移動(dòng)通信技術(shù)如何助推無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，帶來(lái)怎樣的影響

移動(dòng)通信技術(shù)從模擬時(shí)代起源，經(jīng)過(guò)40多年從1G（1代）到4G（4代）的發(fā)展，在經(jīng)歷了數(shù)字時(shí)代、數(shù)據(jù)時(shí)代后，正在邁入萬(wàn)物互聯(lián)的5G時(shí)代。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已覆蓋了全球區(qū)域，與互聯(lián)網(wǎng)交相呼應(yīng)，構(gòu)成了全球一體化的連接生態(tài)，促成了多方位的互聯(lián)互通。特別是勢(shì)如破竹的5G技術(shù)，將依靠其增強(qiáng)移動(dòng)帶寬、高可靠低時(shí)延、支持海量物聯(lián)等特性，為不同行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展賦予新動(dòng)能。

全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)聯(lián)通研究院院長(zhǎng)張?jiān)朴戮鸵苿?dòng)通信技術(shù)如何助推無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及對(duì)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的影響進(jìn)行解讀。

人類(lèi)對(duì)于無(wú)人駕駛飛行器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)人機(jī)）技術(shù)的探索可追溯到20世紀(jì)初，最初的研究主要面向軍事需求。20世紀(jì)90年代起，無(wú)人機(jī)開(kāi)始滲入到民用領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，全球民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)模已突破100億美元，逐漸成為低空經(jīng)濟(jì)的引領(lǐng)力量，并以科技創(chuàng)新的形式融入到經(jīng)濟(jì)發(fā)展之中。但是，當(dāng)前民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)依然面臨著測(cè)控方式受限、飛機(jī)監(jiān)管不易等應(yīng)用難點(diǎn)。為克服相關(guān)障礙，可思考引入移動(dòng)通信技術(shù)，特別是全球關(guān)注、競(jìng)爭(zhēng)激烈的5G技術(shù)。

早在1903年，美國(guó)發(fā)明家萊特兄弟成功試飛了歷史上首架載人飛機(jī)，開(kāi)啟了人類(lèi)研制各類(lèi)飛行器，翱翔并探索天際的時(shí)代，由此帶動(dòng)了人類(lèi)對(duì)于無(wú)人駕駛飛行器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)人機(jī)）相關(guān)技術(shù)的研究。1917年前后，最早的無(wú)人機(jī)原型問(wèn)世，其用途是作為訓(xùn)練靶機(jī)，參與軍事化演練。隨著材料工程、能源燃料、飛控導(dǎo)航、計(jì)算科學(xué)、信息通信等技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)的功能不斷豐富，性能不斷提升，從單一的飛行器逐漸演化成包含飛行平臺(tái)、任務(wù)載荷、數(shù)據(jù)鏈路、處理中心等模塊的綜合無(wú)人系統(tǒng)。同時(shí)無(wú)人機(jī)本身也細(xì)分為多旋翼、固定翼、復(fù)合翼等多種機(jī)型，續(xù)航、載重等性能也大幅提升。無(wú)人機(jī)的功能邊界隨之拓展，從單純的軍事應(yīng)用延伸至更為廣闊的民用場(chǎng)景。

20世紀(jì)90年代起，無(wú)人機(jī)開(kāi)始逐步進(jìn)軍民用領(lǐng)域，并依托其適用范圍廣泛，運(yùn)維方式簡(jiǎn)易，娛樂(lè)屬性突出，成本相對(duì)低廉，危險(xiǎn)作業(yè)替代等特點(diǎn)受到普通用戶以及眾多行業(yè)的青睞。

經(jīng)過(guò)近30年的演進(jìn)，全球民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)規(guī)模已突破100億美元。世界范圍內(nèi)，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的年出貨量已超越百萬(wàn)量級(jí)，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)也正逐步成為能源、環(huán)境、安防等領(lǐng)域的重要工具。民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)已成為低空經(jīng)濟(jì)的重要引領(lǐng)力量之一，與人工智能技術(shù)相互交融，催生出新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。

移動(dòng)通信技術(shù)從模擬時(shí)代起源，經(jīng)過(guò)40多年從1G（1代）到4G（4代）的發(fā)展，在經(jīng)歷了數(shù)字時(shí)代、數(shù)據(jù)時(shí)代后，正在邁入萬(wàn)物互聯(lián)的5G時(shí)代。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已覆蓋了全球區(qū)域，與互聯(lián)網(wǎng)交相呼應(yīng)，構(gòu)成了全球一體化的連接生態(tài)，促成了多方位的互聯(lián)互通。特別是勢(shì)如破竹的5G技術(shù)，將依靠其增強(qiáng)移動(dòng)帶寬、高可靠低時(shí)延、支持海量物聯(lián)等特性，為不同行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展賦予新動(dòng)能。移動(dòng)通信技術(shù)可從網(wǎng)絡(luò)測(cè)控、飛行監(jiān)管等維度賦能無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)，并與人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)相互結(jié)合，驅(qū)動(dòng)低空物聯(lián)網(wǎng)的智能生態(tài)發(fā)展。

01

移動(dòng)通信與無(wú)人機(jī)測(cè)控

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)作為國(guó)家先進(jìn)科技水平的綜合體現(xiàn)，涉及眾多學(xué)科。如果寬泛分類(lèi)考慮，這些學(xué)科為無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)提供了兩大類(lèi)關(guān)鍵性技術(shù)，分別是航空技術(shù)以及信息技術(shù)。航空技術(shù)與信息技術(shù)的融合催生了無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的興起和發(fā)展。其中，航空技術(shù)在飛機(jī)制造、動(dòng)力能源、飛控導(dǎo)航等方面深刻影響著無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)，而信息技術(shù)又在網(wǎng)絡(luò)測(cè)控、數(shù)據(jù)處理等方面為無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)提供了有力的支撐。作為信息技術(shù)的重要分支，移動(dòng)通信技術(shù)可通過(guò)強(qiáng)大的連接功能支撐無(wú)人系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控。對(duì)于目前的無(wú)人系統(tǒng)而言，尤其是對(duì)于工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)，傳統(tǒng)的飛行測(cè)控方式一般可分為兩類(lèi)：專(zhuān)用測(cè)控站方式以及通信衛(wèi)星方式。

專(zhuān)用測(cè)控站方式主要通過(guò)手持遙控器、便攜控制站、車(chē)載站、固定站等各類(lèi)專(zhuān)用控制站，對(duì)無(wú)人機(jī)實(shí)施點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)控，這種測(cè)控方式存在的缺點(diǎn)主要在于接力建站成本較高、后期運(yùn)行維護(hù)不易，頻率資源相對(duì)緊張、多機(jī)協(xié)同實(shí)現(xiàn)困難。同時(shí)最為棘手的問(wèn)題是控制范圍受限，無(wú)人機(jī)在單站測(cè)控范圍內(nèi)的飛行距離較短，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高性?xún)r(jià)比的中長(zhǎng)距離、超視距飛行測(cè)控。

通信衛(wèi)星方式能夠支持無(wú)人機(jī)執(zhí)行較長(zhǎng)距離的飛行任務(wù)，但是利用衛(wèi)星通信對(duì)無(wú)人機(jī)自身性能要求較高，專(zhuān)用伺服天線往往體量較大，導(dǎo)致普通無(wú)人機(jī)無(wú)法承載，應(yīng)用成本隨之攀升。

移動(dòng)通信技術(shù)能夠有效解決以上問(wèn)題，各類(lèi)無(wú)人機(jī)可裝載并適配移動(dòng)通信芯片模組，升級(jí)為真正意義上的網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)?；谝苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造的低空測(cè)控走廊，可為網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)中長(zhǎng)距離、超視距飛行提供通信鏈路保障，覆蓋高度可至3000米范圍，距離延伸可達(dá)千公里以上。無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的部分控制指令（油門(mén)、載荷的調(diào)節(jié)等）、遙測(cè)參數(shù)（坐標(biāo)、方位信息等）、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（采集的高清視頻等）可通過(guò)4G或5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)可靠地傳輸至指揮中心或數(shù)據(jù)平臺(tái)，從而有效覆蓋無(wú)人機(jī)飛行測(cè)控的全流程。同時(shí)，由于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)由電信運(yùn)營(yíng)商承擔(dān)，無(wú)人機(jī)應(yīng)用企業(yè)可避免網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)等工作，從而大幅節(jié)省應(yīng)用成本。

更值得重點(diǎn)說(shuō)明的是，無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)將是全面鋪展開(kāi)來(lái)的5G移動(dòng)通信技術(shù)的重要應(yīng)用場(chǎng)景。這首先體現(xiàn)于5G的增強(qiáng)移動(dòng)帶寬特性展示出的強(qiáng)大數(shù)據(jù)吞吐能力，從而支撐無(wú)人機(jī)采集的4K高清視頻等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。其次，利用5G邊緣計(jì)算技術(shù)與云端平臺(tái)的有效協(xié)同，可使無(wú)人機(jī)飛行測(cè)控時(shí)延控制在10毫秒量級(jí)，這滿足了遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)飛行的性能需求，展示出高可靠低時(shí)延的特性。再者，5G的Massive 3D MIMO、高增益、自適應(yīng)、多波束等特點(diǎn)能夠有效實(shí)現(xiàn)目標(biāo)快速跟蹤和干擾抑制，從而不斷提升無(wú)人機(jī)飛行測(cè)控的可靠性。因此，以5G為引領(lǐng)的移動(dòng)通信技術(shù)將為無(wú)人機(jī)測(cè)控提供環(huán)境支撐，驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

02

移動(dòng)通信與無(wú)人機(jī)監(jiān)管

隨著消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)數(shù)量的增加，以及各行各業(yè)對(duì)于工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)應(yīng)用需求的增多，無(wú)人機(jī)的科學(xué)監(jiān)管是值得深入研究的課題。2018年年初至今，國(guó)家空管部門(mén)發(fā)布了包括《無(wú)人駕駛航空器飛行管理暫行條例》等在內(nèi)的一系列文件，用于指導(dǎo)和規(guī)范我國(guó)無(wú)人機(jī)飛行及相關(guān)活動(dòng)，其核心目的是為了維護(hù)國(guó)家安全、公共安全、飛行安全，促進(jìn)行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)管，需要遵循三個(gè)重要原則——“可觀測(cè)、可規(guī)避、可控制”?！翱捎^測(cè)”是指利用各種探測(cè)技術(shù)對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，確保無(wú)遺漏?！翱梢?guī)避”是指無(wú)人機(jī)應(yīng)逐級(jí)具備感知交互、主動(dòng)規(guī)避的能力?！翱煽刂啤敝饕侵笇?duì)于某些任務(wù)不明、行蹤不定的無(wú)人機(jī)，可實(shí)現(xiàn)第三方控制手段。

移動(dòng)通信及相關(guān)技術(shù)可遵照以上原則，實(shí)施對(duì)無(wú)人機(jī)的科學(xué)監(jiān)管。依靠移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)飛行的無(wú)人機(jī)需根據(jù)規(guī)定實(shí)時(shí)上報(bào)飛行計(jì)劃、提供相關(guān)參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，這為利用移動(dòng)通信技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行做到“可觀測(cè)”提供了途徑。

5G的海量物聯(lián)特性可與人工智能技術(shù)相互結(jié)合，布局萬(wàn)物智聯(lián)的互聯(lián)生態(tài)，從而達(dá)到支撐“可規(guī)避”原則的目的，為無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)智能交互、協(xié)調(diào)飛行創(chuàng)造基礎(chǔ)環(huán)境。同時(shí)，對(duì)于“可控制”原則而言，依托移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)部署的云系統(tǒng)，以及利用5G邊緣計(jì)算建立的管控平臺(tái)，可形成云網(wǎng)協(xié)同、邊中結(jié)合的無(wú)人機(jī)管控體系，創(chuàng)建“既保暢飛、又防黑飛”的空域管理模式。

03

“互聯(lián)網(wǎng)+無(wú)人機(jī)”創(chuàng)新應(yīng)用

移動(dòng)通信技術(shù)與無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的深入融合，將進(jìn)一步優(yōu)化“互聯(lián)網(wǎng)+無(wú)人機(jī)”的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，衍生更多基于網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)的創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景。

例如，5G移動(dòng)通信將為無(wú)人機(jī)的飛行測(cè)控提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐，使得無(wú)人機(jī)飛行測(cè)控從局域?qū)χv擴(kuò)展為廣域互通，這將對(duì)能源、環(huán)保、物流等領(lǐng)域產(chǎn)生較大影響。石油、燃?xì)?、電力等行業(yè)可利用裝載光電設(shè)備的網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)完成日常巡線巡檢工作，與人工巡線相比，此方式可極大提升工作效率，特別對(duì)地形復(fù)雜、環(huán)境惡劣的地區(qū)而言，可極大降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，擴(kuò)大作業(yè)范圍。在水域環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)可充分發(fā)揮其覆蓋區(qū)域廣闊的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)千余公里河流狀況的巡查，為污染防治、生態(tài)保護(hù)提供智能化的監(jiān)測(cè)模式。同樣，網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)也可針對(duì)物流行業(yè)開(kāi)辟快速運(yùn)輸航線，促成急件速達(dá)服務(wù)。網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景可進(jìn)一步擴(kuò)展到森林防火、安防安檢、交通巡查等眾多領(lǐng)域，從而推動(dòng)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

以移動(dòng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合科學(xué)管理，可建立網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)飛行的 “網(wǎng)格化”模式?！熬W(wǎng)格化”飛行是指在特定區(qū)域內(nèi)，由固定數(shù)量的無(wú)人機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)，采集數(shù)據(jù)信息，生成數(shù)據(jù)切片或數(shù)據(jù)集合，分發(fā)給需求行業(yè)的各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景。尤其值得指出的是，無(wú)人機(jī)飛行采集的龐大數(shù)據(jù)集合，將為以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的人工智能技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用輸送源源不斷的數(shù)據(jù)能源，從而促進(jìn)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)向智能化方向發(fā)展。

因此，移動(dòng)通信技術(shù)與無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的融合，將打造“互聯(lián)網(wǎng)+無(wú)人機(jī)”智慧產(chǎn)業(yè)的生態(tài)體系。

2019年5月，國(guó)家民航局空管行業(yè)管理辦公室針對(duì)民用無(wú)人駕駛航空器發(fā)布了《促進(jìn)民用無(wú)人駕駛航空發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)（征求意見(jiàn)稿）》，明確指出要面向無(wú)人駕駛航空應(yīng)用，重點(diǎn)研究分布式、全自主、集群化等先進(jìn)運(yùn)行模態(tài)的配套技術(shù)，其中強(qiáng)調(diào)了5G移動(dòng)通信的支撐。

移動(dòng)通信技術(shù)將成為無(wú)人機(jī)功能進(jìn)一步拓展、各方性能不斷提升的重要驅(qū)動(dòng)力，并以不畏浮云遮望眼的氣度，助推無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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