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1、 目录 P1 P2 P12 P17 P24 P26 P36 P39 P45 P47 引言 无人机应用场景和通信需求 4G网络能力 5G网络能力 网联无人机终端通信能力 5G应用案例 无人机安全飞行 标准进展 趋势，总结和展望 贡献单位 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架 构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力 量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。 1
2、 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 引言 无人驾驶航空器（Unmanned Aerial Vehicle, 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5
3、G 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（Enhanced Mobile Broadband,以下简称eMBB）、超高 可靠低时延通信（Ultra-Reliable Low-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
4、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
5、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 2 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 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，
6、 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。 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 无人机应用场景和通信需求 图2-1 数字网联天空 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201
7、7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”。 3
8、 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 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
9、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
10、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。 4 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 表2-1 无人机物流场景网络指标 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
11、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。 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，
12、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 5 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 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
13、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 表2-2 无人机农业植保场景网络指标 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
14、。 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。 6 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 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
15、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
16、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
