5G在无人机领域的应用现状
近年来随着无人机市场的兴起，无人机平台技术逐渐成熟，其携带的载荷种类不断扩展，应用场景逐渐丰富。5g具有高宽带、海量连接、低时延、高可靠的特点，能够有力支撑无人机在执行军事、农业、电力、应急救援等多类型任务时对通信网络的要求。无人机与5g融合发展的需求与趋势已经有目共睹，本文将梳理5g在无人机领域已实现的典型应用场景，分析可能存在的问题，总结并预测未来发展趋势。
01
5g在无人机领域的应用现状
低空监管
搭载高清相机、喊话器等载荷的无人机通过5g网络接入指挥中心可实现无人机的实时显示与统一调度，远程监视并管控空域、海域、公路等。同时在5g网络的支撑下，基于人工智能的实时航线规划、智能起降管理、智能探测与避让等技术为实现低空空域智慧管控提供了重要支撑。2021年4月，布鲁塞尔机场与空中交通管制和管理公司skeyes成功测试了基于机场5g网络的无人机监视用例，测试中无人机远程回传的空域高清视频图像为飞机起飞调度提供了依据。2022年4月，南京海事局启动了“5g+无人机”海事监管创新试验，开展了多架次固定翼无人机低空飞行试验，通过智慧无人机管理平台远程控制无人机按照设定航线自动飞行，利用5g网络将海事监管数据实时回传，供指挥中心实时判断分析。
物流配送
无人机物流配送已成为国内外各大物流公司实现降本增效的新业务增长点。利用5g网络大带宽、低时延特性一方面可以实现无人机状态及拍摄视频的实时回传，另一方面地面人员可以远程控制无人机的飞行路线。2020年8月，韵达公司在浙江省桐庐县完成了韵达x470无人机的首次载货飞行，在16分钟时间内完成了直线距离10公里的飞行与送货，其中5g网络提供了全程的管控支持。2023年3月，德国电信宣布将建设5g专网并测试其支撑物流无人机可靠传输传感器、图像及飞行数据的能力。
电力巡检
无人机进行电力巡检、基站巡检等过程中，利用5g大上行带宽可将其搭载的高清相机、红外相机、夜视相机、激光雷达等传感器采集到的数据实时上传至后台服务器中，利用人工智能等算法进行分析，自动识别目标故障，降低了人工巡检劳动强度及作业风险，提高了巡检效率。2019年4月，南方电网广东东莞供电局在全国率先实现“5g无人机+程序化操作”，依托中国联通5g网络将实时高清视频回传到主控室，将巡检耗时由30分钟缩短至5分钟。2022年10月，中国电信与湖北电力共同搭建了融合电力5g短切片专网，在实现无人机智能巡检、自动识别安全隐患的同时，保障了数据传输通道的安全性。
农业植保
农林植保无人机是工业无人机发展最快、前景最广阔的方向之一。5g与农林植保无人机相结合，可以将农田的环境动态以及作物的实时情况通过5g网络回传高清视频流进行监控，并将人力从喷洒农药、种子播撒等高强度的劳作中解放出来。2021年在四川凉山金阳县芦稿镇青花椒现代农业园区内，植保无人机已经能够通过5g网络控制实现自动化喷洒农药，1分钟就能完成2亩地作业，效率是人工作业的20倍。
视频直播
无人机搭载全景相机进行360度全景拍摄，依托5g网络高速率、低时延的特性实时传输4k等超高清直播视频，可以让远程用户获得实时、沉浸式的观看体验。2018年5月，搭载5g通信模组的无人机在上海虹口北外滩成功演示了基于5g网络的无人能及全景4k高清视频直播。同年，日本电商巨头乐天公司在“智能体育场”项目中演示了利用5g技术传输无人机拍摄的8k虚拟现实视频。在2019年世园会上，中国移动与华为合作推出了5g无人机vr旅游。后续云南、广西等多地也都利用5g+无人机vr视频直播的方式有力支撑了疫情时代下的旅游经济。
应急救援
无人机在自然灾害、公共事件发生时可以快速响应，利用5g网络回传实时图像，辅助第一时间查明灾害事故的关键因素。在灾后救援工作中，无人机搭载通信基站进行灾区应急通信覆盖，能够触发受灾被困人员换手机接入机载基站网络，实现对被困人员通信设备的主动定位，确认被困人员的位置及身份信息，结合5g实时回传的图像以及ai技术，有助于救援人员针对性地开展营救工作。2021年7月郑州特大暴雨抢险中，中航无人机公司的翼龙2型平台搭载中国移动基站搭建了空天地一体化应急通信系统，为受灾群众提供了长达5个小时的网络覆盖。2022年8月重庆山火抢险救援中，12架5g网联无人机在3天时间内完成了超过520平方公里的森林巡查，通过中国移动的5g网络实时回传画面，指挥中心发现3处火点并及时抛投阻燃剂成功阻止了山火的蔓延。
集群作战
利用5g等先进通信技术构建无人集群化作战体系是近年来国内外的关注热点。5g网络为未来无人机集群作战提供了新型组网架构，能够极大地提升集群内态势共享、数据传输和协同指控能力。5g与边缘计算、人工智能智能等技术结合，还可将无人机执行图像识别、自主避障等任务所需的复杂算力转移到边缘计算平台，释放机上载荷，降低无人机功耗，提升无人机任务能力和智能化水平。2022年9月，洛克希德·马丁公司与美国电信运营商verizon公司合作演示了5g网络支撑无人机开展情报、监视和侦察（isr）任务的场景。该场景下，4架旋翼无人机通过接入verizon公司的2个5g专网节点，将探测到的目标通信、感知或干扰的低功率射频信号数据进行实时回传，为战场指挥官提供了更高水平的指挥和控制能力。
02
存在的问题
通过上述分析，可以得知5g在军民用无人机领域的应用已取得很多积累。但是在泛低空覆盖、抗干扰、移动能力方面，现有的5g网络还存在一些不足亟待提升。
5g泛低空覆盖能力分析
传统移动通信场景下绝大多数终端在地面，基站高度为30-50米左右，其射频信号的主瓣向下覆盖指向地面。5g网络通过成熟的大规模天线阵列massive mimo和波束赋型技术一定程度上增加了垂直波束角度，在一定高度下对空覆盖能力更强。而当无人机飞行高度进一步提高，5g对空信号功率衰减与距离的平方成正比，需要根据实际飞行高度与距离通过波束赋型等技术调整5g基站主瓣指向，以提升覆盖性能。
5g抗干扰性分析
由于泛低空区域开放特性，无人机5g通信面临多种无线信号干扰，包括恶意干扰、开放环境噪声等非5g网络干扰，以及邻区5g网络的自干扰。一方面需要通过massive mimo波束赋型对准无人机形成精准的窄波束，以及小区间协调、功率控制等技术手段减少小区内或者小区间干扰。另一方面在5g无人机专网建网时进行整体规划，完善监管体系也可以达到邻区干扰降低的目的。
5g移动能力分析
5g网络的移动性管理以4g机制为基准，对测量配置、小区质量计算、小区切换等机制进行了优化，提高了地面移动性支持的最高速度。但是为保障无人机尤其是军用无人机在高速移动状态下的接入质量和服务质量，降低多普勒频移带来的干扰，还需要针对性开展子载波间隔、小区切换策略等设计。
03
总结
无人机接入5g网络可以实现机载传感器数据的快速回传、资产的监视和管理、航线的规范、效率的提升，促进空域的合理利用，从而极大地延展无人机的应用领域，在低空监管、物流配送、电力巡检、农业植保、视频直播、应急救援、集群作战等领域发挥重要作用，产生巨大经济及军事价值。为进一步保障无人机飞行安全，将当前相对分立的应用场景统一管控，还需要从顶层建立低空空域管理体系，推动以5g为代表的低空智联网建设，实现高效、有序的无人机低空应用，最终实现数字化天空，繁荣低空经济。
中国航空工业发展研究中心 陈蕾
机器人如何让电网变聪明
2021年的彩电行业有哪些机遇?
三个案例帮你彻底了解反馈电路中的相位补偿
集成电路的替换原则
Intel百亿并购Altera：只为巩固服务器霸主地位
5G在无人机领域的应用现状
瑞萨电子计划推出全新命名的嵌入式产品家族
基于Internet的语音交互系统的设计和实现
高清监控镜头四大技术及发展趋势
人工智能时代下如何避开陷阱实现落地
韩国运营商LG U+ CEO表示华为设备并不存在任何安全威胁
华晨宝马已成为全球首家将5G技术应用于汽车领域的汽车制造企业
无人机应用于空气质量环境监测中的应用
硬件设计非常基础的60个问题汇总
服务机器人国产芯片：视觉、感知、交互能力大提升
薄膜瑕疵检测仪在我们的生活中起着至关重要的作用
智能魔镜显示屏可为我们打造智能便捷的家居模式
6at变速箱工作原理详解
光线能以螺旋方式传播 你们知道吗？
小型继电器是如何工作的呢？有哪些应用与优势？
01
5g在无人机领域的应用现状
低空监管
搭载高清相机、喊话器等载荷的无人机通过5g网络接入指挥中心可实现无人机的实时显示与统一调度，远程监视并管控空域、海域、公路等。同时在5g网络的支撑下，基于人工智能的实时航线规划、智能起降管理、智能探测与避让等技术为实现低空空域智慧管控提供了重要支撑。2021年4月，布鲁塞尔机场与空中交通管制和管理公司skeyes成功测试了基于机场5g网络的无人机监视用例，测试中无人机远程回传的空域高清视频图像为飞机起飞调度提供了依据。2022年4月，南京海事局启动了“5g+无人机”海事监管创新试验，开展了多架次固定翼无人机低空飞行试验，通过智慧无人机管理平台远程控制无人机按照设定航线自动飞行，利用5g网络将海事监管数据实时回传，供指挥中心实时判断分析。
物流配送
无人机物流配送已成为国内外各大物流公司实现降本增效的新业务增长点。利用5g网络大带宽、低时延特性一方面可以实现无人机状态及拍摄视频的实时回传，另一方面地面人员可以远程控制无人机的飞行路线。2020年8月，韵达公司在浙江省桐庐县完成了韵达x470无人机的首次载货飞行，在16分钟时间内完成了直线距离10公里的飞行与送货，其中5g网络提供了全程的管控支持。2023年3月，德国电信宣布将建设5g专网并测试其支撑物流无人机可靠传输传感器、图像及飞行数据的能力。
电力巡检
无人机进行电力巡检、基站巡检等过程中，利用5g大上行带宽可将其搭载的高清相机、红外相机、夜视相机、激光雷达等传感器采集到的数据实时上传至后台服务器中，利用人工智能等算法进行分析，自动识别目标故障，降低了人工巡检劳动强度及作业风险，提高了巡检效率。2019年4月，南方电网广东东莞供电局在全国率先实现“5g无人机+程序化操作”，依托中国联通5g网络将实时高清视频回传到主控室，将巡检耗时由30分钟缩短至5分钟。2022年10月，中国电信与湖北电力共同搭建了融合电力5g短切片专网，在实现无人机智能巡检、自动识别安全隐患的同时，保障了数据传输通道的安全性。
农业植保
农林植保无人机是工业无人机发展最快、前景最广阔的方向之一。5g与农林植保无人机相结合，可以将农田的环境动态以及作物的实时情况通过5g网络回传高清视频流进行监控，并将人力从喷洒农药、种子播撒等高强度的劳作中解放出来。2021年在四川凉山金阳县芦稿镇青花椒现代农业园区内，植保无人机已经能够通过5g网络控制实现自动化喷洒农药，1分钟就能完成2亩地作业，效率是人工作业的20倍。
视频直播
无人机搭载全景相机进行360度全景拍摄，依托5g网络高速率、低时延的特性实时传输4k等超高清直播视频，可以让远程用户获得实时、沉浸式的观看体验。2018年5月，搭载5g通信模组的无人机在上海虹口北外滩成功演示了基于5g网络的无人能及全景4k高清视频直播。同年，日本电商巨头乐天公司在“智能体育场”项目中演示了利用5g技术传输无人机拍摄的8k虚拟现实视频。在2019年世园会上，中国移动与华为合作推出了5g无人机vr旅游。后续云南、广西等多地也都利用5g+无人机vr视频直播的方式有力支撑了疫情时代下的旅游经济。
应急救援
无人机在自然灾害、公共事件发生时可以快速响应，利用5g网络回传实时图像，辅助第一时间查明灾害事故的关键因素。在灾后救援工作中，无人机搭载通信基站进行灾区应急通信覆盖，能够触发受灾被困人员换手机接入机载基站网络，实现对被困人员通信设备的主动定位，确认被困人员的位置及身份信息，结合5g实时回传的图像以及ai技术，有助于救援人员针对性地开展营救工作。2021年7月郑州特大暴雨抢险中，中航无人机公司的翼龙2型平台搭载中国移动基站搭建了空天地一体化应急通信系统，为受灾群众提供了长达5个小时的网络覆盖。2022年8月重庆山火抢险救援中，12架5g网联无人机在3天时间内完成了超过520平方公里的森林巡查，通过中国移动的5g网络实时回传画面，指挥中心发现3处火点并及时抛投阻燃剂成功阻止了山火的蔓延。
集群作战
利用5g等先进通信技术构建无人集群化作战体系是近年来国内外的关注热点。5g网络为未来无人机集群作战提供了新型组网架构，能够极大地提升集群内态势共享、数据传输和协同指控能力。5g与边缘计算、人工智能智能等技术结合，还可将无人机执行图像识别、自主避障等任务所需的复杂算力转移到边缘计算平台，释放机上载荷，降低无人机功耗，提升无人机任务能力和智能化水平。2022年9月，洛克希德·马丁公司与美国电信运营商verizon公司合作演示了5g网络支撑无人机开展情报、监视和侦察（isr）任务的场景。该场景下，4架旋翼无人机通过接入verizon公司的2个5g专网节点，将探测到的目标通信、感知或干扰的低功率射频信号数据进行实时回传，为战场指挥官提供了更高水平的指挥和控制能力。
02
存在的问题
通过上述分析，可以得知5g在军民用无人机领域的应用已取得很多积累。但是在泛低空覆盖、抗干扰、移动能力方面，现有的5g网络还存在一些不足亟待提升。
5g泛低空覆盖能力分析
传统移动通信场景下绝大多数终端在地面，基站高度为30-50米左右，其射频信号的主瓣向下覆盖指向地面。5g网络通过成熟的大规模天线阵列massive mimo和波束赋型技术一定程度上增加了垂直波束角度，在一定高度下对空覆盖能力更强。而当无人机飞行高度进一步提高，5g对空信号功率衰减与距离的平方成正比，需要根据实际飞行高度与距离通过波束赋型等技术调整5g基站主瓣指向，以提升覆盖性能。
5g抗干扰性分析
由于泛低空区域开放特性，无人机5g通信面临多种无线信号干扰，包括恶意干扰、开放环境噪声等非5g网络干扰，以及邻区5g网络的自干扰。一方面需要通过massive mimo波束赋型对准无人机形成精准的窄波束，以及小区间协调、功率控制等技术手段减少小区内或者小区间干扰。另一方面在5g无人机专网建网时进行整体规划，完善监管体系也可以达到邻区干扰降低的目的。
5g移动能力分析
5g网络的移动性管理以4g机制为基准，对测量配置、小区质量计算、小区切换等机制进行了优化，提高了地面移动性支持的最高速度。但是为保障无人机尤其是军用无人机在高速移动状态下的接入质量和服务质量，降低多普勒频移带来的干扰，还需要针对性开展子载波间隔、小区切换策略等设计。
03
总结
无人机接入5g网络可以实现机载传感器数据的快速回传、资产的监视和管理、航线的规范、效率的提升，促进空域的合理利用，从而极大地延展无人机的应用领域，在低空监管、物流配送、电力巡检、农业植保、视频直播、应急救援、集群作战等领域发挥重要作用，产生巨大经济及军事价值。为进一步保障无人机飞行安全，将当前相对分立的应用场景统一管控，还需要从顶层建立低空空域管理体系，推动以5g为代表的低空智联网建设，实现高效、有序的无人机低空应用，最终实现数字化天空，繁荣低空经济。
中国航空工业发展研究中心 陈蕾
机器人如何让电网变聪明
2021年的彩电行业有哪些机遇?
三个案例帮你彻底了解反馈电路中的相位补偿
集成电路的替换原则
Intel百亿并购Altera：只为巩固服务器霸主地位
5G在无人机领域的应用现状
瑞萨电子计划推出全新命名的嵌入式产品家族
基于Internet的语音交互系统的设计和实现
高清监控镜头四大技术及发展趋势
人工智能时代下如何避开陷阱实现落地
韩国运营商LG U+ CEO表示华为设备并不存在任何安全威胁
华晨宝马已成为全球首家将5G技术应用于汽车领域的汽车制造企业
无人机应用于空气质量环境监测中的应用
硬件设计非常基础的60个问题汇总
服务机器人国产芯片：视觉、感知、交互能力大提升
薄膜瑕疵检测仪在我们的生活中起着至关重要的作用
智能魔镜显示屏可为我们打造智能便捷的家居模式
6at变速箱工作原理详解
光线能以螺旋方式传播 你们知道吗？
小型继电器是如何工作的呢？有哪些应用与优势？