无人机是继智能手机之后发展最为快速的一种特殊的终端设备。通信技术、控制技术、动力技术、计算机技术、材料技术的发展促进了无人机的飞速发展，使得无人机的飞行稳定性、可控性、安全性、功能性、抗毁性、续航能力等得到了大幅度提高。人们逐渐认识到无人机可带来不可估量的价值，无论是在战场上、公安工作中还是在民用领域均可发挥重要的作用，可突破人类视野的局限性，大范围采集数据、高空抛投、喊话、照明、中继通信、噪音驱散、屏蔽信号等。目前，警用无人机已经在禁毒、治安、交警、刑侦、森林防火、大型活动安保、救援搜索、反恐处置、突发事件调查等领域中发挥着重要的作用 [1] 。不同于民用无人机，警用无人机由于其工作环境和性质的特殊性，对飞行的时间、高度、环境、负载等要求不一样，因此对警用无人机的类型、挂载设备等要求均有所不同。因此，本文重点探讨警用无人机的相关技术和发展趋势，以便于掌握其特殊性和重要性，更好地应用于公安工作中。

2. 警用无人机应用的现状

由于具有机动灵活、快速响应、可视化警务、大范围监视和获取数据、发现和跟踪犯罪嫌疑人、无人员伤亡等优势，警用无人机已经在警务工作中得到了大量的应用。在美国、英国、德国、澳大利亚、新加坡、日本、韩国等国家，警用无人机都得到了广泛的应用，更多的时候充当警察的“眼睛”，也越来越小型。自2008年北京奥运会上北京市公安局将无人机运用到安保工作上，公安部门开始意识到无人机的重要性，随着应用的深入，作用越来越显著，需求也越来越大，警用航空建设已经成为公安部门的重要工作之一。近几年，随着民警对无人机认识的提高以及对无人机需求的增多，警用无人机数量有了明显提升。统计数据显示，2014年公安实战部门购置了60多架警用无人机；据前瞻产业研究院《年中国无人机行业市场需求预测及投资战略规划分析报告》显示，截至2015年11月，已有25个省、自治区、直辖市公安机关，147个实战单位，配备了近300架(套)警用无人机，涉及50种型号。仅2017年上半年，已经完成中标的警用无人机的公开采购项目超过50项，采购无人机达百余架。由此可见，警用无人机需求量较大，数量在激增，应用范围也在不断扩大，警用无人机的地位愈显重要。

3. 警用无人机的关键技术

警用无人机系统是由机体系统、飞行控制系统、通信系统、动力系统、荷载系统、发射和回收系统、地面控制系统等组成(见)。机体系统主要包括机翼、机身、尾翼、起落装置等。机体的结构要充分考虑到气动、挂载、经济等方面，他们的尺寸、位置、机翼造型等会直接影响无人机运行效率和使用性能；飞行控制系统是无人机的核心部分，如同指挥员指挥飞机飞行；通信系统保证了地面与航空器的联系，地面可以向航空器发射指令，航空器也可以向地面传递数据；动力系统可产生拉力和推力，保证了无人机上升、飞行；荷载系统可以便于无人机挂载各种功能设备，实现高空拍摄、照明、喊话、抛投、中继

通信等；发射和回收装置主要是实现起飞和着陆任务；地面控制系统主要完成飞行任务的设定、监控无人机飞行的状态、任务数据加载、对无人机的操控和任务的操控、飞行参数记录、任务数据的记录等。警用无人机涉及的关键技术有飞行控制技术、通信技术、避障技术、发射和回收技术 [2] 。

飞行控制技术是无人机的核心技术，它主要负责采集数据、控制律的计算、航线的确定、飞行任务的完成、起落控制、紧急情况的处置等，可以控制无人机的姿态、高度、飞行速度、航向等。由于存在强风、气流紊乱、载重变化、飞行倾角的变化以及其他一些干扰因素，飞行控制技术显得尤为重要，对飞行的鲁棒性、稳定性要求也很高。根据控制对象的不同，飞行控制技术可以分为飞行姿态控制技术和飞行导航控制技术，通常两者分开设计，避免相互干扰

1) 飞行姿态控制技术

飞行姿态控制技术是指基于姿态的控制技术。主要使用的控制技术有PID控制、H∞控制、增益调度控制、模糊控制、神经网络控制、反馈线性化控制、滑模变结构控制、自适应控制、多饱和控制等。PID控制方法是最经典、应用最广泛、最成功的控制方法，控制方法简单，适合于飞行精度要求不高、良好的飞行环境下的控制。H∞属于鲁棒控制的方法，它可以很好解决因干扰等因素引起的建模误差问题，适合于干扰环境下的飞行控制。利用多饱和控制的方法设计多旋翼无人机，可以解决其它控制方法所不能解决的很多实际的问题。

2) 飞行导航控制技术

飞行导航控制技术是指基于导航数据的控制技术。要精准地定点定高、控制无人机悬停或者航线设计，飞行控制器必须知道自己所在的位置。因此，航空器内必须安装有与定位系统有关的接收设备，实时接收定位信息。目前全世界定位系统有美国的GPS，中国的北斗、俄罗斯的GＬONASS、欧洲的伽利略，印度的IRNSS，其中应用最为广泛的是GPS系统。目前，警用无人机上安装的基本上都是GPS模块或者GPS/GLONASS双模块，不久的将来会装有北斗模块。由于会受到干扰影响，如电磁辐射或者地磁风暴，会使得GPS信号弱或者无信号，飞行的无人机会失控，所幸的是，无人机除了“GPS模式”外，还有一种“姿态模式”，依靠的是内部的IMU (惯性导航系统，实际上就是由一组陀螺仪、加速度计传感器和计算机组成)来识别自身的飞行状态和相对位移。当没有GPS信号，可以切换到“姿态模式”，保证飞行任务的完成。在姿态模式下操作无人机，对操作手的技术要求很高，否则也会使得飞机失控。另外，一些警用无人机上还安装有超声波传感器和气压计，它们可以测量无人机的高度。在没有GPS信号的一些场合，可以利用超声波传感器和摄像头进行定位。

要对无人机进行定点悬停、定高以及按照设计的航线飞行，除了以上的定位系统、惯性导航系统外，最为关键的是需要控制技术才能达到指定的位置。譬如飞行高度高了，需要调低，可以通过反馈控制技术来实现；如有强风的影响，可以通过抗干扰控制技术来实现。

无人机要完成飞行任务以及执行其他的任务，离不开地面控制指令，执行任务的相关信息、无人机的状态有必要传递到地面站，方便查看、纠正、储存，这些均需要通信技术的支持。无人机地面控制站和无人航空器之间的通信系统由上行链路和下行链路组成。上行链路传输指令信息给航空器；下行链路传输无人机的飞行状态、采集的数据给地面控制站。地面控制站与航空器之间的通信媒介主要有无线电波、光纤。利用光纤作为通信媒介，数据传输率高，通信质量好，一般在特殊的应用中会使用到，如信号干扰严重的区域、安全性要求较高的场合。警用航空器与地面控制站之间的通信媒介基本上都是无线电波，考虑到要传输图像信号，只有高频率的无线电波，频率在3 GHZ~300 GHZ之间的微波才能完成这种高速率数据的下行链路传输。微波传输属于视距传输方式，发射天线和接收天线之间不能有遮挡，否则信号不能送达。因此，利用微波作为传输媒介时，航空器飞行的高度和距离是有限制的。要想实现远距离飞行或者超高空飞行，可以通过卫星或者另一架无人机中继来实现。

警用无人机不同于其他行业级或消费级无人机，涉及传输内容保密，因此无线传输需要加密并使用专用频率，因此警用无人机通信频率需要行业标准规范。

无人机避障技术是指无人机自主地避开障碍物的智能技术。避障技术可保证航空器飞行的安全性，减少损失和伤害。避障技术的原理很简单，就是发现并绕开障碍物，飞行路径合理。控制技术、定位技术、计算机技术、视觉技术的发展推动了避障技术的快速发展。无人机避障技术包括有超声波避障、红外线或者激光测距避障、视觉避障技术、电子地图避障技术等。超声波避障技术比较成熟，方法简单，但该技术探测障碍物距离近，飞行速度快的航空器往往来不及刹车；红外、激光、视觉避障技术都采用了三角测距法，红外避障技术成熟、成本低、但易受到光的干扰，测量距离较近；激光避障技术精度高、测量距离远，但成本高昂；视觉避障技术测量距离远，精度高、成本低，但计算复杂、对光线条件要求高。雷达避障技术测量距离远、精度高、但成本也很高；电子地图避障技术精度高、成本也高，对建模和运算要求也很高。目前，很多品牌的无人机同时运用多种避障技术来弥补不足，使得自主飞行更为智能和安全。很显然，未来避障技术的发展绝不是单一技术避障，而是多技术融合来应对多场景避障，这样更有利于完善自主避障系统。

(四) 发射和回收技术

要提高无人机起飞和降落的高安全性、高可靠性、高机动性等，对无人机的发射技术和回收技术要求也就比较高。目前无人机发射技术类型很多，包括弹射起飞、火箭助推发射、空中投放、手抛投放、垂直起飞、滑跑起飞等 [4] 。警用无人机使用的发射技术主要有垂直起飞、助跑起飞、弹射起飞、手抛投放等。无人机回收技术有降落伞回收、气囊着陆回收、撞网回收、空中回收、垂直降落、拦阻着陆回收、绳钩回收、起落架滑轮着陆等。警用无人机回收技术主要有垂直降落、起落架滑轮着陆、绳钩回收等。具体选择哪种发射和回收技术，要充分考虑警用无人机的类型、重量、尺寸、起飞和飞行的环境、降落的环境、具体的应用等因素 [5] 。

4. 警用无人机发展趋势

警用无人机具有站得高、看得准、盯得住、传得快等特点，能够解决很多警务工作难题。鉴于无人机在警务工作中的应用优势，根据警务工作的特点，大力研发适用于不同警务工作的无人机以及挂载功能设备是发展的必然趋势 [6] 。

当前警用无人机的智能化水平还不太高，对警用无人机的控制主要还是依赖人工控制的方式，这就存在受电磁干扰、避障不及时、临场判断失误、一人仅能控制一架无人机等弊端。由于警务工作中地点的不确定性，可能在居民楼内、街道上，也可能在荒郊野岭、高山上、峡谷中、海上等，工作环境的复杂性更是对无人机的智能化有着更高的要求。未来的警用无人机必然能自主飞行、遇到危险时能自主做出反应、能够按照指令自主飞行或者到达某一指定位置完成某一任务、可以同时控制多架无人机完成相同或者不同的任务。也可以实现警用无人机之间的互联互通，无人机与其他电子设备之间可协同作业，警用无人机智能化水平会达到很高的水平。

目前，警用无人机一般只能挂载某一功能设备，但是在实际应用中，我们需要多用途的无人机。为了提高警用无人机综合应用能力，可以同时兼顾预警、侦查、打击等用途，适应实际应用的需求，即在同一平台上安装不同的模块，降低无人机的成本，实现一机多用，提高工作效率。

结合警务工作的实际情况，警用无人机在空中侦查、涉林现场勘查、森林防火、消防救援、抢险救灾、交通管理、大型活动安保、反恐处置等中的运用无疑是一种趋势，有着巨大的应用前景 [7] 。目前，无人机应用于警务工作中已经取得了不俗的实战效果。无人机具备成本低、易操控、灵活性高等特点，以及“查得准、盯得住、传得快”的优势，可快捷高效地完成应急救援、陆地搜救、应急追踪、现场取证等急难险重任务。这无疑是公安机关在信息化条件下，完成打击罪犯、维护稳定、服务人民等警务工作的杀手锏。目前警用无人机的应用还处于摸索阶段，应用的最为广泛的就是航拍，要真正发挥无人机在公安工作中的作用，必须结合各种警务工作，深入研究、制定无人机应用的方案，规范操作，完善无人机应用理论知识，系统开发应用模块，促进无人机在警务工作中的深度应用。

(四) 专业人才的培养

虽然不少警务部门都有专人操纵、驾驶警用无人机，但是这些能操控无人机的人员仅仅是进行了几天的飞行培训或者获取了协会颁发的证书，没有经过系统的学习，对无人机知识的理解和无人机的应用不全面和深入，这些均制约着无人机在警务工作中的应用。另外，由于单位编制、无人机使用的风险大、领导的不重视等因素，专业人才的培养和合理的人员配置、无人机装备的配置还没有达到我们理想的目标，这些不利于最大化发挥警用无人机的效用，不利于最大化提升警务工作的效率。既然我们已经认识到无人机在警务工作中的重要性和必要性，那就有必要重视专业人才的培养，为接下来的警务工作配备高科技型人才。

此外，就技术角度而言，警用无人机还有很多方面的发展，如续航能力的提升、挂载能力的提升、避障能力的提升、不同环境下起飞和降落的可选择性、抗风等级的提升、数据安全传输能力的提升等。

中央高校基本科研业务费专项资金项目(LGZD201806)资助。

　　日前，陕西渭南迎来一场降雪，部分路段积雪严重，渭南市公安局交警支队临渭大队启用无人机勘察危险路段，将有效警力合理安排在群众最需要的路段。崔正博摄（人民视觉）

　　航天科工三院 任雪皎文

　　科技让生活更美好。随着科技快速发展，人们不断享受着种种便利。尤其是在互联网、移动通讯、人工智能等高科技的推动下，加快了趋势性、前沿性科技成果应用的步伐。无人机、柔性屏、生物识别、免疫疗法等前沿科技已初步试水应用，正迅速地融入普通人生活。这些前沿科技的具体情况如何？能给你我生活带来什么样的变化？科技视野版即日起推出“身边的前沿科技”系列报道，运用文字、图片、视频，线上线下全媒体融合呈现，和您一同深切感受科技创新给百姓生活带来的和即将带来的巨大变化。

　　近日举办的第五十届国际消费类电子产品展览会上，无人机、无人驾驶、虚拟现实等技术大放异彩。随着大众对无人机的兴趣越来越浓，无人机也频频出现在各种场所。在旅游景区、影视拍摄基地或是重大新闻现场，经常能看到无人机在空中忙碌地穿梭。

　　无人机的发展到了什么水平？能给人们的生活带来哪些变化？记者日前走进几家有代表性的无人机企业和研发机构，近距离感受无人机的科技魅力。

　　是飞机，但不止是飞机

　　完整意义上的无人机，指的是“无人机系统”

　　说起无人机，似乎人人都明白，但无人机到底是什么？中国航天科工三院无人机技术研究所系统总体主任设计师殷志宏用“行话”进行了概括：“无人机是无人驾驶飞行器的一种，是人工遥控或程序自主控制的飞机统称。”

　　无人机首先是飞机。“其技术原理与传统航空工程所研究的飞行器没有本质区别。”傲势科技联合创始人、首席执行官郭亮认为，无人机与有人驾驶飞机最主要的区别在于，前者对导航、制导与控制技术提出了更高要求，以及为指挥无人机完成既定任务形成了一套地面指挥控制系统。

　　无人机也不一定无人。“一般无人机是不载人的，例如美国的全球鹰无人机。但有的无人机也可以载人，比如以色列的‘空中骡子’无人机。”殷志宏说。

　　老百姓熟悉的无人机，通常指的是机身，也就是携带载荷飞行的无人机平台。完整意义上的无人机，指的是“无人机系统”，这个系统由无人机平台、任务载荷、起降系统、测控与信息传输系统、地面支援与保障系统、飞行员/操作手组成。

　　殷志宏一一列举：“无人机平台，负责安全飞行运送载荷到指定位置；任务载荷，主要用于执行任务；起降系统，负责无人机平台的起飞和降落；测控与信息传输系统，实现无人机控制生成指令与传输；地面支援与保障系统，负责无人机维护维修和使用保障；而飞行员/操作手负责无人机操作和控制，是无人机的指挥中枢。”

　　按照起飞质量、飞行速度、航时、任务功能、技术体制等不同标准，无人机的分类可谓五花八门。一般说起靶机、无人侦察机、无人运输机、测绘无人机、植保无人机等，都是从功能角度进行区分的，但业界通常从技术体制上进行划分。

　　“常见的无人机有三种类型。第一种是固定翼，顾名思义就是翅膀形状固定，靠流过机翼的风提供升力。比如，我们平时坐的波音和空客的大飞机等都是固定翼飞机。”大疆创新科技有限公司相关负责人介绍，第二种是直升机，特点是靠一个或者两个主旋翼提供升力。第三种是多旋翼，就是具有四个或者更多旋翼的直升机。“但是通常多旋翼就叫多旋翼，而不叫多旋翼直升机，以此和直升机区分开来。”

　　不同类型的无人机具有不同的优势。“固定翼无人机飞行速度快、高度高，飞行覆盖面积大，抗风能力较强，比较适合全管段巡航、通信巡线、航拍等工作。但是它的速度快、转弯半径大，不利于自身安全，尤其还需要专门的起降场地。” 北京中航智科技有限公司副总裁王俊说，直升机飞行虽然高度低、速度慢，但是比较适合短距离巡航、高清摄影和对地目标监控与目标跟踪，还可以定点悬停，尤其在各种情况下均可起降。

　　一些国家已尝试用无人机送快递，用无人机探测雾霾情况

　　无人机能做许多传统飞机做不了的事情。

　　“无人机的诞生源于人们当初需要一种无人驾驶的飞机，去代替有人驾驶的飞机执行‘3D’任务——即‘Dull’（枯燥）、‘Dirty’（脏）、‘Dangerous’（危险）的任务。”郭亮说，比较典型的例子是，让无人机充当靶机，进行长距离巡逻或长时间通讯中继等。

　　无人机的功能主要取决于它的性能和任务载荷的特点。“打个比方，汽车既可以作为私家车方便人们出行，也能够作为救护车、救火车、洒水车、货车等。汽车怎么用，取决于人们采用汽车这个平台为何种行业提供解决方案。无人机的使用也是这个道理。”郭亮说。

　　凭借成本低、零伤亡、生存能力强、机动性能好、使用方便等优势，无人机被业界宠爱有加。军事方面，无人机可用于侦察监视、对地攻击、通讯中继、运输、靶标模拟等，是“得力好伙伴”。

　　在民用方面，无人机也是“百变小能手”。消费无人机的兴起，让消费者可以购买到手即飞的无人机，把航拍从少数专业玩家的独门绝技，变成了人人都可以尝试并享受乐趣的活动。

　　除了娱乐体验，民用无人机主要用于科学研究、大地测量、管路巡线、农林植保、气象观测等商业用途。

　　——灾区救援。当发生地质灾害或重大海难事故，而事故的地点处于高山、峡谷或远离海岸的地段，常规手段无法或难以及时到达现场时，无人直升机可使后方与事故现场人员保持联系，使后方施救人员能够有的放矢地准备工具和器材。

　　——农林植保。无人机能够为农田管理和精细操作提供有效手段。小型无人机不仅可以观察作物长势，还能够喷洒农药，进行叶面施肥等。

　　——气象观测。无人机上安装的遥感快速监测系统，能够为海洋灾害监测、近海污染监测、海洋工程等提供更为直观、准确的图像和数据信息。

　　——森林防火。据了解，美国的“捕食者”无人机就曾在森林火灾时实时捕获热成像图传输给森林消防中心，使其又快又准锁定了火灾发生地，减少灾害损失。

　　而那些有关无人机“脑洞大开”的设想，留给人们更多的想象空间和期待。比如一些国家已进行了无人机送快递的测试服务，国内公司也开始了无人机配送货物的尝试；雾霾天气里，一些公司开始用无人机探测雾霾情况；无人机还有望助力空中交通。据称美国优步公司曾设想研发一架垂直起降全电动飞行器交通系统，只需大约15分钟就能够从美国旧金山飞往硅谷，让人们摆脱堵车之苦。随着能源技术、计算机技术、通信技术的不断发展，无人机将越来越多地影响和改变人们的生活方式。

　　郭亮认为，未来无人机还是要朝着全电化、自主化等方向发展。

　　据预测，2025年我国无人机市场规模将达到750亿元，其中民用无人机市场约占93%

　　那么，无人机的发展现状如何？

　　殷志宏介绍，目前我国约有150多家无人机生产单位，市场上的无人机产品达上千种，各家机构研制的无人机类型和用途各有不同。“基于预测的国际数据以及对我国无人机市场的乐观预判，2025年我国无人机市场规模将达到750亿元，军用无人机市场约占7%，民用无人机市场约占93%，无人机市场前景辽阔。”

　　在专家看来，国内无人机技术水平发展还不够一致，在微型无人机、轻型无人机、小型无人机、中型低速无人机等方面，技术水平已经接近或达到国际先进，但是在中型高速无人机、超长航时无人机、大型无人机方面与国际先进水平仍然存在较大差距。

　　发达国家历来重视无人机的发展。据了解，美国的无人机研制企业主要包括诺格公司、通用原子公司和波音公司等。以色列是最早探索无人机作战应用潜力的国家之一，主要研制企业包括以色列航空工业公司和埃尔比特系统公司等，欧洲也是无人机系统的一大潜在市场，也一直在加快无人机发展的步伐。

　　2015年以后，美国联邦航空管理局开始逐步放开了包括农业、管道检测、航测等在内的多个领域民用无人机飞行。“2015年前，美国仅有6家公司被允许使用民用无人机，但截至2015年上半年，美国联邦航空管理局已经批准了超过500家公司可以开展民用无人机方面的业务。”殷志宏说。

　　美国联邦航空管理局发布的无人机产业年度预测报告称，未来几年内，小型无人机将成为航空领域最强劲的增长点。预计到2020年，美国小型无人机总销量将从2016年的250万架飙升到700万架，其中消费级无人机有430万架，另有270万架用于商业目的。

　　市场的繁荣无疑对无人机的稳定、安全和智能提出了更高要求。

　　在殷志宏看来，无人机毕竟是机器，其基础能力如机动性、飞行稳定性、操控性能、智能化水平等主要取决于生产商的科研水平和基础工业能力。其可靠程度还取决于系统复杂程度和外部使用环境，无人机系统中任意设备的故障都将影响执行任务，无人机使用的任意环节出现掣肘都将影响飞行安全，这需要消费者和制造商共同努力。

　　无人机怎么飞才安全？

　　无人机，不能无人管

　　天上盘旋的无人机多了，安全问题也随之出现。

　　2015年，在美国一场公路大火造成的汽车焚毁事故中，现场5架“黑飞”的小型无人机导致消防飞机降落推迟了将近半小时，严重耽误了救援工作。不仅如此，无人机威胁民航班机的事件也屡见报端，还有人担心无人机航拍“偷窥”侵犯了隐私权，甚至泄露了国家机密。

　　无人机怎么飞才安全？专家认为，无人机的安全性，应该分为平台的安全性和使用的安全性。

　　“无人机平台安全性由无人机厂家的技术能力和管理水平决定。”中国航天科工三院无人机技术研究所系统总体主任设计师殷志宏说，技术实力强、管理体系越完善的无人机企业，其无人机平台安全性越容易保障。

　　但无人机使用的安全性，就不只是厂家的问题。据了解，目前，从无人机的界定、管控、质量，到从业人员的准入条件、商业范围，再到使用者的飞行资质、行为准则等，政府主管部门尚未制定相应的法律法规和行业标准，市场宏观环境与管理制度存在政策空白。

　　“安全问题的凸显，也恰恰反映了产业发展监管不够的问题。”傲势科技联合创始人、首席执行官郭亮认为，我国可参考发达国家的经验，避免简单的禁飞令，保障无人机的使用者具有合法使用空域的权利。他认为，“黑飞”行为中，许多当事人对潜在事故风险和有关法律法规一无所知，在媒体加强宣传和警示的同时，也需要尽快建立健全对于不同级别、不同用途无人机的监管体制和规则。

　　不少业内人士认为，除了法律法规，融入技术手段的监管也值得提倡。

　　专家建议可以建立无人机及其配套产品市场准入机制，强制加装带有标准电子围栏的安全模块，禁止无安全模块的产品在市场流通。还可以在安全围栏边界设立电子警察，实时进行空中无人机管理，通过无线电波激活超界无人机安全模块的自毁功能。