无人机发展现状与未来机遇

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张旭东_24d2
0.1 2018.05.07 23:12* 字数 14378

姓名:张旭东     学号:17021211332

转载自 http://www.sohu.com/a/230717314_100077056

【嵌牛导读】现在很多领域都离不开机器,在大型飞行器无法进入的领域,还有很多需要探索的东西,无人机对于人们观测数据,探索自然提供了很大的帮助。

【嵌牛鼻子】嵌入式、无人机

【嵌牛提问】无人机的现状与机遇

【嵌牛正文】

 01无人机技术发展进程——由军用到民用,消费级无人机迅速崛起

  1.1无人机技术由军用到民用,具有百年发展历史

  无人驾驶飞机简称无人机,即UAV(unmanned aerial vehicle)或UAS(unmanned aircraft system),是利用无线电遥控设备和自主程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机可以基于不同程度的自主控制,从无线遥控飞行的半自主控制,到半自动控制,再到完全自主控制。较之载人飞机,无人机的应用能够有效扩大活动范围,提高工作时间,在军事、科研、政府、商业活动及个人消费品等领域都有很大的应用空间。

  从发展历史来看,无人机技术起源于20世纪初期,在第一次世界大战爆发前的1900年代,已经有部分气球炸弹、靶机等研制出来。1910年代,第一次世界大战的开始使得无人机技术获得了发展机会,英美等国家都陆续开始了无人机技术的研发。如1916年,英国军事航空学会指定A.M.Low教授研发遥控无人机投弹。1917年,美国第一架无人机在纽约长滩试飞成功,但由于此类飞机仅作为炸弹使用,因而无法实现回收,也无法完成遥控操作、自主飞行等复杂任务。

  此后,在第二次世界大战的1940年代,更多种类的无人机获得应用。英国的蜂后无人机是无线电遥控全尺寸靶机,1934-1943年间共批量生产了420架,在英国海军和陆军服役。至1950年代,美国的Ryan Aeronautical Company为空军研制生产了高亚音速、喷气推进的靶机,代号Q-2“火蜂”(Firebee),是现今无人飞行器的鼻祖。1960年后,该公司按照五角大楼的要求,将一批“火蜂一号”改装成147A型(Model147A),名为“萤火虫”(Firefly)的“特殊用途飞机”,用来执行侦察拍照任务。至1970年代,美国已将无人机应用于越南战争,用以减少人员伤亡。

  据文献记载,军事无人机经历了无人靶机、预编程序控制无人侦察机、指令遥控无人侦察机和复合控制的多用途无人机的发展过程,到20世纪80、90年代开始得到广泛应用——各国制造的无人机有近百种,其起飞质量从数公斤到100公斤以上,航程从数公里到上千公里,飞行速度从大于100km/h到超声速。90年代的海湾战争和科索沃战争中,无人机执行的多种军事任务包括照相侦查、充当诱饵、地理位置标识、布散传单等。可以说20世纪80年代后,无人机真正具备了智能化、功能多样、外形灵活的特点。

  80年代开始,军用无人机技术的成熟化使其开始进入民用领域,这也是我们将在本文中重点讨论的领域。目前各国政府、企业均大力发展无人机技术,下表所列为部分国家的民用无人机技术研发应用进程。可见民用无人机在发展初期主要借助政府的资金投入和区域试点,而无人机技术的应用可以在科研、监测、农业植保、环保、送货等众多领域带来经济效益,提升工作质量。

  综上,无人机的发展经历了从军用到民用的渗透过程,其军事应用已有上百年的历史,在上世纪80年代之后趋于成熟。军事领域积累下来的无人机技术具备广阔的民间应用前景,因而在政府支持下正在逐步走向科研、监测等多方面的民间应用。我国无人机技术由军用走向民用也是从上世纪90年代左右开始的,如1998年南航在珠海航展中展出的“翔鸟”无人直升机,其功能包含森林火警探测和渔场巡逻。

  可以将无人机技术的发展进程大致分为三个阶段。第一阶段为1900s及之前,这一阶段为军用无人机技术的萌芽期,仅解决无人机的简单飞行任务,多为炸弹和靶机;第二阶段为1910s-1970s,这段时间军用无人机技术经过战争事件催化,逐步发展成熟,可以应用于轰炸、侦查等领域,并可实现重复利用;第三阶段在1980s及之后,军用无人机智能化,功能多样化,开始逐步渗透至民用领域,首先进入政府主导的监测、科研等领域,以及商业化的农业应用等领域。

  1.2多重因素驱动下消费级无人机市场发展迅猛

  如上文所述,无人机技术进入民用阶段后,已经应用于政府主导的公共服务、科研,以及商业化服务如农业、航拍等领域。近两年由于技术成熟、成本下降、政策驱动等原因,民用领域,尤其是消费级无人机发展迅猛。

  其代表企业是中国大疆科技,占据全球小型无人机市场70%份额,其产品80%销往国外。根据Forbes网站报道,大疆在2013-2015的三年间,收入爆发式增长,成为第一家进入“十亿美元俱乐部”的无人机公司。作为消费级无人机的代表企业,大疆的成功也侧面印证了行业的发展趋势,无人机技术在民用领域的应用将不断扩大范围,市场快速膨胀。

  除大疆外,我国民用无人机还有众多企业,产品功能多样。总结我国知名民用无人机企业部分代表产品如下表,可以看到除飞行、拍摄功能以外,部分无人机还具备基于不同原理的自动避障、VR遥控、便携自拍等多样化的功能。

  根据EVTank、中投顾问等研究机构数据,2013至2015年,全球民用无人机的市场销量分别为15万架、38万架和57万架,其中消费级市场需求是专业级无人机的两倍左右,并且以每年50%的速度快速增长。2015年中国无人机保有量已经达到数十万架,有约400家单位从事无人机的研发、生产和销售。2014年我国无人机销量约2万架,其中军用无人机约占1.4%,民用无人机占98.6%,销售规模达40亿元。

  对于未来发展趋势,中投顾问也在其报告《2016-2020年中国无人机行业深度调研及投资前景预测报告》中指出:预计到2020年,全球无人机年销量有望达到433万架,市场规模将达到259亿美元。中国无人机年销量将达到29万架,未来几年将保持50%以上的增长。

种种数据表明:

  1)民用无人机,尤其是消费级无人机市场,正在加速发展;

  2)预计这种高速发展的趋势将在未来5年持续;

  3)中国具备人口优势,在消费级无人机领域潜力巨大。

  1.3今年以来产业持续演化,巨头纷纷涉足民用无人机领域

  2016年,国内民用无人机产业持续进化,除大疆、零度、亿航等无人机专业技术领军企业外,BAT、小米等互联网巨头也看准了这一市场,纷纷引入相关技术,或推出自己的消费级无人机产品。以下我们总结了部分今年以来发生的行业事件:

支付宝:6月29日上线了一键呼叫极飞无人机植保服务,这是支付宝与极飞农业合作的一项农村服务。此前,亿航与阿里旗下高德公司达成战略合作,共同探索“LBS+无人机”的智能操控理念。

京东:6月8日宣布正式开始通过无人机进行实地送货,目前正在宿迁市农村地区逐步推广。

腾讯:携手深圳零度(零度智控与雷柏科技合资)先后发布便携式自拍无人机空影YING和Dobby,依托腾讯的社交关系链,构建一个连接无人机、用户和内容的社区。

小米:5月25日正式发布首款视频拍摄无人机,售价2499-2999元。

  此外,百度外卖也在去年与亿航合作,推出国内第一个无人机送餐案例,实现工作日高峰时段30分钟内急速送达。百度还是Linux基金会下开源项目DroneCode会员。可见互联网巨头从去年开始便不断试水民用无人机,除了起到良好的宣传作用外,巨头的涉足通常标志着行业技术和产业链已经趋于成熟。

  国际上,在无人机技术发展较早的美国,今年2月AT&T与英特尔宣布将合作把4GLTE用于无人机,届时无人机将不受遥控距离的限制(目前无人机多采用范围较短的WiFi、蓝牙或无线电波控制)。

  本月,Facebook宣布其联网无人机Aquila的首次飞行测试成功。该项目启动已久,旨在为全球范围内16亿没法上网的偏远地区用户提供互联网服务。本次测试中,Aquila飞行了96分钟,比预期时间长3倍。据悉Aquila可以飞行近3个月时间,速度达到每小时120公里,网络覆盖半径为96公里。

  另外,在今年5月刚刚举行的CESAsia展会上,无人机产品展现出小型化、智能化、应用领域细分等特点。

  1)小型化的无人机更贴近消费者,在操作性、安全性和性价比上更有优势。

  2)目前自动避障、跟随等功能已经成为主流消费级无人机旗舰机型的标配,未来基于计算机视觉、机器学习等技术的进步,无人机将继续智能化,成为真正的人工智能搭载终端,以及物联网的组成部分。

  3)消费级无人机目前虽仍以航拍为主要功能,但针对不同需求,已拓展出专业拍摄、运动拍摄、爱好者和社交应用等细分领域。根据不同领域使用者的特点优化无人机软硬件及系统功能。

02无人机行业加速发展的驱动因素

  近两年我国民用无人机行业,尤其是消费级无人机的快速发展主要基于技术进步、投融资、政策等层面的因素。

2.1技术进步、成本下降使小微型无人机快速进入民用市场

  2.1.1细分类别中,技术进步促使多旋翼无人机产品化

  如前文所述,无人机可以根据重量、飞行高度、飞行距离和时间等参数划分为不同的级别,而针对不同的行业和消费者应用领域,无人机也会展现不同的外形和功能特点。

  按照外形结构划分,无人机主要包括固定翼、多旋翼、无人直升机三大类,此外还有飞艇等。根据中国航空器拥有者及驾驶员协会(AOPA)的数据,截至2015年11月取得驾驶员合格证的1250人中,航空器类别为固定翼193人,直升机137人,多旋翼933人,飞艇5人。

  其中,多旋翼无人机由于结构简单,成本低,且能垂直起降活动方便,因而在民用领域应用最为广泛。但由于多旋翼无人机不具备固定翼的自稳定系统(起飞后稳定状态下可以自动保持稳定飞行),也不具有直升机的完整驱动系统(借助多向推动力自由调整飞行姿态),因而多旋翼无人机相对较难控制,需要较强的自动控制系统。

  由于多旋翼无人机受到载荷较小的限制,此前遭遇的另一个较大障碍是惯性导航系统过重(十几公斤)而难以应用。20世纪90年代后,微机电系统(MEMS)技术成熟,MEMS惯性导航系统的重量大幅下降至几克,从而可以应用到多旋翼飞行器的自动控制器。此后经过算法研究以及机载运算能力的提升等,直到2005年左右,多旋翼无人机技术才开始走向成熟。2010年后,从法国Parrot公司开始陆续有众多公司推出了四旋翼无人机产品,四旋翼无人机逐步成为了消费级无人机的代表产品。

 2.1.2无人机构造与主要技术环节突破

  可以将无人机构成分为飞机平台、有效载荷、地面控制三大系统部分,其中飞机平台系统包括动力系统、飞控系统、电气系统、通信系统,以及机体五大部分,见下图。

 具体来看:

  1)动力系统——目前主流的民用无人机多采用活塞式发动机和电动机。对于消费级无人机和其他微型无人机,电动动力系统成本较低、使用便利,应用更广。电动动力系统主要包括动力电机、电源和调速系统。

  2)飞控系统——又称为飞行管理与控制系统,是决定飞行性能的核心。具体涉及无人机的发射回收、航迹控制(与导航系统协同)、任务设备管理、信息收集传输等功能。传感器是飞控系统的设计基础,常用传感器包括角速率传感器、姿态传感器、位置传感器、加速度传感器、高度传感器等等。飞控计算机的主处理控制器可以使用通用处理器(MPU)、微处理器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、可编程门阵列(FPGA)等。此外飞控系统还包括伺服执行机构(用于根据飞控计算机的指令实现对无人机的飞行控制),以及飞控软件。

  3)电气系统——包括电源和配电系统组成的供电系统,以及用电设备。

  4)通信系统——终端硬件通常可以集成在地面控制站和机载硬件中,主要用于指挥控制、空中交通管制等。

  5)有效载荷——任务设备根据用途可以分为航拍相机、测绘雷达、激光测距等。如载荷相机时,还需要用于稳定相机的云台。

  6)地面控制——地面控制站可以多个协同,实现数据链控制、飞行控制、载荷控制、载荷数据处理等功能。

  如上所述的机体五大组成部分,辅以地面控制系统和有效载荷,则能够实现无人机的稳定飞行和各种任务。下图所示为无人机几大模块的协作模式示意图,以及飞控系统的工作原理示意图。

  近两年,民用无人机在以上几大主要功能系统上都实现了诸多技术突破。

  以飞控系统为核心,其芯片、传感器、导航等系统功能正在复杂多样化,而高度集成芯片将使得无人机制造使用成本大幅下降。在2015年CES展会上,高通和英特尔都展示了基于自家芯片的无人机系统,采用了性能更为强大的CPU或ARM Cortex-A系列处理器。高通的无人机方案Snapdragon Cargo实质是一款机器人,内部是一个基于高通骁龙SoC(片上系统)开发的多功能计算平台,旨在提供一个低功耗解决方案,集成多核处理、无线通信、传感器整合、定位以及供多个机器人应用使用的实时输入输出数据。该平台也可集成高通的计算机视觉技术(视觉惯性测程、视觉同步定位和绘图、立体相机景深等技术),用于避障飞行。而英特尔展示的无人机(与德国工业无人机厂商Ascending Technologies合作开发)采用了“Real Sense”计算机视觉技术,内置6个“Real Sense”3D摄像头,能构建3D地图和感知周围环境。同时采用四核英特尔凌动(Atom)处理器的PCI-express定制卡,来处理传感器实时信息等。

  2016年CES展会上,高通发布了与腾讯、ZEROTECH合作的SnapdragonFlight平台,支持无人机和机器人的高性能计算,可实时拍摄分享视频。而英特尔收购AscendingTechnologies之后,也在会上展示了配有Real Sense摄像头和CPU、具备自动避障功能的无人机。随着芯片巨头的参与,未来的飞控系统计算平台将具备越来越强大的计算处理能力和丰富的功能,同时基于高度集成芯片的无人机制造将更为简单和低成本。

  再以电池为例,目前无人机主要采用锂聚合物电池,续航时间基本在45分钟以内,大部分只有20-30分钟,而充电时间超过1小时。这对无人机的行动和使用造成了很大限制。而现在有不少新能源电池和新技术为延长续航时间提供了可能性,如太阳能电池板和燃料电池。一些新型锂电池也具备了更强的供电能力,如特斯拉2015年发布的一款针对航拍应用的无人机原型,其电池能够将飞行时间延长到60分钟,而只需充电20分钟。

  此外,各类芯片、MEMS传感器、电机等部件及通信成本随着技术和产业链成熟而大幅下降,也是民用无人机爆发式增长的主要因素。目前国内一架普通消费级无人机的成本只需3000-5000元,不少主流飞控板价格在几百元的级别。

  2.2开放平台进一步打开民用市场空间

  与智能手机情况相似,现有无人机飞控系统存在“开源”和“闭源”两种系统。大疆为闭源系统的代表,而知名开源系统项目包括Dronecode,市占率最高的APM,德国MK,Paparazzi,法国KK,MWC等。

  APM(Ardu Pilot Mega)于2007年由DIY无人机社区(DIY Drones)推出,可支持多旋翼、固定翼、直升机和无人驾驶车等无人设备,已成为当今受众最广,最成熟的开源飞控项目。

  Dronecode项目于2014年由Linux Foundation推出,容纳APM、PX4平台,已拥有超过1300名开发者,3DRobotics、高通、英特尔、昊翔Yuneec等都是其核心会员。

  Paparazzi(PPZ)始于2003年,是一个软硬件全开源的项目。它是一套包含飞行器和地面站在内的完整解决方案,如下图所示。PPZ的灵活性体现在可以根据用途特点和侧重点(飞行速度、飞行距离、滞空时间、负载能力、价格等)选择不同的飞行器,配置不同的飞控板、传感器、通讯模块和外设。

  开源平台的建立、发展,有助于整理零散的无人机软硬件开发资源,帮助开发者和用户迅速实现飞控系统开发目的,是未来的主流方向。通过开源平台的共享促进作用,无人机产品能够更快速地走进寻常用户中,实现行业整体发展的促进作用。

  2.3任务载荷模块化设计便于应用范围扩展

  目前针对企业级应用的民用无人机具备便于扩展的设计结构,即采用固定的机体,搭载不同任务设备,从而实现更广泛的功能。而与大疆消费级无人机主要针对航拍功能所不同的是,工业级无人机通常需要更精准的测绘,以及专业的3D实时建模功能。

  如下图中所示的哈瓦MEGA系列,包含无人机主体和地面站,并可以搭载相机等各类任务设备,应用领域包括影视航拍、低空物流、警察监控、紧急医疗救援、森林防火、地质勘探、空中测绘、极地科考、电力巡检、石油管线勘探等。

  再如航天图景公司的解决方案,通过搭载多种载荷系统,无人机可以方便采集数据,然后经过数据处理、融合、分析,最终实现多终端共享的展示应用。其产品“无人机快反数据链系统”能够实现事件全程覆盖,包含事前快速构建2D/3D实景模型、昼夜视频侦查、搜索跟踪、空间分析、预案演练,事中昼夜视频监视、融合显示、态势标绘,事后取证、模拟复原等。其系列载荷包括五轴立体相机、双光吊舱、高清相机、红外相机等方案,还具备快速数据处理和智能应用功能。另一产品巡线数据链系统能够进行视频巡线(人车等入侵识别跟踪、火情等异常识别定位等),二维部件检测(破损等表面变化、移位等状态变动、风筝等异物变迁),以及三维环境检测(构件位移变形、地表塌陷、违章建筑等)。

  类似搭载航拍相机、测绘装置等,多旋翼、固定翼等各类无人机也可以搭载其他任务设备,如植保无人机搭载农药和喷洒装置。这种可扩展性进一步打开了无人机的应用空间。

 2.4融资额爆发式增长,消费级无人机受追捧

  从投融资情况来看,民用无人机领域于2013年后开始受到投资方关注,而真正的爆发体现在2015年。据CBInsights统计,2015年无人机领域发生74笔融资,总金额达4.5亿美元,较2014年有明显提升(图2.1)。其中,融资额最高的大疆(7500万美元)、昊翔(5000万美元)都是中国厂商,美国则以3DRobotics(5000万美元)为首。

  表2.2中总结了2015年国内外高额无人机企业融资事件,可以看到大部分涉及企业为消费级无人机厂商,也包含Skycatch这样的无人机服务类公司。而在消费级无人机领域,以大疆为首的中国厂商处于领先地位。

  相较于美国无人机企业的高速发展,中国的消费级无人机市场更具爆发性,已经孕育了消费级无人机制造商龙头大疆,并有数家企业在短时间内迅速成长,获得巨头高额投资。相信伴随近两年投融资市场的火爆,更多无人机产业链相关公司将获得快速成长的机会。

  2.5政策促进低空开放,行业规范逐步建立

  从政策层面来看,近两年我国低空空域逐步开放,将带来我国通用航空产业的发展良机。同时,针对无人机细分类别的具体管理规章正在逐步完善,监管趋于规范。

  通用航空(General Aviation)指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动,也包括民用无人机市场,如轻小型飞机、滑翔伞、飞艇等飞行高度相对较低、体积小、速度慢,被称为“低慢小”目标。

  我国低空空域改革试点自2011年起开始向全国推广,低空空域按照管制空域、监视空域和报告空域三类划设进行管理——管制空域,需要提前申请并接受航管部门管制指挥;监视空域,仅需要备案,确保雷达看得见、能够联系上;报告空域,则类似于自由飞行。

  2013年12月起施行的《通用航空飞行任务审批与管理规定》简化了飞行计划的审批流程,而国务院办公厅近日印发的《关于促进通用航空业发展的指导意见》中,更首次将低空开放限制由1000米以下,提升至3000米以下,实现3000米以下监视空域和报告空域无缝衔接。当然,低空空域逐步开放后,私人飞机仍有适航许可、空管部门批准、驾驶员资格等限制,但通用航空万亿市场(参考美国通用航空市场规模)正在逐步打开。据报道,随着低空空域管理改革的推进,通用航空器数量正以每年15%的速度迅速增长。

  具体到无人机,我国目前尚未建立完整的管理体系,但自2009年陆续发布《关于民用无人机管理有关问题的暂行规定》、《民用无人机空中交通管理办法》、《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》等。2015年12月民航局飞标司发布的《轻小无人机运行规定(试行)》针对小型无人机进行了分类和界定,如表2.1。

  其中,要求I类无人机(空机及全重在1.5千克以下)使用者安全使用,避免人员伤害,无需按照此咨询通告后续规定管理。我们看到包括大疆、零度等在内的国内消费级无人机基本属于这一类别,目前此类小微无人机在室内及视距内飞行时仅需驾驶员负责。而对于其他较大无人机,则针对不同情况有安装使用电子围栏和接入无人机云等要求。

  这一咨询通告中,也对起飞全重不超过5700千克,距受药面高度不超过15米的植保无人机,以及充气体积在4600立方米以下的无人飞艇给出了详细的规范要求。

  根据中国航空器拥有者及驾驶员协会(AOPA)的数据,截止到2015年11月1日,经过无人机驾驶员训练机构培训考核,颁发无人机驾驶员合格证的人数为1250人,对比无人机销量应该不足10%,大部分无人机目前处于“无证”状态。随着无人机数量快速增加,飞行管理势必趋于严格,这反过来也有利于行业的长期发展。

  2016年5月,国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、中央网信办联合发布《“互联网”人工智能三年行动实施方案》,明确指出“推动人工智能技术在无人系统领域的融合应用,发展无人飞行器、无人船等多种形态的无人设备。”无人机等智能技术处在政策推动的最前端,势必在未来不断受到政策支持和驱动。

  与国内情况相对比,美国在无人机监管方面一直较为严格。联邦航空管理局(FAA)于2015年2月发布了小型无人机立法预案,开放了小型无人机商用及民用的限制,并于近日发布了规范商业运营商使用无人机的一套全新规则“Part107”。

  这一新规有较大幅度的限制放宽,将此前要求的商业实体驾驶执照以及每次飞行的申请许可改为操控无人机的特定知识测试和证书。此外一些要求仍然存在,比如操作者需要年满16岁,且每24个月需要接受一次认证和背景调查;无人机必须在操作者视线范围内;仅限白天使用,夜间飞行须配备特殊灯光;飞行高度不超过400英尺(约122米)等。

  综上,目前美国政策对于商用无人机的限制虽有较大幅度的松动,但如亚马逊和谷歌等正在探索的无人机送货业务,则由于无人机必须在操作者视线范围内的规定而暂时无法大规模应用。

  然而比较确定的是,近两年政策对于低空空域的开放持正面态度。无论在监管严格的美国,还是规则尚不够明确的中国,无人机相关政策正在加速制定和实施,以规范这一快速发展的市场。

03应用领域广泛,潜在千亿市场

  无人机属于一种飞行机器人,由于外形与运动方式灵活多变,尤其适用于不适合人类直接操作的危险、困难环境,或无需复杂操作的简单业务流程。对于前者,如灾害现场侦查、矿产勘探等场景,无人机的应用属于刚需。对于后者,如农药喷洒、巡检等应用领域,使用无人机能大幅降低人力和时间成本,提高操作效率和准确度。

  暂不考虑军用领域,民用无人机包括消费级无人机具备千亿潜在市场空间。具体来讲,无人机的应用可以分为三个层次:底层为基础运输功能,即搭载不同货物,虽然快递业目前受到政策限制无法大范围应用无人机运输,但如UPS、亚马逊等各大企业都在积极推动其合法化;在此基础上,通过搭载不同任务设备,无人机的应用能够进一步扩展到各大领域,目前航拍测绘、农业植保等应用较广;最终通过实时数据采集、传输和处理,无人机的应用可以带来增量大数据业务,并在未来成为万物互联的重要终端组成部分。

  我们在文中第一部分提到了中投顾问等机构对消费级无人机出货量和市场规模的预测,下表所示为部分机构对全球无人机市场规模的预测。

  各机构预测间存在较大差异,主要原因在于民用无人机市场正处于发展初期,市场增速较难预测,而包含数据服务在内的非硬件市场则难以估计。我们综合各家机构数据,认为全球民用无人机市场处于快速发展阶段,将可能在3-5年内达到500万以上的出货量,硬件销售市场规模在百亿级别。

  消费级无人机

  目前主要用于航拍、自拍、表演、近距离物品运送等,其中航拍为最主要用途,包括室内拍摄、活动直播,和室外拍摄运动、景物等。今年以来,随着无人机向小型化发展,便携式自拍无人机也陆续上市,未来自拍无人机或将成为消费级无人机的新爆点。

  具体到国内,预计消费级无人机占据50-80%的份额,以年均增速超过50%的速度到2020年实现300-500万出货量,市场规模150-300亿元。

 企业级无人机

  应用发货量较少,而单价和服务增值较高。农业可能是其中发展最快的领域之一,简单估算用于喷洒农药的无人机数量:单架无人机大约覆盖几百亩耕地,由于续航时间有限,需要两架以上无人机轮流工作,而中国耕地面积约20亿亩,以500亩划分为400万块,则需要800万架无人机,是一个足够大的潜在市场。根据日本耕地面积和注册农业无人机数量估算,假设渗透率10%,则潜在出货量达80万架,以3万元每架计算,市场规模能够达到200亿元以上。

  此外政府公共安全、城市管理、科研、电力巡检、航拍测绘等都具有极大的潜在应用空间,整体民用无人机市场具备千亿级潜在市场规模,且尚未考虑驾驶员培训、无人机后服务等非产品销售领域。

  对于非产品销售领域的无人机服务业务而言,目前还未完全打开市场。比如数据采集分析服务,目前多以政府为主导,采取项目制购买。但以Skycatch为首的无人机服务公司为无人机市场提供了另一种商业模式,即不销售无人机产品,而是通过提供无人机数据采集服务来获得收入。用户在Skycatch的软件平台上指定自己需要采集的数据后,公司负责完成任务并将数据传回给用户。这一商业模式目前主要针对企业用户,如Skycatch与KOMATSU合作,用无人机系统不间断地采集建筑工地环境数据,生成3D模型,并通过对比实地数据和图纸来驱动KOMATSU的建筑机器人进行自动挖掘。

  以目前的无人机服务情况来看,定制化程度较高使得业务难以像消费级无人机产品销售一样爆发式扩展,但随着无人机智能化程度提升,功能增强,未来的无人机数据服务流程将逐步简化,且经过不同行业的经验积累,部分服务将标准化,具备更好的可移植性。此类增值服务业务同样具备良好前景,是产业链中的重要环节。

  Facebook的联网无人机Aquila项目同样属于非产品销售的无人机服务业务,无人机作为一种基础设施用于互联网建设,将通过促进偏远地区联网增加互联网用户,拉动包括电商、社交网络、信息服务等在内的整个互联网产业。此类应用展现了无人机提供基础设施服务的潜力,其产业拉动效应难以简单估算。

 04相关公司与投资建议

  我们认为民用无人机市场由于技术成熟、成本下降等因素已经达到行业拐点,其中消费级无人机已经进入爆发式增长阶段。

  未来行业将受到以下因素进一步催化——(1)硬件产业链成熟使得成本下降;(2)飞控系统开源平台发展;(3)芯片巨头推出高度集成的智能化系统平台;(4)资本关注度飙升;(5)行业政策逐步明朗。

  国内民用无人机市场将在未来3-5年内实现年均超过50%的高速增长,潜在市场空间达到千亿级别,并有望逐步打开无人机数据服务、驾驶员培训等增值服务市场。

  我们认为无人机技术应用,如超图软件采用无人机倾斜摄影技术构建三维地理信息产品;以中科创达为首的无人机系统解决方案供应商;专业无人机领域如东方网力掘金警用无人机市场;相关行业龙头公司如川大智胜;以及民用无人机整机制造商如雷柏科技等产业链相关领域龙头公司,将首先受益于民用无人机市场的快速发展。其他细分领域无人机制造商、元器件供应商、无人机服务商等也将整体受益于高成长性产业的快速发展。

 超图软件

  1)无人机倾斜摄影技术成熟,公司在二三维产品更替中优势明显:

  无人机倾斜摄影技术指采用无人机携带多头相机从不同角度摄影,从而对同一地区得到多幅多角度影像,再利用后处理软件进行自动三维图景建模的技术。无人机倾斜摄影技术不仅可以构建更直观的三微模型,而且效率远高于人工摄影建模,构建一个50平方公里中等城市的三维模型只需要1个半月。公司顺应倾斜摄影三维地理信息构建的发展趋势,推出了SuperMapGIS7C(2015)版本,是国际领先的三维地理信息系统软件。超图与国内轻型倾斜摄影技术开创公司红鹏携手提出了一系列三维应用行业解决方案,卡位优势明显,同时也进一步增强了公司核心产品SuperMapGIS在地理信息系统二三维更新中的优势。

  2)公司是国产GIS平台和应用软件的龙头企业:

  公司是国产地理信息系统平台和应用软件的龙头企业,自成立以来一直坚持以提供GIS平台产品为主的平台战略。GIS平台软件是GIS行业的技术核心和制高点,专业门槛高,市场相对集中,因此毛利水平较高。自信息安全列入国家战略后,软件国产化替代趋势明显,公司业务所属地理信息领域也将持续受益于信息安全政策的进一步强化落实。

 3)抓住不动产登记市场机遇,加快外延扩张:

  公司公告显示,不动产登记市场市场预计总产值超过200亿(含系统建设、数据服务和相关配套服务)。国土资源部要求2016年要基本完成各级不动产登记数据整合建库,2017年基本建成覆盖全国的不动产登记信息平台。公司抓住这一机遇,积极布局不动产登记领域,继去年收购南康科技、成立大数据子公司发力不动产登记行业后,再收购南京国图、北京安图,进一步完善产业链布局,增强不动产登记全流程解决能力。

中科创达

 1)借力高通Snapdrag on Flight,打造最强“无人机大脑”:

  传统无人机由多个分离组件提供飞控、拍摄、导航和通信等功能,大大增加了消费级无人机产品的开发难度以及产品成本。高通于2015年推出Snapdrag on Flight无人机平台,该平台基于骁龙801设计,将飞行控制、图像处理和通讯三大核心功能集成于一颗芯片中,相对于传统多MCU/DSP方案,集成度大幅提升,产品上市时间也大大缩短。

  中科创达是国内唯一一家深度参与Snapdrag on Flight设计,并最先开始基于Snapdrag on Flight提供无人机整体解决方案的厂商。公司基于Snapdrag on Flight提供给客户“核心板+操作系统+核心算法”一体化的SoM(System on Module)方案,这将帮助无人机厂商生产出更轻便小巧、持久续航、高性价比且具有出色体验的消费级无人机。腾讯与雷柏科技联手推出的空影无人机“大脑”使用的就是该方案。

2)营收及智能手机主业高速稳定增长:

  2015年公司营收同比增长36%,近几年保持30%以上的同比增速,同时毛利率逐步提升至54%。在营收中占比约85%的智能手机业务为公司的核心业务,自2012年以来保持平均约30%的增速,由于公司在产业链中对接上下游的芯片厂商、智能终端厂商、电信运营商等各个环节,具备极强的技术积累和与高通等大客户的合作关系壁垒,因而智能手机业务作为公司的主业大概率将维持高速增长和稳定的毛利率,并不断扩大市场份额。

 3)智能车载、智能硬件新业务起步,前景广阔:

  公司2012年提出2.0战略升级,希望从操作系统技术优势中提炼出共通的标准化模块,盈利模式由开发费用转变为产品、IP收费,从而获取边际效益,打开成长的天花板。2014年开始布局的智能车载业务初期收取开发费用,后期则能够实现按量收费。智能硬件中的无人机业务将率先爆发,基于高通芯片和公司的系统、算法,形成电路板产品。2015年,智能车载和智能硬件业务分别实现收入2736万元、2705万元。

  公司与ARM和高通分别成立了面向智能硬件的合资公司,同时加大自身投入,预计无人机之后,VR、机器人等领域也将陆续迎来爆发。

  4)持续高研发投入打造技术壁垒:

  2015年公司的研发费用在营收中的占比已达18.81%。研发项目包括多模LTE智能手机的操作系统开发、智能车载信息娱乐终端的定制化操作系统、智能硬件的软硬件一体化系统解决方案、智能终端的图形图像处理技术研发等。高研发投入一方面能保证智能手机核心业务的高速增长,另一方面为后续的车载、智能硬件等新业务打下基础。未来3-5年,随着公司产品销售规模的扩大,研发及其他费用的占比也将随之下降。

东方网力

  1)与602所建立独家合作关系,掘金警用无人机市场:

  东方网力与中国直升机设计研究所(602所)签订《战略合伙协议》,在警用无人机领域建立长期且唯一的战略合作伙伴关系。双方计划成立合资公司主导运营平台,共同开发警用无人机租赁和销售市场。警用无人机近年来在警用安防领域的地位逐年提升,特别是在城市防控、交通管理、消防救援等领域优势明显。此次合作将充分协同602所在无人机领域和东方网力在智能视频识别技术与安防业务领域的优势,共同扩大无人机在警用装备领域的市场,为公司在公安领域拓展出新的业务。

 2)内生外延双轮驱动跨越式发展,业绩增长强劲:

  根据2016年半年度业绩预告,公司上半年净利润6080.78万元-7296.93万元,同比增长50%-80%。内生方面,安防行业的高景气度带来了公司视频监控管理平台主业发展的良好机遇,公司营收和毛利率不断提升,其中公司业务占比最大的PVG网络视频管理平台和网络录像机2015年营收分别增长19%和25%,毛利率水平分别提高4.05%和2.76%。公司2014年视频监控管理平台业务的市场份额已跃居中国第一,全球第三。外延方面,公司实现了对华启智能(100%股权)、广州嘉崎(100%股权)、动力盈科(30.67%股权)和中盟科技(25%股权)的整合,使得竞争优势扩大,并切入了轨道交通市场。随着公司传统业务竞争优势越发明显和新业务布局成效的逐渐显现,高速成长有望延续。

3)加快布局视频类智能硬件,人工智能领域格局初现:

  公司于2015年已完成对瓦力机器人、JIBO家庭机器人、Knightscope安保服务机器人等行业前沿公司的投资,在安防机器人、工业机器人、家庭机器人等细分领域不断深耕。同时公司与人脸识别领域的领军企业商汤科技成立合资公司,共同研究图像识别技术和算法。2016年5月,公司与MITCSAIL(麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室)签署合作协议,成为MITCSAIL联盟正式成员。公司一方面积极探索世界领先的深度学习、视频识别等技术,一方面布局人工智能的应用产品,持续不断地将领先的视频技术和产品向其他领域延伸。近日公司非公开发行股票计划获得证监会审核通过,计划定增11.27亿并配套自筹资金总计18.30亿元投资于视频大数据及智能终端产业化项目、智能服务机器人项目和补充流动资金,为公司后续发展提供充足的资金保障。

川大智胜

  1)低空监管面临新的发展机遇:

  公司是航空及空中交通管制行业的龙头厂商,拥有国内规模最大、接受过世界一流空管软件研发技能训练的科研团队,产品形成了空管实时系统和空管仿真模拟训练系统等系列技术装备,技术和产品处于领先水平。目前,公司在低空空域监管领域正面临新的发展机遇,随着无人机技术的突破,利用无人机进行跨境犯罪的势头不断攀升,针对这一现象的边境低空监管需求较为迫切,川大智胜已完成低空监管与服务系统的研发,产业化进程有望加速,空间较大。

 2)新业务待发力,成长潜力较大:

  公司依托四川大学的科研平台,具有较为丰富的技术储备,正不断将科研成果进行产业化转化。其中,在三维人脸识别领域,公司开发的三维人脸照相机和三维人脸识别软件与应用系统多项样机已经完成,于2016年投入市场,在公共安全、反恐、社区安全、支付安全认证、自动门禁和考勤等应用场景具有较大潜在需求。在虚拟现实领域,公司开发的多项产品已经基本完成,也将于2016年投入市场,并在新型立体互动影院、科普体验系统、军民航高端训练等场景得到应用。同时,公司与奥飞动漫已签署战略合作协议,未来有望在内容制作领域实现进一步突破,不断完善虚拟现实产业链布局。公司2015年在三维人脸识别和虚拟现实领域已经实现了小规模收入,未来相关业务有望伴随行业不断成长,潜力较大。

3)业绩触底反弹,持续增长可期:

  2015年公司收入和净利润均结束了2014年的下滑走势,呈现触底反弹态势。从分项来看,航空及空管产品与服务收入增长46.23%,毛利率下滑5.02%,已中标但未签合同的2.38亿空管项目的客户需求仍然客观存在,有望在“十三五”期间落地;图形图像产品与服务收入大幅增长824.32%,毛利率大幅提升27.93%,其中虚拟现实、三维成像与识别、文化科技的产品和服务收入分别为1950万、905万、1224万元,新业务开局良好;信息化及其他产品与服务收入下滑13.87%,毛利率提升16.54%,主要是受客户“十二五”执行到末期需求减少影响,预计2016年将有所好转;公司预计“十三五”期间净利润年均增速将高于历史最高的五年年均增速23%,同时2016年经营目标为净利润增长50%~120%,显示了公司管理层的充足信心,业绩持续增长可期。

雷柏科技

  1)建立消费级无人机品牌XIRO,携手腾讯推出空影无人机:

  公司增资零度智控,成立控股子公司深圳零度,建立消费级无人机XIRO品牌。旗下先后推出面向全球市场的消费级航拍无人机——Xplorer系列,和主打社交,强调差异化竞争的互联网无人机——空影无人机。目前XIRO旗下产品已销往17个海外国家。

  零度智控成立于2007年,是国内顶尖的智能飞行器产品和智能无人机整体解决方案供应商。公司与零度智控深度合作,借助零度在无人机深耕9年积累的技术、经验、人才等优势,实现无人机业务跨越式发展。

  公司与互联网巨头腾讯联手打造的空影无人机主打便携、易操作的特点。空影伸展尺寸小于绝大多数市售竞品,收纳后可轻松装入背包,操作完全基于手机APP。该产品一方面依托腾讯这一国内最大的社交平台,增加社交属性,打造差异化竞争模式。另一方面借助腾讯庞大的用户群推广XIRO品牌,快速提高XIRO品牌知名度。

 2)传统外设业务借电竞春风再次腾飞:

  随着电子竞技行业近几年的迅速发展,游戏外设需求持续旺盛。公司顺势调整传统外设产业布局,积极研发针对电竞的的游戏外设,已推出数款V系列游戏外设产品。公司积极拓展网吧销售渠道,目前网吧的定位已经从日常上网需求逐渐向高端游戏体验场所转移,其对外设的性能及舒适度要求较高。相信打开这一市场后,游戏外设将成为公司的新增长点。

 3)抓住工业机器人发展良机,加码3C行业机器人系统集成业务:

  公司抓住工业机器人发展良机,凭借自身制造工厂自动化过程所积累的技术经验,积极开展面向3C行业制造商的机器人集成系统业务。公司目前机器人业务订单量不断上升,并有超过6000万的大额订单。2015年11月,公司以非公开发行股票的方式募集资金,用于公司机器人和无人机项目的研发与推广。

  风险提示:

 无人机行业处于发展初期,针对未来出货量、行业应用情况等的预测具备较大不确定性,仅从潜在市场角度进行估算。

日记本