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高端科技“下基层”

——无人机的五大民用领域

//m.auribault.com 2014-01-07 来源：科技日报

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　　追踪飓风

　　无人机能冲入暴风雨的“心脏”而不会像人那样受伤。这就是为什么美国国家航空航天局（NASA）、国家海洋和大气管理局（NOAA）以及世界第4大军工生产厂商诺斯洛普·格鲁门公司会携手进行一个为期3年、投资3000万美元的实验——使用长距离无人驾驶飞行器（UAV）来揭开飓风的奥秘。

　　新型无人机被命名为飓风和强风暴哨兵（H3），是一款经过改装的“全球鹰”无人机，翼展35米，飞行时间可长达30小时，飞行17700公里。科学家试图使用无人机对飓风进行深入研究，揭示飓风形成的环境与内部因素，同时提高对飓风预测的能力，减少飓风带来的损失。

　　NASA“全球鹰”项目的负责人斯科特·博朗去年接受《国家地理》杂志采访时使用了一个类比：“如果你偶然经过一个毒贩子的房子，你无法抓捕他；但如果你一整天都在房子外面盯着，你就可以发现证据抓捕他了。”拉马什·卡卡是这项隶属NASA地球科学项目的研究计划的首席气象研究员。他说：“我们可以借此深入到此前有人驾驶飞机无法抵达的区域。”

　　这些无人机上安装了用于测量风暴系统温度、水汽含量、云层结构和深度、悬浮颗粒物或尘埃水平的激光测量仪，可以采集有关风暴系统中温度、气压、风力以及湿度的数据。

　　博朗团队已经利用无人机的强大能力追踪到了很多有价值的、与热带风暴有关的数据，贯穿热带风暴的整个生命周期，希望能借此完善飓风预警模式。博朗说：“如果我们能够提高预测能力，那么，我们能够节省大量金钱，挽救大量生命。”

　　使用无人机对于NASA而言并非什么新鲜事，早在2009年，NASA就开始使用“全球鹰”无人机开展极端天气和气候变化方面的研究。在过去的4年间，NASA已经对多个热带风暴系统开展了研究。NASA希望借助无人机收集的数据，加深他们对于雷暴云团以及来自非洲撒哈拉大沙漠中的沙尘在大西洋上空风暴加强过程中所起的作用。这些信息还将帮助科学家们校正传统的卫星数据。

　　无独有偶，美国佛罗里达大学的一个研究团队正在使用不同的方法解决同样的问题，他们布置了一群6英尺长的无人机，使用一台笔记本电脑进行控制。这些无人机几乎不使用电力，在风流和水流的裹挟下，可以穿越大的暴风雨，收集与温度、气压、湿度和位置有关的数据，这些数据将帮助科学家们理解飓风内部的风力和水力。

　　 3D精准绘图

　　小型轻便的无人机看起来与简单的飞机模型无异，但是，它们可以用于调查地形地貌并精准地绘制出3D环境模型。目前，军用卫星和其他政府卫星也能绘制出同样的地图，但方兴未艾的UAV技术能让小公司和个人也拥有这种能力。

　　来自瑞士洛桑联邦理工大学的Pix4D软件公司的联合创办人奥利维埃·昆表示：“你按下一个按钮，发射无人机，然后看着它们飞行并帮你获得你所需要的数据。而且，这些无人机由GPS导航，非常安全。”

　　Pix4D公司研发的高级图像处理软件能对数以千计的航拍图像进行分析，创建2D地理参照地图，并绘制其描述的3D环境模型。昆表示，这样的技术已经被广泛应用于各个领域，比如应用于飓风桑迪肆虐海地后的救援工作；农民也使用这种技术来远程管理广袤的庄稼和农田；采矿公司利用其找到新的矿井；用于节假日监控人群规模，从而更好地部署安保工作等。

　　昆也预测，当无人机技术变得更加亲民时，其他应用潜能将被一一实现，他说：“真正的问题在于，如果你拥有这样的飞行机器，这么强大的软件，你打算用它做什么呢！？”

　　野生动物保护

　　美国政府已经开始使用无人机来进行野生动物和其栖息地的保护工作。

　　吉格表示：“美国内政部、土地管理局和美国地质调查局已经开始使用无人机来监测野生动物群落或为道路和湿地绘制地图以便更好地进行土地管理。比如，美国地质调查局在无人机上安放了一台热成像照相机来跟踪科罗拉多州沙丘鹤的数量。另外，也有科学家们使用无人机来确定印度尼西亚和马来西亚茂密森林里动物的分布情况，单凭人力或许根本无法做到这一点。”

　　他们使用的一般是从部队退役的无人机，比如‘大乌鸦（Raven）’等。重约2公斤的‘大乌鸦’由全球最大的无人机供应商之一AeroVironment公司为美国军方制造，服役时间已经超过10年。尽管在战场上，已经有更尖端的机器可以取代‘大乌鸦’，但在野生动物保护领域，“大乌鸦”仍然被认为是一项尖端科技。

　　在过去10年中，价格的降低和技术的进步——从机载导航使用全球定位系统（GPS）到自动驾驶仪的小型化——使得很多科学团体愿意使用无人机进行实验。目前，无人机提供了一个收集数据的有效方式，尤其在极地研究、火山研究和野生生物学等领域取得了重要进展。具有多年研究无人机经验的佛罗里达大学盖恩斯维尔分校的生态学家阿达姆·沃特斯说：“无人机研制将会成为一项不可或缺的革命性技术——它们正在朝这个方向大步迈进。”

　　瑞士苏黎世联邦理工学院的利安·科赫和英国利物浦约翰·摩尔斯大学的泽格·维希曾在印尼苏门答腊对大猩猩进行跟踪研究。在耗时两年半、耗资25万美元后，他们终于想出了一个更快捷廉价的方法——花了不到2000美元装配了一架无人侦察机，为它配备了电池驱动的自动驾驶器和高分辨率摄像头。这架翼展1.4米、用GPS导航的无人机带回了大量有关猩猩聚集地和森林砍伐的详细图片和资料。这种无人机受到其他环保学者的热捧，纷纷向两位科学家请教，希望定制一架适合自己研发课题的无人机。因此，科赫和维希已经与一家瑞士公司合作制造科研用无人机，迄今已经制造了20多架。

　　这种无人机不仅能标识出滥砍滥伐森林的情况，在打击偷猎方面也能发挥重要作用。据国外媒体2012年12月报道，谷歌向世界自然基金会（WWF）提供了500万美元的资助，用于购买无人机跟踪濒危动物。世界自然基金会已经在尼泊尔的奇旺国家森林公园对其环保无人机进行了测试，2013年在非洲大陆布置监测无人机。该处盗猎情况极其猖獗，不仅使犀牛等物种濒临灭绝，也催生了牛角和象牙等的黑市交易。

　　世界自然基金会将整合多种跟踪方案，包括电子标签、无人机和人类巡逻。无人机可以通过平板电脑控制，能拍摄被标记的动物附近的可疑偷猎者照片。世界自然基金会将使用软件识别哪些动物最容易受到伤害从而制定更有针对性的保护措施。

　　放低身段到农田

　　以军事应用起家的无人机正在农田里挖掘自己的潜能。

　　“农业，绝对会成为无人机的主导市场，”吉格解释道，“在日本，雅马哈RMAX系列的无人机已经在天空飞行了20年，帮助农民精耕细作。很多农田位于陡峭的山坡上，这些无人机能在五分钟内处理完一亩地，使用拖拉机很难而且根本不可能做到这一点。无人机上配备的照相机能发现氮浓度偏低的地方；配备有红外线照相机的无人机还能通过反应不同植物光合作用的效率来显示植物的生长情况。”而且，吉格强调称，借用无人机可以精确地确定什么地方需要什么资源并将其递送到该处，从而实现农药、水或肥料的精准应用，这一点对环境也好。

　　据国外媒体报道，今年3月份，加拿大安省西南部地区的农民用上了一种颇为有趣的新装备：迷你无人飞机。这种翼展1米多的飞行器最高时速56公里，配有高清照相机，可轻松分辨地面上一颗种子大小的物体。每次升空，这种电池驱动的遥控迷你飞机能工作45分钟，并查看大约10平方公里土地。农民表示，将用这种飞行器来居高临下地查看农田内庄稼长势、土壤和病虫害等情况。

　　这种迷你小飞机售价为7.3万元（基本型），最新改进型售价达17万元。去年，加拿大境内共售出26架同类小型无人机，主要用于农场、空中地貌调查、环境保护、搜救和探矿等领域。当地警方也曾借助小飞机发现了隐藏在玉米地中的大麻田。

　　美国佛罗里达州正在使用新型无人机来消除蚊蝇侵扰。据报道，这种小型无人机仅重0.9公斤，装有红外摄像器。它将被发送至人类不易到达但蚊蝇滋生的地方，如沼泽地等。无人机在寻找到蚊蝇聚集地时会发出特殊信号，有关专家就会前往喷射杀虫剂，之后迅速撤离。利用无人机在这类地方消灭蚊蝇可达到快速有效，并从根源消除蚊蝇侵扰的作用。

　　搜救失踪人士

　　2013年5月，加拿大皇家骑警收到一通紧急求救电话，一辆汽车翻下一条偏远的高速公路。当急救车赶到后，应急响应队的人无法确定受害人的具体位置，因为在事故现场方圆两百米的范围内都没有发现受害人。随后，人们又将地面搜索范围扩到周围1公里的范围，并出动了具备夜视功能的直升机，却仍无所获。

　　万不得已之下，皇家骑警向加拿大警方调用了一家警用无人机辅助搜寻，这架Dragan Flyer X4-ES型号的无人机装备有前视红外摄像仪，与发现波士顿爆炸案嫌犯的红外摄像仪为同款。最后，在红外摄像以及GPS定位的帮助下，皇家骑警终于找到了受害人。

　　吉格说：“据我所知，这是首例无人机营救普通人的例子。”

　　但它肯定不会是最后一例。搜救任务耗时、昂贵，而且，参与搜救者自己也可能会遇到危险。在搜救任务中使用配备精良的无人机的例子与日俱增，或许很快会成为标准的工作方法，可以覆盖人类无法到达的大部分区域，而且，在晚上也可以工作。

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编辑：尹盼秋