穿越机的技术特点及应用现状概述

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FPV穿越机,全称为First Person View穿越机，是一种专为高速飞行和高度机动性设计的遥控航空模型，常通过第一人称视角进行操控，主要由机架、电机、螺旋桨、飞控、电池、视频发射器、接收器等组成。随着低空经济的快速发展以及无人机产业的进步，穿越机作为无人机的一个重要分支，因其重量轻、体积小、速度快等特点，被广泛应用于体育、应急公共服务、科研、军事等领域[1]。本文将基于穿越机在不同场景的实际应用案例，探讨穿越机相关技术、应用现状以及机遇与挑战。



一、产业背景

（一）政策背景

中国民用航空局、国家发改委、交通运输部联合印发的《“十三五”国家战路性新兴产业发展规划》明确提出推进民用飞机产业化，大力开发市场需求大的民用直升机、多用途飞机、特种飞机和工业级无人机，首次将无人机产业提升到国家战略层面。标志着国家层面对无人机产业的重视和推动。《“十四五”民用航空发展规划》提出鼓励无人机应用拓展，支持以无人机全产业链发展为重点的低空经济集聚区建设，发挥创新集聚带动作用，引领产业向价值链高端迈进。《“十四五”通用航空发展专项规划》提出拓展无人机应用领域，大力发展新型智能无人驾驶航空器驱动的低空新经济。鼓励创新模式，满足多样化作业服务需求。相关政策陆续出台，为无人机在多领域的应用提供了政策支持。

（二）市场现状

QYResearch公司最新调研显示：2023年全球穿越机市场规模达到241.92百万美元，预计2030将达到883.56百万美元，年复合增长率（CAGR）为18.6%。



数据来源:QYResearch公司

从地区层面来看，欧美是穿越机的主要消费地区，占2023年全球50%以上市场份额。中国是穿越机的主要生产地区，2023年中国约生产全球50.93%的穿越机。中国及亚太市场在过去几年变化较快，2023年中国市场规模为65.81百万美元，约占全球的27.2%，预计2030年将达到365百万美元，届时全球占比将达到41.31%。





数据来源:QYResearch公司

总的来说，穿越机市场在欧美地区是比较成熟的消费品市场，但在全球其他地区还处于起步阶段，总体市场竞争格局尚未稳定[2]。

二、技术创新与集成

穿越机集成了高精度传感器、飞控系统、无线通信模块、能源管理系统、导航与定位技术、FPV技术、安全与防护技术以及模块化与可定制性等多种高科技。这些技术的集成使得穿越机具有高速飞行、稳定控制、精确导航与定位、沉浸式飞行体验以及高安全性和可定制性等特点。

（一）飞行控制技术

穿越机的发展推动了飞行控制算法的创新，包括更精确的姿态控制和路径规划技术，如采用A-Star（A*）算法、Dijkstra算法和遗传算法等，对任务区域进行建模和分析，确定最优的路径规划方案。穿越机在飞行过程中需要实时感知周围环境，避免碰撞，这促进了自主导航与避障技术的创新，通过使用激光雷达、视觉传感器等先进设备，结合先进的算法（最近邻算法、虚拟势场算法和避障路径规划算法等）实现精准避障。

（二）图像传输技术

穿越机通常通过遥控器进行操控，并将实时画面传输给飞行员。实现高质量的实时图像传输要求推动了遥控与图传技术的创新，如开发高清数字图传系统、提高画质和传输速度、改进无线通信技术、降低通信延迟等。

（三）传感器技术

穿越机需要集成多种传感器以实现环境感知和定位，这推动了传感器技术的进步，例如高分辨率摄像头、IMU（惯性测量单元）、GPS和气压计等，为穿越机实现精确的地理定位、提供飞行姿态和角速度信息用于姿态解算和飞行控制以及实现高度控制和避障功能保驾护航[3]。



三、穿越机在低空领域的应用现状

穿越机作为无人机分支中的重要分类之一，在多个领域的运用取得了显著的发展。

（一）体育竞技方面。穿越机目前广泛应用于无人机竞速运动，通过机身搭载高清摄像头以及飞手佩戴FPV（First Person View，第一人称视角）眼镜，将飞行实时画面传输至眼镜，让飞手身临其境地感受飞行。与普通无人机相比，穿越机具有具有更加出色的加速能力和机动能力，能够执行螺旋翻转、倒置飞行和急速上升下落等各种高难度的空中动作。由于时速通常超过160公里，无人机竞速运动被称为“空中F1”，以独特的飞行体验和极强的操控性深受玩家喜爱，各类竞速赛事相继举办。例如，广州开发区交通集团有限公司、广州开发区低空产业发展有限公司等已联合承办2024中国无人机竞速联赛广州站赛事；黄山站、苏州站及南京站赛事也已分别由各地政府及企业承办。杭州市人民政府、华体集团有限公司等已联合承办2024世界无人机竞速锦标赛。



（二）应急公共服务方面。在应急救援领域，穿越机可以快速抵达灾区，进行空中侦察、物资投送等任务，为救援工作提供及时有效的支持。在农业领域，穿越机可用于农作物监测、病虫害防治、精准施肥等作业，通过高空拍摄和数据分析，实时了解农田状况，提高农业生产效率和质量。在地质勘探与灾害监测领域，穿越机能够在复杂环境中进行高空拍摄和监测，为地质勘探和灾害监测提供宝贵的数据支持。在地震、洪涝等自然灾害发生时，穿越机可快速抵达灾区，进行空中侦察和监测，为救援工作提供有力支持。

例如，中广核阳江核电站利用穿越机穿梭于各类高空设备、低处设备之间，完成状态检查。穿越机仅需几秒即可到达高达10米的贮存罐顶部，检查确认阀门状态‌。此外，还于地下廊道、坑洞、井下等狭窄空间现场检查，在应急情况下可以快速进入相关区域侦察，切实保证了本质安全[4]。





（三）军事运用方面。穿越机以其特殊性能，被应用于战场监视、反恐作战等场景。例如，穿越机通过高速航拍或定点拍照的方式，可实时获取可视化战场信息，在完成战场侦搜之外，穿越机可以通过高速撞击实施物理攻击[5]。当下，穿越机正逐渐从军事领域转向民用和商业领域，展现出广泛的应用潜力。在民用领域，穿越机的主要作用体现在监视与监测、快速响应、商业摄影与媒体制作等方面。穿越机能够进行高速航拍和定点拍照，实时获取可视化信息，在环境监测、交通监控和紧急救援等领域具有重要价值。由于其高速飞行的特性，穿越机可以迅速到达事故现场或难以接近的区域，为救援和评估提供第一手资料。在电影制作、体育赛事直播和商业广告拍摄中，穿越机可以提供全新的视角和拍摄方式，增强了视觉冲击力[5]。



（四）科学研究方面。在气象观测与环境监测领域，穿越机可用于执行气象观测和环境监测任务，为科研工作提供有力支持。在生物勘探领域，穿越机可用于对野生动植物进行远距离、非接触式的观测和记录，为保护生物多样性提供重要数据支持。



四、穿越机在低空领域的机遇与挑战

（一）机遇

1.赛事活动火热

2024年1月3日，国家体育总局航管中心正式发文，推出中国无人机竞速联赛（全球首个无人机国家联赛）。此外，无人机项目已入选2025年第十五届全运会群众赛事活动模型类比赛项目，包括团体竞速、个人竞速和空中足球三个项目，将有力推动无人机竞速运动以及无人机上下游产业在国内的发展。

2024年8月27日，体育总局航管中心修订《航空体育运动管理办法》，明确航空体育运动概念，主要包括开展航空体育运动的赛事活动及其有关训练、普及和教育等内容。明确鼓励各地建设航空飞行营地等航空体育场地设施。政策支持指导进一步促进了无人机竞速赛事繁荣。目前国内联赛主要有国际无人飞行器创新大奖赛、中国无人机竞速锦标赛。国外联赛主要有DR1无人机竞速大赛、DRL无人机竞速联赛、DCL联赛等。截至目前，已有十几万青少年参与这项运动。



2.培训市场广阔

无人机竞速教育及培训、职业培训需求不断增长。以广州地区为例，广州市第二中学、广雅中学已开始招收无人机竞速特长生；执信中学预计从2025年开启这一计划。省内高校亦有计划开设无人机专业、航空相关等专业，如广州体育学院休闲与数字体育学院计划开设无人机专业。校园教育的逐渐普及将带来更大的教育培训和职业培训市场需求。



3.定制化需求增长

穿越机具有体积小、速度快的特点，能够对目标实现精准打击，因此军警等行业的定制化需求不断增长。2021年5月，天津公安特警总队组建成立了穿越机战队，加强警用无人机力量，拓展无人机应用领域。2024年3月，陆军第71集团军引入穿越机跟训指导，为练兵备战赋能。9月，公安大学联合国内穿越机行业领军企业，启动编写团体标准制定行业的生产标准和远程识别性能指标，这将进一步促进行业的规范化发展。



（二）挑战

1.技术突破

目前人工智能和机器学习技术还需集成突破，才能提高穿越机的智能化水平和自主决策能力。通过训练和学习算法模型，实现更高级的自主飞行和智能决策，穿越机能够适应更加复杂多变的飞行环境和任务需求。

在能源效率方面，需探索更高效的电动推进系统或新型能源解决方案，研发能量密度更高、寿命更长的电池，提高穿越机的续航能力。同时，优化电池管理系统，提高电池的使用效率和安全性。探索在穿越机上集成太阳能板的可能性，利用太阳能进行辅助充电，延长飞行时间。

在集成化设计方面，需采用更加坚固、耐用的材料和技术，减少组件数量，优化穿越机的结构设计，通过提高机体的强度和稳定性，提高穿越机在恶劣环境下的飞行能力和安全性。

在安全性增强方面，需通过技术手段提高穿越机的安全性，例如通过加密通信防止黑客攻击，或通过冗余系统设计提高系统的容错能力等。



2.风险防范

在安全风险方面，穿越机的高速飞行可能导致操作失误和事故。因此，标准的认证程序和规范的操作培训，以及通过技术手段提前规避风险是有力的应对措施。另外，还存在着穿越机与其他飞行器或障碍物的碰撞风险、在极端天气条件下或高强度使用中容易损坏等风险，需要通过改进避障技术和飞行规则、改进设计和维护策略来降低风险。

在隐私风险方面，穿越机在执行任务时收集的数据可能存在未被授权访问的风险，需通过加密和安全协议来保护数据，避免数据泄露。同时，应设立周密的法规和监控措施，防范穿越机可能被用于非法监控的风险，防止穿越机滥用。

在环境风险方面，穿越机飞行过程中产生的噪音可能对环境和人类健康造成影响，需通过技术改进来降低噪音。此外，穿越机可能对城市环境、自然生态系统造成干扰，需通过合理规划飞行区域和规范飞行行为准则来减少影响。



五、结论与建议

当前，穿越机在不同领域的应用前景充满希望，但同时也面临政策、技术和市场等多方面的挑战。

在此契机下，低空相关企业可充分依托各类资源优势，多途径协同发力，开拓穿越机领域业务。一是可以探索筹备成立无人机行业协会，汇聚无人机行业上下游产业链资源，促进业内交流与合作，提升企业在产业发展中的参与度和贡献力。二是可以探索筹办无人机竞速赛事，推动穿越机技术的普及和发展，提升企业知名度和品牌形象，吸引潜在客户关注，促进市场份额提升。三是可以探索开展无人机竞速培训业务，结合“低空+应用场景”开拓其他无人机培训业务，推广无人机文化，在带来业务扩展和收入增长的同时，促进无人机技术创新和人才培养，推动企业高质量发展，增强企业社会责任感。

未来，在政策体系不断完善、行业规范标准的指导下，积极探索技术和应用创新，必将迎接广阔的穿越机蓝海市场。



参考文献：
[1]揭秘未来的空中之王——穿越机.(2024).百度百家号. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1789166029074856928[2]恒州博智QYR. (2024). 全球及中国穿越机(FPV四旋翼无人机)行业研究分析报告. https://www.qyresearch.com.cnreports3261651fpv-quadcopter[3]无人机+集群控制：穿越机集群技术详解.(2024).百度百家号. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1798714552301789571[4]它们，飞“阅”中广核！.(2024).中国广核集团.https://www.sastind.gov.cn/n10086205/n10086408/n10104280/c10637180/content.html[5]潘达成，李坤. (2024). 穿越机将成为未来战场上察打一体的突防利刃. 学习时报，2024年6月11日.



作者简介

王焕林，广州城投研究院城市建设服务研究分院-广州市建设投资发展有限公司投资拓展部主管，华南理工大学结构工程专业，硕士，工程师，国家一级注册结构工程师、注册咨询工程师（投资），具备基金从业资格，关注金融投资、工程咨询等领域。

刘倚攸，广州城投研究院城市建设服务研究分院-广州市建设投资发展有限公司投资拓展部科员，华南师范大学人文地理与城乡规划专业，本科，主要从事投资研究工作。

编辑丨杨耀国

校对丨邹欣容

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