世界地球日无人机飞越太湖搭载国产高光谱成像为太湖水质提升贡献力量

  无人机的作用，绝不仅仅是送外卖、搬运树苗、向柳絮喷洒抑制剂，或者为景区进行夜场表演。在极度依赖无人机性能的重度使用场景，技术和成本一度限制了我们的想象。

  在重大赛事举办前，大面积的安防检测需要投入巨量的人力和时间，而搭载高光谱成像仪的无人机比肉眼巡视看得更准，通过光谱分析识别出伪装物的材质和含量，一次扫描一个片区。在江西庐山，自动巡航中的6台无人机可以对路面状况自动检验测试，与公路局的“大脑”相连，在发生路面抛撒、滑坡，第一时间触发短信通知养护人员。

  古建筑、石窟，作为历史遗迹和文化传承，正在遭受风化、水侵蚀、岩体失稳问题与地质失稳问题，却一直采用抢救性的“被动保护”，无人机可以带着高光谱成像仪或者激光雷达、红外相机，贴近古遗迹飞行，全方位采集数据，包括建筑材质、壁画受侵蚀情况、周边地理信息，构建信息要素齐全的古迹三位模型，实时监测，提前采取预防措施。

  在地形复杂、交通不便、覆盖着茂密植被的喀麦隆洛比铁矿所在地，空中勘测的效率和可靠性成为项目工程设计、施工的前期重要的条件。高效的电机与桨叶、稳定的系统模块设计，可以让无人机连续飞行覆盖更大面积。搭载在飞行器上的高精度激光测量系统，7次回波穿透繁茂森林，获取精度达5厘米的地表测绘信息。

  如果将激光测量系统换成非色散红外传感器，与配备了高精度微型气象站的地基观测设备相结合，这台无人机就可以对城市地区或重点行业、工厂的温室气体排放浓度做监测。无人机带上高光谱成像仪，还可以高效完成森林碳汇的精准核算工作，或者识别林区、农田、咖啡种植园、葡萄园的病虫害。我国无人机领域已经突破的仿地飞行技术（保持与地面的一定高差）使得借助无人机的监测数据可以比卫星遥感更精确。

  工业级无人机，区别于消费级无人机和作为载人交通工具的eVTOL（无人驾驶载人航空器-又被称“空中汽车”），正在拓展其应用领域，并能进入各行各业，成为人类的最强助手。如同一台飞行机器人，搭载各种感知设备，拓宽人们工作上的能力的边界。

  去年底，亿航智能的无人驾驶载人航空器EH216-S搭载乘客完成了商业首飞，并在今年4月7日获得全球首张无人驾驶载人航空器生产许可证（PC），位于广州云浮的工厂将每年生产这款“空中汽车”600架次，并在淘宝上架。科技公众网回顾起2015年中航无人机高峰论坛期间，业内资深人士发表的《未来无人机将成为上下班交通工具》文章，当时还被微博博主猛烈抨击为“哗众取宠”，“完全不可能”。

  eVTOL商飞成功，意味着电动垂直起降无人机的安全性被验证。同时，对绿色低碳交通工具的追求，以及对固态电池、人工智能等技术创新的期待，使概念得以引爆。

  与此同时，政府连续出台的低空经济、航空装备创新政策，也使长期资金市场和各地政府燃起了对无人机板块的热情。今年3月底，工信部等四部门发布《通用航空装备创新应用实施方案（2024—2030年）》，明确提到2027年，以无人化、电动化、智能化为技术特征的新型通用航空装备在城市空运、物流配送、应急救援等领域实现商业应用。到2030年，通用航空装备全面融入人民生产生活各领域，形成万亿级市场规模。

  中金研究认为，低空经济市场蓄势待发，有望成为中国新的经济发展增长极。加快发展新质生产力”，特别提及要积极打造低空经济这样的“新增长引擎”。四川、海南、湖南、江西、安徽5省已在进行低空空域管理改革试点。深圳更是出台了全国首部低空经济立法《深圳经济特区低空经济产业促进条例》。4月12日，大湾区首条跨城低空物流商业化航线在中山市启动，每天约有1万余票无人机配送订单，飞跃70多公里工作。

  十年前，亿航智能还没有进入纯电动无人驾驶载人航空器领域。2014、2015年开始，中国初代无人机创业者在资本加持下激烈竞争，在民用无人机市场跑出了大疆科技，如今在全球市场占有率达到70%以上。最初也进行消费级无人机开发的亿航智能，逐渐调整策略，先后关闭美国分公司，进行内部结构优化，认为纯电无人载人航空器是更有机会的蓝海。

  2013年至2017年，联合创办了亿航无人机的杨镇全经历了那个消费级无人机爆发的年代，并陪伴亿航智能成为美国Nasdaq无人机第一股，在2015年的CES大会（美国国际消费电子展）发布了全球第一款载人无人驾驶飞行器“184”。

  那期间，在昊翔无人机负责产品研发的屠浩锋研制了世界上第一台室内固定翼飞机、第一台30克重量以内的4CH双桨和单桨直升机，也设计了世界上第一台电动载人飞机E430，获得了英国博物馆最佳运输设计奖和美国林伯格两大奖项，并于2017年获得适航证。昊翔无人机是除大疆科技之外，全球第二家无人机销量超过百万的公司。

  2015年，屠浩锋离开昊翔自主创业，2018年遇到从亿航离开的杨镇全，并加入了已经创办一年、专注于工业级无人机领域的曜宇航空。

  同时，从初代市场搏杀中存续下来的无人机企业，在过去五年也在挖掘工业级无人机领域的市场机会。比如极飞科技布局“智慧农业”，在植保无人机市场与大疆竞争，后来又与空中客车联合推出了Vesper，能在空中送外卖和快递，和亿航智能、大疆科技都参与尝试了物流无人机应用。如今极飞的业务已经专注在农业无人机领域，将无人机、机器人、无人驾驶、人工智能、物联网等技术应用在智慧农业生产，并且已经跟随农业项目出海巴西。大疆科技的无人机应用领域也拓展到公共安全、测绘、水利、林业等。

  工业级无人机进入技术攻关、智慧系统互联、全生态产品搭建的阶段。为了在更多场景突破不可能，工业级无人机需要创新与迭代，成为新质生产力或者护卫新质生产力。

  例如在能源保障方面，我国已形成6个跨省区电网，随着城市发展和电网扩大，意外和事故随之增加，巡线工作量也日益加大。通常100千米的巡线个巡线人员一天才能完成，运营和维护成本高，人工检测危险系数高，且肉眼无法观测到过热、腐蚀等异常状况。曜宇无人机将LiDAR（激光雷达）技术与热红外成像技术，与长航时的无云-LONG系列无人机结合，单架次可来回巡检超过50公里，实时传回数据，而光探测设备能评估是不是真的存在塔身变形、管线下垂、植被侵害等问题，热红外图像可感知电力线、变压器等设备是否温度异常。

  欧洲等国也在促进工业级无人机发展。今年3月18日，英国交通部发布文件《未来飞行行动计划》（Future of Flight Action Plan），列出了未来飞行技术在英国的七大应用场景，这中间还包括偏远地区邮件寄送、快速高效打击犯罪、安全高效地管理国家基础设施等。并认为如果大规模采用无人机系统，到2030年仅无人机即可为英国经济贡献450亿英镑（约合人民币4031亿）的收入。欧盟早在2022年通过了欧洲无人机战略2.0，希望在2030年民用无人机能够给大家提供紧急服务、测绘、摄像、检查和监视，运送小件货物。

  对于中国企业，工业级无人机将需要有全套自主知识产权的配套产品，包括无人飞行器、数据传感器、充电机场、AI数据引擎等，来进入全球市场的竞争。

  天还未亮，太湖岸边，水波不惊。轰鸣声从半空传来——一架无人机飞越山丘，落在红光闪烁的起飞点。

  它是曜宇航空的无云L120小型工业无人机，即将飞越太湖，完成水质和蓝藻检测任务。

  这项任务没有想象的简单。在水面飞行时，无人机的视觉定位和超声波定高效果可能会受一定的影响，导致无人机掉高甚至坠机。湖面的气流情况复杂多变，需要无人机稳定应对来自毫无规律的杂风。同时肩负检测任务的无人机需要控制恒定速度，不宜过快。更何况，太湖是中国第三大淡水湖。一架小型无人机，至少搭载4.5kg的设备，需要连续慢速飞行1到2小时才能跨越，中途没有停靠点。

  但曜宇航空的工作人员对自己的产品颇有信心。2023年9月，他们在海拔6000米左右的青藏高原完成了一次极限飞行勘测任务，意味着无云L120无人机具备在低温、强风、大气稀薄的极端环境中仍能保持稳定性和长续航的能力。

  太湖2250平方公里，周长约400公里，覆盖江苏浙江两省，是华东地区重要的生态组成。华东的灌溉水、饮用水，上海的鱼，就来自这里。蓝藻，一种能进行产氧性光合作用的大型单细胞原核生物，当水体富营养化，尤其是氮、磷等营养物质过量时，蓝藻会迅速繁殖，危害水生生态系统和水质。当蓝藻水华发生时，最直观的变化便是水体颜色会变绿或者变红。

  但在水体变色之前，人们若能快速确定水体的氮磷浓度变化，便可以抓住蓝藻暴发前的短暂窗口期，采取进一步措施，避免生态、水源、渔业、旅游业遭受的巨大损失。本次曜宇航空的无云L120工业无人机要执行的任务，就是识别太湖的氮磷含量，防止蓝藻水华的形成。

  南昌青赣环境交流中心刘丹此前接受各个媒体采访时表示：“传统的人工巡河和取样方法在效率和可达性方面存在很明显的局限性。无人机具有大范围、长航时、起降方便、部署便捷、图像分辨率高等特点，在生态变化状况调查、环境监视测定、环境执法、排污口调查和紧急任务等多个角度应用广泛。”

  为了完成此次任务，保证数据精度，曜宇航空使用了可检测到600种颜色、光谱精度达到2纳米的高光谱成像仪。这是一种对物质即可定性又可定量的设备，通过捕捉、分析光谱来判断物质构成。曜宇航空通过无人机传回的数据，生成接近连续的光谱曲线，通过一系列分析有关数据，判断无人机航道上的水体是否“一切正常”。

  代价便是负重。高光谱成像仪重达5千克，相当于让无人机扛着一只和它差不多大小的成年橘猫。这也是怎么回事本次任务非无云L120莫属。它名字里的120正是它的航时：120分钟，是行业同规格无人机续航时间的2-3倍。得益于曜宇航空高能量密度的电池，以及特殊设计的轻量级机身，即便是负重，它依然可以不间断穿越太湖。

  湖面微风吹拂，无云L120自检完成，工作人员按下允许起飞的选项，另外两架也陆续升空。三台机子悬停就位后，向不同方向出发，电脑里不断刷新着水域溯源图像进展。

  无云L20以时速14m/s飞行60分钟后，三台无人机依次降落到太湖另一端曜宇航空自研的800W的无线充电平台上，该充电平台能轻松实现充电1小时飞行1小时。它们采集到的水域溯源可视化图像，为太湖蓝藻水华事先干预提供决策依据。

  曜宇航空推出无云-L120 pro及高光谱成像系统，削弱了长期以来高光谱成像仪的进口依赖，使全球机载高光谱成像应用和技术的布局，除了美国、德国、挪威、芬兰、加拿大之外，有了中国的身影。

  作为工业无人机的新领域，机载高光谱的应用绝不只是监测水体，在农业的防病虫害、应急的危险物质溯源、林业畜牧业的监管以及能源行业等都有很大应用研究空间。此外，高光谱技术还能应用在食品品质鉴别、纺织品种类鉴别、废旧塑料回收、医疗检测等商用领域。

  而在生态文明建设进程中，无人机作为新型监测手段之一，弥补了传统环境监视测定手段中的不足。从2017年到2023年，在生态环境部的80场例行新闻发布会中，有25场都出现了“无人机”的身影。在环境监视测定领域，长续航无人机加高光谱相机的搭配，还有广阔的需求。

  无云L120无人机是多次迭代后的成果，发布于2018年。这一年，大疆获得10亿美元的战略投资，此前进行过4轮融资，融资总额不超过2亿美元。但这也是无人机资本热潮的最后余韵，也是在这一年，消费级无人机市场出现订单量下滑。而2017年工业无人机在中国的销量也不过40亿人民币。

  资本风口已过，行业需求却有待培育，在这样一个尴尬的年份，此时还刚刚起步的曜宇航空只能挑战各家企业不愿啃的硬骨头，主攻行业弱点，想要闯出自己的路。在创办初期，他们确定了三个产品设计原则：高性能、可靠性、无人飞行场景执行力。

  一台标注续航为30分钟的无人机，一旦搭载了重达几公斤的设备，实际作业时间便会骤降至10分钟左右。如果用于日常拍摄，这还算勉强够用，但遇见公共安全、林业、测绘等行业需求，就显得有些捉襟见肘。如果地形复杂，航时不够，一段100千米的电塔巡线都要更换好几个起降点。

  续航能力和稳定能力是一切功能的基石，也是各家厂商的重点攻克对象。大疆2023年5月发布的行业应用产品Matrice 350 RTK，续航能力为55分钟，已经是行业领先的存在。而诞生在5年前的无云120无人机120分钟的续航时间，在搭载承重后依然能采集90分钟左右的数据，一度让业内人质疑。但没有赶上风口的曜宇经过了大量市场上艰巨项目的检验。

  他们持续切入细致划分领域，自主研发激光雷达、高光谱成像仪、AI大数据引擎等无人机全场景产品，并带着无人机飞越高海拔的青海西藏，低温严寒的东北内蒙，地形复杂的云贵川。由于需要搭载昂贵、有份量的各类设备，无人机的产品稳定性极其关键。“一台测绘级别的1350机载激光雷达系统，重8、9千克，价值200万，比一单无人机测绘的单子贵多了，不敢出故障”，曜宇航空创始人杨镇全说。

  因此，这些肩负特殊搭载任务的无人机们，更需要系统性的设计。曜宇无人机的设计师们将AI的研发和应用深度结合无人机在复杂环境下优化路径规划、边缘计算处理，以及提供系统鲁棒性（指系统、算法面对不正常的情况或输入变化时，保持良好性能的能力）。此外，更高密度的电池、可以半自动或全自动运行的多功能无人机机场，都能够在一定程度上帮助无人机飞行器，形成一整套成本更低、更高效率的完整解决方案。

  全套系统将带来更强的适配性。大多数开展无人机业务的公司在业务拓展中因成本及技术原因，一般不参与自主开发无人机，而是购买其他厂商无人机、电池、充电系统、充电平台等，但来自不同厂商的不一样的产品，在应用时也许会出现协议冲突，产生较高的适配成本。曜宇航空目前已完成全产业链自主开发产品，可做到无产品协议冲突，全自动起降，无线充电，AI智能自动识别技术等。

  另外，无云L120的载荷模块化快拆设计，可以在三分钟内切换不同载荷设备，来适配不同的场景需求。比如在灾难救援中，通过搭载红外设备确定人员救援方案后，还可以更换为扩音设备来播报救援通知。

  “我们希望无云L120可当作基础智能硬件，能配合各行业的无人机需求，在成千上万个场景中达成目标”，杨镇全表示。

  2017年至今，曜宇航空已在无人机飞行器领域安全作业数千万架次，保护着1万公里海岸线万公里电线安全稳定，参与数十次灾难现场救援，运送数千次急救物资，守护了1万平方公里山林，并代表中国无人机参与海外项目勘探工作。