5G无人机应用白皮书.docx
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5G无人机应用白皮书
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目录
引言
P1
无人机应用场景和通信需求
P2
4G网络能力
P12
5G网络能力
P17
网联无人机终端通信能力
P24
5G应用案例
P26
无人机安全飞行
P36
标准进展
P39
趋势，总结和展望
P45
贡献单位
P47
引言
1
无人驾驶航空器（UnmannedAerialVehicle,以下简称UAV）简称为无人机，其全球市场在过去十年中大幅增长，现在已经成为商业、政府和消费应用的重要工具。
无人机能够支持诸多领域的解决方案，可以广泛应用于建筑、石油、天然气、能源、公用事业和农业等领域。
当前，无人机技术正在朝军民融合的方向高速发展，无人机产业已经是国际航空航天最具活力的新兴市场，成了各国经济增长的亮点。
无线通信在过去20年经历了突飞猛进的发展，从以话音为主的2G时代，发展到以数据为主的3G和4G时代，目前正在步入万物互联的5G时代。
移动网络在继续丰富人们的沟通和生活的同时，也向全行业数字化转型提供能力，提高各行业的运作效率和服务质量。
5G以全新的网络架构，提供10Gbps以上的带宽、毫秒级时延、超高密度连接，实现网络性能新的跃升。
ITU定义了5G三大场景：
增强移动带宽（EnhancedMobileBroadband,以下简称eMBB）、超高可靠低时延通信（Ultra-ReliableLow-latency
Communications，以下简称uRLLC）、大规模机器类通信（Massive Machine-Type
Communications，以下简称mMTC）。
无人机行业高速发展的同时，也对无人机通信链路提出了新需求，呈现出与蜂窝移动通信技术紧密结合的发展趋势，形成“网联无人机”。
业界预测，无人机与移动通信的结合，将给产业界带来10倍的商业机会。
移动运营商经过几十年的发展覆盖了全球70%的陆地及90%的人口。
以往无线信号主要覆盖地面的人和物，没有专门为无人机设计空中覆盖，低空数字化是一块有待开发的宝藏。
在即将到来的5G时代，5G蜂窝移动通信技术与无人机的结合使得这些原本难以想象的想法成为可能。
本文将给出网联无人机应用场景和通信需求、
4G现网及未来5G网络对无人机需求的满足度，
5G网络下网联无人机的应用案例，无人机终端通信能力，安全飞行相关法规与通信需求，标准进展，并对网联无人机的未来进行展望。
注：
无人机有多种分类方法（飞行高度、重量、用途、动力、活动半径）本文中的无人机是作业高度300m以下民用无人机
无人机应用场景和通信需求
1.应用场景综述
无人机是利用无线遥控和程序控制的不载人飞机。
它涉及传感器技术、通信技术、信息处理技术、智能控制技术以及航空动力推进技术等，是信息时代高技术含量的产物。
无人机价值在于形成空中平台，结合其他部件扩展应用，替代人类完成空中作业。
目前以消费类无人机占据更多的市场份额，但行业无人机也正在被看好。
今年
6月结束的2018世界无人机大会预测，未来5年，全球行业无人机行业将保持迅猛发展，到2022年市场总值将达到150亿美元，为2016年的近12倍；其出货量将突破62万架，是2016年的6倍。
图2-1数字网联天空
2
目前，在中国乃至世界各地，诸多领域已显现出“无人机+行业应用”的蓬勃发展势头。
无人机在农林植保、电力及石油管线巡查、应急通信、气象监视、农林作业、海洋水纹监测、矿产勘探等领域应用的技术效果和经济效益非常显著。
此外，无人机在灾害评估、生化探测及污染
采样、遥感测绘、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐、野生动物保护等方面也有着广阔的应用前景。
深圳市无人机行业协会提供的统计数字显示，截至2017年12月31日，2017年中国国内民用无人机产量达到290万架，同比增长67%；其中深圳的民用无人机产值已达300亿元人民币，占据全球民用无人机市场份额的70%。
接入低空移动通信网络的网联无人机，可以实现设备的监视和管理、航线的规范、效率的提升，促进空域的合理利用，从而极大延展无人机的应用领域，产生巨大经济价值。
基于新一代蜂窝移动通信网络5G为网联无人机赋予的实时超高清图传、远程低时延控制、永远在线等重要能力，全球将形成一个数以千万计的无人机智能网络，
7x24小时不间断地提供航拍、送货、勘探等各种各样的个人及行业服务，进而构成一个全新的、丰富多彩的“网联天空”。
1.1物流
1.1.1业务场景描述
对比传统物流行业，无人机物流优势明显。
规避拥堵，运输快速高效：
相对于地面运
输，无人机物流具有方便快速的优点，在山区较
多的省份，陆路运输所耗费的时间和成本较平原地区高很多，采用无人机则可能以同样的成本实现更高的物流效率。
在拥堵的城市和偏远的山区运送急需物品，则可能比陆运节省80%的时间，而且按照发达国家经验，高层建筑势必会越来越多地配备直升机停机坪，也能够方便无人机起降。
应对小批量任务，解放人力：
无人机物流可以有效节省人力资源的消耗，将复杂环境下和大批量的投递任务交给人和地面车辆，而将简单场景下的小批量的投递任务交给无人机，则可以更充分地发挥人力的灵活应变能力，减少体力消耗。
摆脱地形限制，应对极端条件：
在极端条件下，无人机可以轻松抵达地面车辆无法到达的区
域，例如在应急救援物资的投送任务中，无人机配合直升机可以大大提高投送效率。
1.1.2发展趋势和特点
物流配送进入无人机时代，打开了国内、外物流运输的新战场。
物流快递是极具潜力的无人机应用领域之一。
2017全球智慧物流峰会数据显示，2016年智慧物流市场规模达到2000亿元，到2025年将超过
10000亿元。
近年来，我国逐渐重视并鼓励无人机在物流等专业领域的应用。
2018年1月，国务院出台
《关于推进电子商务与快递物流协同发展的意
见》，明确指出要提高科技应用水平，鼓励快递物流企业采用先进适用技术和设备，提升快递物流装备自动化、专业化水平。
今年全国邮政管理工作会议还提出，要促进科技创新，推广应用无人机、无人车、无人仓库等技术。
1.1.3通信能力需求
实现无人机物流配送包括运营调度中心、无人机配送站、物流终端（即无人机）三个实体。
5
在配送过程中涉及配送任务的下发、配送任务执行、无人机状态上报等环节，无人机物流当前对通信的需求包括：
飞行状态上报以及RTK高精度
定位信息的下发，出于飞行安全和紧急情况处理考虑，物流无人机也需要具备视频回传实时操控能力，在必要的时候由人工接管。
表2-1无人机物流场景网络指标
2.3农业植保
2.3.1业务场景描述
植保机械化是实现农业种植机械化、现代化的关键一环。
相对于有人驾驶飞机喷洒而言，无人机植保具有作业效率高、单位面积施药液量小、无需专用起降机场、机动性好等优点，其在日本等国家发展已十分成熟。
无人机植保包括喷洒农药种子、巡逻监视、病虫监察等应用。
无人机植保作业与传统人工植保相比，具有精准高效、安全环保、智能化、操作简单等特点，在农业领域，植保无人机在不断证明着它的突出优势。
一是提高植保效率，节约资源成本。
无人机植保作业强度高，可同时代替多人的劳动力;采用喷雾喷洒方式至少可以节约50%的农药使用量，节约90%的用水量，这将很大程度地降低资源成
本;与传统植保机械相比，植保无人机还具有折旧率低、单位作业人工成本低、易保养等特点。
二是防治效果好，减少污染并提高产量。
无人机植保具有作业高度低、飘移少、可空中悬停等特点，喷洒农药时旋翼产生的向下气流有助于增加气流对农作物的穿透性，减少农药损失，且其覆盖率优于人工操作，防治效果好，可有效减少农药对土壤的污染并助产增收。
三是作业安全性高，降低中毒风险。
无人机操作规范，远距离操控避免了作业人员暴露于农药下的危险，提高了作业的安全性。
解决了传统人工植保方式中经常出现的中毒、中暑以及踩踏作物等问题。
2.3.2发展趋势和特点
近10多年来，农业植保无人机在我国迅猛发展。
至2017年9月，不完全统计，全国植保无人机装机量达到近万架，已经在包括水稻、小麦、玉米、甘蔗、果树、棉花等多种作物上进行了病虫害防治作业，实际效果证明已经达到实用水
平，正处于迅速发展阶段。
无人机测绘先行，测绘除了土地信息外，也包括气候采集如风速、天气，温度、湿度以及大气压力的数据实时观测。
高效、快捷的测绘可用于路径规划和精准作业，即测即洒是未来植保无人机发展的方向。
未来无人机农业植保将成为一种服务，互联网农业服务平台公司一端连接种植户，一端连接专门提供无人机喷洒农药服务的队伍，搭建了一套农业生产服务平台，种植户无需购买无人机，只需要订购农事服务。
2.3.3通信能力需求
植保无人机当前经营模式通常由植保队操作，飞行状态数据实时通过蜂窝网络上报云端用于计费和管理，高精度定位信息通过短距通信或蜂窝网络下发给无人机。
土地勘测图片数据量大，目前以存在SD卡上为主，未来希望网络提供实时传输。
表2-2无人机农业植保场景网络指标
2.4巡检、安防、救援
2.4.1业务场景描述
无人机在公共安全领域应用众多，如边防监控、消防监控、环境保护、刑侦反恐、治安巡逻等。
突发事件中，无人机可以代替警力及时赶往现场，利用可见光视频及热成像设备等，把实时情况回传给地面设备，为指挥人员决策提供依据。
在公共安全作业中，无人机典型网络需求包括：
实时视频传输（多路）、飞行状态监控、远程操控以及网络定位
我国领土由于地理环境和气候的多样性，各种自然灾害时有发生，每年因自然灾害、事故灾害造成的经济损失高达数千亿，灾后救援工作尤为重要。
无人机在展开救援作业中可实现快速响应，在第一时间到达现场，迅速展开作业；采集现场数据，迅速将现场的视、音频信息传送到指挥中心，供指挥者进行评估和决策；能够实现通信中继功能，快速恢复现场局部通信；跟踪事件的发展态势，帮助指挥中心实施不间断指挥处理。
基础设施巡检是指对输电线路、输油管道、基站塔台、桥梁、风力发电机等基础设施的巡视检查或状态监测。
其作业内容具体包括对基础设施本身的监测、对周边环境的勘探、基础设施的日常周期维护以及简单的故障排查、处理等。
传统的人工巡检方案受环境及天气等影响，工作量大、工作效率较低、成本较高，且存在一定的人
身安全风险。
无人机以成本低、灵活性强、安全性高、受自然环境及地形影响较小、视角更优等特点，越来越广泛地应用于基础设施巡检领域。
电力设备中输电线路一般位于崇山峻岭、无
人区居多，人工巡视检查设备缺陷的效率较低，因蛇、虫、蚁等小动物咬伤员工的事件也屡见不鲜；另外，输电铁塔、导线、绝缘子等设备位处高空，应用无人机巡查，既能避免高空爬塔作业的安全风险，亦可以360°全视角查看设备细节情况，提高巡视质量。
从作业安全、作业效率、作业质量等多个方面出发，无人机逐渐替代人工巡视，是电力行业解决老大难问题，推行智能巡检技术的必然选择。
随着电网快速发展，电力行业机巡作业市场规模不断增加，除输电线路巡检外，在规划设计、基建工程、物资配送、安全监督等领域也提出了无人机作业需求，同时在风电发电、光伏发电、铁塔公司等其它能源行业市场，潜在需求量巨大。
2.4.2发展趋势和特点
公共安全监控市场需求巨大。
根据预测，美国公共安全领域的无人机约占商业无人机总量的
10%，预计到2020年市场规模约为51亿元；按照中美未来公共安全支出比例估算，保守预计2020年中国国内公共安全市场空间约70亿元。
而无人机因为零人员伤亡、恶劣环境作业、强机动、易操作等突出优点，使其成为公共安全监控领域的
新星，市场潜力巨
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