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工业4.0时代的无人机应用

制造业,以及其他传统产业的智能化,是工业4.0时代的核心主题,而小小的无人机是题中应有之义;从最早的军事领域,到火热的消费娱乐,再到各行业的商业化应用,无人机技术持续进化,在悄然改变传统产业面貌的同时,逐渐拓展出更大的市场。

根据普华永道的最新预测,以2015年无人机可替代的商业与人力投入计算,全球无人机商用市场规模将超过1270亿美元。

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如今,我们已经可以用无人机检测铁路、桥梁、通讯设施、太阳能农场、风电场;

还能用它们检测废气排放、地下水泄漏、森林健康状况;

即使是替代人类在农田里播撒种子、在管道中寻找隐患,都不在话下。

这一切得益于:无人机服务通过行业垂直化而带来的专业水准;众多软件与硬件厂商紧密合作带来的用户体验提升。

然而,最关键的一点在于,无人机也在无形中开始替代人类的许多工作,这也是其他新技术,譬如人工智能、机器人正在上演的同一个故事。当然,它们同样也在增强我们曾经不具备的能力,显著提升各产业的效率。

  一、建筑项目

  1. 建筑现场测绘与管理

美国初创公司Identified Technologies利用无人机来测绘和管理建筑工地。利用无人机测绘一个100英亩的施工现场只需要9分钟,而用传统方法测会则需要一个月左右的时间。

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配备高分辨率相机的无人机可以捕捉各种复杂地型的细节,大幅减少人工测绘错误率;同时无人机的采用可以将传统的不透明的施工流程完全透明化,管理者可以随时获取详细的施工现场测绘和分析数据,除了节省时间和金钱,建筑商可以通过细节数据,随时做出趋势预测与判断。

  2. 建筑设备服务的延伸

建筑与森林工业装备巨头迪尔公司(John Deere)新近宣布与无人机服务商Kespry达成合作,将为其客户提供无人机服务,帮助客户削减成本,提高生产率,增强工作场所安全。这家成立于1837年的老牌公司显然敏锐地捕捉到了无人机将对建筑与森林工业带来的变革机会。

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无独有偶,另一家知名装备制造企业

卡特彼勒近期参与了对无人机服务商Airware的最新一轮投资,该公司目前累计融资已经超过1亿美元。卡特彼勒将通过该轮投资,借助Airware向自己的客户提供无人机服务,这将有效扩展卡特彼勒的服务范围,同时形成新的商业模式。

 二、基础设施

  1. 铁路检测

波音公司子公司Insitu利用无人机对美国伯灵顿北方圣太菲铁路运输公司(BNSF)的铁路线路开展空中检测。无人机检测作为一种补充手段,可以观察到铁轨上的裂缝、变形以及枕木的情况,这可以让铁路维护工作更加安全,但不会全面取代铁路工人的检测工作。

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 2. 桥梁检测

卡内基梅隆大学的Jerome Hajjar及同事开发了一套桥梁自动检测系统,利用无人机、3D图像和建模技术,可以自动检查桥梁,分析存在的问题,并评估设施的损坏程度,以及是否需要后续维护。该技术可以大幅减少桥梁检修的人力成本,提升检修工作的效率和准确率。

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三、能源设施

  1. 太阳能农场

在太阳能行业,由于太阳能农场规模不断扩大,要看管好这样的巨大工厂对于人类来说实属不易。除了费时耗力,成本高昂,人员安全更是一个大问题。无人机的出现为该行业增加了高效率的助手。

无人机除了能在太阳能农场规划与建设过程中提供测绘方面的协助,也已经用于太阳能农场运营状况的实时监测。

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法国的Dronotec公司是一家该领域的无人机运营与服务商。公司通过搭载热成像相机的无人机,将捕捉到的图像传给地面团队,从而发现受损的太阳能电池板。当然,它还可以监测农场周边的侵入性植被,电池板上的尘埃,以及其他可能出现的问题(例如强风的影响),热成像技术还可以检测到因受损而过热的电池板。

此外,通过使用DroneDeploy这样的协同绘图工具,无人机还可以和现场团队实时定位和分享检测结果。

 2. 风电场

正如无人机可以帮助工程师发现太阳能电池板的缺陷,它们也可以帮助查明风电场受损的涡轮机,以保证风电场的正常运行。

苏格兰创业公司Cyberhawk是一家工业级无人机航测服务商,业务覆盖油气、风电、基础设施等多个领域,并通过其自行开发的云端设施管理软件iHawk为用户提供无人机数据服务。

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Cyberhawk公司的无人机检测服务不仅可用于陆上风电场,还可用于海上风电场。通过无人机的操作,能够以比传统方式快2到4倍的速度对涡轮叶片进行全方位快速检测,对缺陷和损坏的叶片进行快速定位,并提供高清图像和云端检测报告。显然,这一方式显著减少了传统的空中作业时间和关机时间,提升了风电场的运营效率。

四、工业设施

  1. 气体排放检测

随着全球减排目标的设定和排放监管的趋严,对制造、油气等行业的气体排放监测解决方案的需求将随之增长,这也为无人机企业提供了新的商业机会。

芬兰创业公司Aeromon专攻工业气体排放与泄漏监测。公司建立了一个无人机和软件的集成平台,能够从空中跟踪看不见的气体。

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这一功能主要得益于其开发的传感器包“BH-8”。这一传感器包可同时携带8种不同的气体传感器,用于空中和固定位置的气体测量。此外,它提供精确的GPS,AIS和环境数据,重量不到800克。

该传感器包与还与公司的Gasmon软件和云服务平台实现了全面集成,地面的连接分析平台可以从机载传感器上获得数据,使得工厂运营者和监管机构能够对排放情况进行实时、可视化监测。

 2. 暖气锅炉检测

对Con Edison公司的工人来说,之前每年8次对暖气锅炉的检测维修充满危险,攀爬匍匐等动作则消耗体力且效率低下。现在他们正在测试用无人机来替代人工工作。

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瑞士无人机制造商Flyability为他们提供了这款安装在保护性碳纤维球形笼中的“耐碰撞”无人机。搭载LED照明和高清摄像头的无人机能够在锅炉系统中飞行,并向检测人员实时发送设备运行的视频。有了无人机,以前需要一周的检测现在只需要一到两天,而且采用无人机的检测每次能够节省10万美元。

 五、精细化农业

在农业领域,无人机的使用使得农民以前所未有的效率和精确性来评估作物健康状况,并让他们更高效地使用土地,减少浪费,以及对环境的破坏。

  1. 农田测绘

无人机测绘是无人机在农业领域的一个重要应用。那么,无人机测绘对土地到底能带来什么有利影响?俄罗斯Timiryazev农业大学发布了一份关于小麦施肥项目的研究报告。在研究中,他们发现,通过无人机对麦田进行监测的地形图来优化其氮肥使用,减少了20%的氮肥使用量。

  2. 喷洒作业

消费无人机巨头,中国的大疆公司也在两年前进入农业无人机领域。公司推出的农业无人机Agras MG-1可携带10公斤的液体肥料或农药,能够每小时完成7-10亩农田的喷洒作业,比传统人工操作快了40-60倍。该无人机还可以根据飞行速度自动调节喷洒量,以降低浪费和对环境的影响。

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 3. 播种

从农田测绘到施肥,无人机已经将农业自动化推进了一大步。但如何让农业播种实现更高的效率,也是创业公司乐此不疲的前进动力。

例如,美国公司DroneSeed推出了一款能高速播种大量农作物种子的无人机,可利用压缩空气将种子射入土壤中。目前,该无人机已在美国西北部森林再造中得到应用。

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DroneSeed利用传感器绘制3D地图,并且分析出植物更易生存的地方,最后将包裹好的种子射入土壤中。传统的人力播种,每人每天大概能种800粒种子。同样的工作量,该无人机只需1个小时就能完成。

六、环境与资源监测

1. 森林监测

由于多年干旱,加州Whitaker森林面临严重威胁。为监控森林中红杉的健康状况,加州大学研究团队利用Parrot无人机和测绘软件Pix4D,可以快速生成红杉3D模型,改变了以往利用绳索和安全带这一非常不安全的人工监测方式。

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 2. 地下水管道监测

两年前,由英国诺丁汉特伦特大学Amin Al Habaibeh教授带领的团队试图通过无人机发现地下水管道泄漏问题。他们通过搭载红外摄像机的无人机跟踪地下水管道,并进行了系列测试。

研究表明,红外摄像机可以从高处探测到地下水分蒸发引起的沙子温度变化。同时,借助GPS,能够准确定位哪里的自来水管道发生了泄漏,并及时采取维修措施。短距离的监测可以采用四旋翼无人机完成,长距离的监测则可利用绑定在汽车后的飞艇来完成。

该团队认为,他们的技术是一个非接触的高速系统,对于在炎热、广袤的沙漠地区监测水供应状况具有重要意义。

其实,上述案例只是工业4.0时代无人机商业应用的一鳞半爪,包括保险、采矿、交通、安防等各行业,无人机的应用都正在更广泛的空间大显身手。

这些案例代表的是一种难以逆转的趋势,那就是:

与其他新技术一样,无人机的每一次飞行、每一次拍摄、每一次计算,都在对人类的能力进行替代与增强。(来源:资本实验室)

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