完成。

和ToB端各行各业无人机领域快速发展相比，近两年ToC消费端航拍、娱乐等市场，受益于无人机各方面技术的成熟和成本的大幅下降，可谓是爆发式发展。深圳大疆成立于06年，10年仅几百万收入，13年高达 8亿元，14年近30亿元。

3、相关行业与国内外先进水平的差距

目前，我国已经具备了自主设计研发低、中、高端无人机的能力，基本形成了配套齐全的研发、制造、销售和服务体系，在无人机机种上已经形成了种类齐全、功能多样的较为完备的系列，而且性能指标也在不断得到改善提升，部分技术已达到国际先进水平，走上了全面发展的道路。

但就整体技术水平而言，我国无人机技术在国际上还属于第二梯队，尤其与美国、以色列等无人机发展先进国家相比，仅相当于其上世纪90年代的水平，尚处在追赶世界一流水平的发展过程中。

专利技术分布

无人机产品涉及机械、电子控制等多个技术领域，通过对相关专利文献的技术主题分析，如下图所示，关于无人机的技术热点绝大多数分布在飞行器、旋翼机等飞行设备方面；此外机身、机翼、起落架等机械结构方面也占有一定比例；还有小部分涉及无人机的操作和控制领域，而无人机的最普遍应用方面，即导航方面的应用也榜上有名。通过此图也可看出，随着无人机技术在近些年来的高速发展，其硬件方面的技术发展已经达到了一定的水平，很多企业开始研发和使用基于无人机的应用系统，所以其最主要的“导航”功能，已经在技术热点中开始涌现，这表明无人机相关的发明正在从基础结构部件转向无人机应用系统方面，这也是本行业专利申请和布局时值得关注和考虑的。

4、市场需求情况

对于军用和民用的市场占比，Teal Group 给出了民用市场更加乐观的判断（大约为年化复合增速为 9%，到 2023 年达到 115 亿美元，当然 Teal Group 在报告中特别提到了 Google、Facebook 和 Amazon 等高科技巨头给民用军用无人机产业带来的潜在的现在难以量化预判的颠覆性变化）。

民用无人机市场在全球范围出现爆发性增长需要突破的两个瓶颈是空域资源和安全问题，一旦在世界范围内这两个问题得到解决，人类利用无人机征服空域的想象空间将被彻底打开，全球民用无人机市场可能呈现出爆发式的增长。

随着无人机的应用越来越广泛，整体无人机技术并不是特别复杂，一些小规模的创业公司也可以制造无人机，今后，整体市场仍然将持续增长，以色列飞机工业公司、德国microdrones GmbH公司等将继续在技术上保持比较领先的优势，总体而言，行业发展的趋势是竞争将更加激烈，仍然有许多公司将加入到旋翼无人机制造行列中来。

项目主要研制任务具体如下：

（1）警用反恐处突无人机硬件装备开发。

研发生产出一种尚属国内空白的警用航拍无人机硬件装备，其中，关键技术包括双余度飞控技术、30倍变焦云台技术、安全伞技术、可收放脚架技术等，从而添补国内技术空白。研发的整机硬件设备关键技术具有自主知识产权，性能稳定，应用广泛，价格低廉，满足国内企事业单位及个人需求。

（2）警用反恐处突无人机配套软件开发。

该无人机的控制系统完全数字化，起飛、飞行、工作执行、数据采集与存储、返航降落等流程可按照预定程序运行，也可全程人为指挥与半指挥操作运行，这些都是控制软件系统的基础。另外还要防止无人机在工作执行过程中被窃（恶意控制信号入侵控制系统），以及其他突发情况下无人机丢失，其自身与所采集数据需要通过专业配套软件进行数据处理。

（3）相关配套设备进一步标准化达到一定的互换性要求，例如高性能电池、高清摄像头，以及数据存储设备等，用户可根据使用要求，自行市场采购安装。

（4）指导无人机样品生产。为保证无人机性能稳定，需要对无人机进行试验，公司将积极配合生产部进行样品生产。

（5）应用试验。选择目标人群进行应用试验，与试验人群签订试用协议，并完成试用调查报告。

（6）配合公司完成相关审批工作。

（7）本项目完成后，需要对技术成果进行保护和管理，同时无人机产品需要通过国家相关部门的质量认定，项目小组将提供相关材料解读工作。

5、项目的主要技术创新点，涉及的相关知识产权

（1）理论创新：提出适用于多种飞行平台的通用小型无人机飞控系统，解决一个飞行控制器只能控制一种无人机不能充分利用资源的现象。提出双冗余度飞行控制系统，解决单个传感器出现故障时导致无人机无法正常飞行的现象，提高系统可靠性和安全性。

（2）应用创新：在无人机领域基于无人机工作流程中的业务需求，提高系统稳定度，削减不同外界环境对无人机正常工作状态的不良影响。应用了卡尔曼滤波算法对传感器传送的数据进行运算校对，当判断传感器故障时，及时切换备份传感器，大大降低系统的失效率。

（3）技术创新

①支持高稳定的30倍变焦云台，能够精准地控制相机设备，实现拍摄图像的零抖动零漂移，具备高空远距离侦查能力。

②支持手机地面站、平板地面站和PC地面站，实时反馈飞行数据，为户外作业提供了强大的远程地面监测平台，使系统发挥出更加稳定、高效可靠的性能。

③支持手机地面站控制无人机飞行，通过点击手机遥控界面控制飞行器飞行，飞行器的飞行方向与点击的方向同步。

④结合地面站的可视化地图，系统可精确地完成全自动起飞/降落、航线飞行、绕点飞行、所点所到等诸多飞行，使整个飞行在无人干预的情况下完全实现了自动程序化，大大降低了无人专业应用的复杂程度。

⑤系统包含机载数据记录（黑匣子）功能，无需任何外界存储设备，只要飞行就会自动记录，并保存无人机降落（电机停转）前1分钟的数据，以备故障时分析。

⑥系统保护两套独立的IMU惯性测量单元、磁罗盘和GPS。实现了当任一传感器故障时，会自动无缝切换到备份设备并报警提示用户，大大提高了系统的安全性和可靠性。

（4）其他创新

①支持可收放脚架

②配有拉杆箱，可存放无人机，方便实用

③具有开伞保护功能，在无人机遇到突发故障时，可通过降落伞减缓下降速度、避免或减小对地面目标的冲击和损害、减小飞行平台和机载设备的损伤。

本项目开发涉及软件著作权14项。

本项目下游需求非常广泛，包括军用、反恐、农业、电力石油、检灾、林业、气象、国土资源、警用、海洋水利、测绘、城市规划等多个行业。近年来无人机在民用市场的应用受到越来越多的关注，如反恐救灾、农林植保和电力巡线等领域，无人机需求较为迫切，且具备较大的市场规模。我们认为其它行业的潜在需求也将逐步显现，本项目无人机市场空间巨大，将进入快速发展期。

除了我们已经熟知的军事、商用和消费功能，能够“上天入地”的无人机未来可能给我们的生活带来无限的惊喜。距离 300 米的高空没有地面的拥挤和各种限制，未来无人机不仅能够扮演超级速递员和超级警察的角色，还能够为地面提供低成本、机动程度极高的无线网络覆盖。把无人机想象成一个“会飞的传感器”，无人机就成了工业 4.0 的一个空中数据端口，大至地球物理、气象、农业数据、小至个人位置信息，无人机将引爆一场空中的大数据革命，市场前景广阔。

作者简介：文昕，出生年月：1984。12。14，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：江西萍乡，当前职務：总监，当前职称：，学历：硕士，研究方向：空中远距离监控无人机

作者单位：深圳零度智能机器人科技有限公司

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