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5G技术下,无人机将有多强大?

移动通信技术从模拟时代起源,经过40多年从1G(1代)到4G(4代)的发展,在经历了数字时代、数据时代后,正在迈入万物互联的5G时代。移动通信网络已覆盖了全球区域,与互联网交相呼应,构成了全球一体化的连接生态,促成了多方位的互联互通。特别是势如破竹的5G技术,将依靠其增强移动带宽、高可靠低时延、支持海量物联等特性,为不同行业的创新发展赋予新动能。   本报特邀全国政协委员、中国联通研究院院长张云勇就移动通信技术如何助推k8凯发体育无人机产业的发展,以及对产业带来的影响进行解读。   人类对于无人驾驶飞行器(以下简称无人机)技术的探索可追溯到20世纪初,最初的研究主要面向军事需求。20世纪90年代起,无人机开始渗入到民用领域,经过近30年的发展,全球民用无人机产业规模已突破100亿美元,逐渐成为低空经济的引领力量,并以科技创新的形式融入到经济发展之中。但是,当前民用无人机市场依然面临着测控方式受限、飞机监管不易等应用难点。为克服相关障碍,可思考引入移动通信技术,特别是全球关注、竞争激烈的5G技术。   早在1903年,美国发明家莱特兄弟成功试飞了历史上首架载人飞机,开启了人类研制各类飞行器,翱翔并探索天际的时代,由此带动了人类对于无人驾驶飞行器(以下简称无人机)相关技术的研究。1917年前后,最早的无人机原型问世,其用途是作为训练靶机,参与军事化演练。随着材料工程、能源燃料、飞控导航、计算科学、信息通信等技术的发展,无人机的功能不断丰富,性能不断提升,从单一的飞行器逐渐演化成包含飞行平台、任务载荷、数据链路、处理中心等模块的综合无人系统。同时无人机本身也细分为多旋翼、固定翼、复合翼等多种机型,续航、载重等性能也大幅提升。无人机的功能边界随之拓展,从单纯的军事应用延伸至更为广阔的民用场景。   20世纪90年代起,无人机开始逐步进军民用领域,并依托其适用范围广泛,运维方式简易,娱乐属性突出,成本相对低廉,危险作业替代等特点受到普通用户以及众多行业的青睐。   经过近30年的演进,全球民用无人机产业取得了长足的进步,产业规模已突破100亿美元。世界范围内,消费级无人机的年出货量已超越百万量级,工业级无人机也正逐步成为能源、环境、安防等领域的重要工具。民用无人机产业已成为低空经济的重要引领力量之一,与人工智能技术相互交融,催生出新的经济发展模式。   移动通信技术从模拟时代起源,经过40多年从1G(1代)到4G(4代)的发展,在经历了数字时代、数据时代后,正在迈入万物互联的5G时代。移动通信网络已覆盖了全球区域,与互联网交相呼应,构成了全球一体化的连接生态,促成了多方位的互联互通。特别是势如破竹的5G技术,将依靠其增强移动带宽、高可靠低时延、支持海量物联等特性,为不同行业的创新发展赋予新动能。移动通信技术可从网络测控、飞行监管等维度赋能无人机产业,并与人工智能、大数据、云计算等先进技术相互结合,驱动低空物联网的智能生态发展。   01   移动通信与无人机测控   无人机系统作为国家先进科技水平的综合体现,涉及众多学科。如果宽泛分类考虑,这些学科为无人机产业提供了两大类关键性技术,分别是航空技术以及信息技术。航空技术与信息技术的融合催生了无人机产业的兴起和发展。其中,航空技术在飞机制造、动力能源、飞控导航等方面深刻影响着无人机产业,而信息技术又在网络测控、数据处理等方面为无人机产业提供了有力的支撑。作为信息技术的重要分支,移动通信技术可通过强大的连接功能支撑无人系统的网络测控。对于目前的无人系统而言,尤其是对于工业级无人机市场,传统的飞行测控方式一般可分为两类:专用测控站方式以及通信卫星方式。   专用测控站方式主要通过手持遥控器、便携控制站、车载站、固定站等各类专用控制站,对无人机实施点对点测控,这种测控方式存在的缺点主要在于接力建站成本较高、后期运行维护不易,频率资源相对紧张、多机协同实现困难。同时最为棘手的问题是控制范围受限,无人机在单站测控范围内的飞行距离较短,无法实现高性价比的中长距离、超视距飞行测控。   通信卫星方式能够支持无人机执行较长距离的飞行任务,但是利用卫星通信对无人机自身性能要求较高,专用伺服天线往往体量较大,导致普通无人机无法承载,应用成本随之攀升。   移动通信技术能够有效解决以上问题,各类无人机可装载并适配移动通信芯片模组,升级为真正意义上的网联无人机。基于移动通信网络优化改造的低空测控走廊,可为网联无人机中长距离、超视距飞行提供通信链路保障,覆盖高度可至3000米范围,距离延伸可达千公里以上。无人机飞行过程中的部分控制指令(油门、载荷的调节等)、遥测参数(坐标、方位信息等)、业务数据(采集的高清视频等)可通过4G或5G网络实时可靠地传输至指挥中心或数据平台,从而有效覆盖无人机飞行测控的全流程。同时,由于移动通信网络的建设与运营由电信运营商承担,无人机应用企业可避免网络建设和维护等工作,从而大幅节省应用成本。   更值得重点说明的是,无人机产业将是全面铺展开来的5G移动通信技术的重要应用场景。这首先体现于5G的增强移动带宽特性展示出的强大数据吞吐能力,从而支撑无人机采集的4K高清视频等数据的实时传输。其次,利用5G边缘计算技术与云端平台的有效协同,可使无人机飞行测控时延控制在10毫秒量级,这满足了远程操控无人机飞行的性能需求,展示出高可靠低时延的特性。再者,5G的Massive 3D MIMO、高增益、自适应、多波束等特点能够有效实现目标快速跟踪和干扰抑制,从而不断提升无人机飞行测控的可靠性。因此,以5G为引领的移动通信技术将为无人机测控提供环境支撑,驱动无人机产业的创新发展。   02   移动通信与无人机监管   随着消费级无人机数量的增加,以及各行各业对于工业级无人机应用需求的增多,无人机的科学监管是值得深入研究的课题。2018年年初至今,国家空管部门发布了包括《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》等在内的一系列文件,用于指导和规范我国无人机飞行及相关活动,其核心目的是为了维护____、公共安全、飞行安全,促进行业健康可持续发展。   对无人机进行科学监管,需要遵循三个重要原则——“可观测、可规避、可控制”。“可观测”是指利用各种探测技术对空中目标进行探测,确保无遗漏。“可规避”是指无人机应逐级具备感知交互、主动规避的能力。“可控制”主要是指对于某些任务不明、行踪不定的无人机,可实现第三方控制手段。   移动通信及相关技术可遵照以上原则,实施对无人机的科学监管。依靠移动通信网络飞行的无人机需根据规定实时上报飞行计划、提供相关参数等数据信息,这为利用移动通信技术对无人机飞行做到“可观测”提供了途径。   5G的海量物联特性可与人工智能技术相互结合,布局万物智联的互联生态,从而达到支撑“可规避”原则的目的,为无人机实现智能交互、协调飞行创造基础环境。同时,对于“可控制”原则而言,依托移动通信网络部署的云系统,以及利用5G边缘计算建立的管控平台,可形成云网协同、边中结合的无人机管控体系,创建“既保畅飞、又防黑飞”的空域管理模式。   03   “互联网+无人机”创新应用   移动通信技术与无人机产业的深入融合,将进一步优化“互联网+无人机”的产业生态,衍生更多基于网联无人机的创新应用场景。   例如,5G移动通信将为无人机的飞行测控提供强大的技术支撑,使得无人机飞行测控从局域对讲扩展为广域互通,这将对能源、环保、物流等领域产生较大影响。石油、燃气、电力等行业可利用装载光电设备的网联无人机完成日常巡线巡检工作,与人工巡线相比,此方式可极大提升工作效率,特别对地形复杂、环境恶劣的地区而言,可极大降低作业风险,扩大作业范围。在水域环境监测领域,网联无人机可充分发挥其覆盖区域广阔的优势,实现千余公里河流状况的巡查,为污染防治、生态保护提供智能化的监测模式。同样,网联无人机也可针对物流行业开辟快速运输航线,促成急件速达服务。网联无人机的应用场景可进一步扩展到森林防火、安防安检、交通巡查等众多领域,从而推动无人机产业的创新发展。   以移动通信技术为基础,结合科学管理,可建立网联无人机飞行的 “网格化”模式。“网格化”飞行是指在特定区域内,由固定数量的无人机执行飞行任务,采集数据信息,生成数据切片或数据集合,分发给需求行业的各类应用场景。尤其值得指出的是,无人机飞行采集的庞大数据集合,将为以数据驱动为核心的人工智能技术的研发与应用输送源源不断的数据能源,从而促进无人机产业向智能化方向发展。   因此,移动通信技术与无人机产业的融合,将打造“互联网+无人机”智慧产业的生态体系。   2019年5月,国家民航局空管行业管理办公室针对民用无人驾驶航空器发布了《促进民用无人驾驶航空发展的指导意见(征求意见稿)》,明确指出要面向无人驾驶航空应用,重点研究分布式、全自主、集群化等先进运行模态的配套技术,其中强调了5G移动通信的支撑。   移动通信技术将成为无人机功能进一步拓展、各方性能不断提升的重要驱动力,并以不畏浮云遮望眼的气度,助推无人机产业的蓬勃发展。   (作者系全国政协委员、中国联通研究院院长 张云勇)

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