IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 目录 引言 P1 无人机应用场景和通信需求 P2 4G网络能力 P12 5G网络能力 P17 网联无人机终端通信能力 P24 5G应用案例 P26 无人机安全飞行 P36 标准进展 P39 趋势，总结和展望 P45 贡献单位 P47 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。 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, Communications，以下简称uRLLC）、大 以下简称UAV）简称为无人机，其全球市场在过 规 模 机 器 类 通 信 （ M a s s i v e M a c h i n e - Ty p e 去十年中大幅增长，现在已经成为商业、政府和 Communications，以下简称mMTC）。 消费应用的重要工具。无人机能够支持诸多领域 无人机行业高速发展的同时，也对无人机通 的解决方案，可以广泛应用于建筑、石油、天然 信链路提出了新需求，呈现出与蜂窝移动通信技 气、能源、公用事业和农业等领域。当前，无人 术紧密结合的发展趋势，形成“网联无人机”。业 机技术正在朝军民融合的方向高速发展，无人机 界预测，无人机与移动通信的结合，将给产业界 产业已经是国际航空航天最具活力的新兴市场， 带来10倍的商业机会。移动运营商经过几十年的 成了各国经济增长的亮点。 发展覆盖了全球70%的陆地及90%的人口。以往 无线通信在过去20 年经历了突飞猛进的发 无线信号主要覆盖地面的人和物，没有专门为无 展，从以话音为主的2G 时代，发展到以数据为 人机设计空中覆盖，低空数字化是一块有待开发 主的3G 和4G 时代，目前正在步入万物互联的5G 的宝藏。在即将到来的5G时代，5G蜂窝移动通 时代。移动网络在继续丰富人们的沟通和生活的 信技术与无人机的结合使得这些原本难以想象的 同时，也向全行业数字化转型提供能力，提高各 想法成为可能。 行业的运作效率和服务质量。5G 以全新的网络 本文将给出网联无人机应用场景和通信需 架构，提供10Gbps 以上的带宽、毫秒级时延、 求、4G现网及未来5G网络对无人机需求的满足 超高密度连接，实现网络性能新的跃升。ITU 度，5G网络下网联无人机的应用案例，无人机终 定义了5G 三大场景：增强移动带宽（Enhanced 端通信能力，安全飞行相关法规与通信需求，标 M o b i l e B r o a d b a n d ,以 下 简 称 e M B B ） 、 超 高 准进展，并对网联无人机的未来进行展望。 可靠低时延通信（Ultra-Reliable Low-latency 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 1 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 无人机应用场景和通信需求 1.应用场景综述 采样、遥感测绘、缉毒缉私、边境巡逻、治安反 无人机是利用无线遥控和程序控制的不载人 恐、野生动物保护等方面也有着广阔的应用前 飞机。它涉及传感器技术、通信技术、信息处理 景。深圳市无人机行业协会提供的统计数字显 技术、智能控制技术以及航空动力推进技术等， 示，截至2017年12月31日，2017年中国国内民用 是信息时代高技术含量的产物。无人机价值在于 无人机产量达到290万架，同比增长67%；其中深 形成空中平台，结合其他部件扩展应用，替代人 圳的民用无人机产值已达300亿元人民币，占据 类完成空中作业。目前以消费类无人机占据更多 全球民用无人机市场份额的70%。 的市场份额，但行业无人机也正在被看好。今年 接入低空移动通信网络的网联无人机，可以 6月结束的2018世界无人机大会预测，未来5年， 实现设备的监视和管理、航线的规范、效率的提 全球行业无人机行业将保持迅猛发展，到2022 升，促进空域的合理利用，从而极大延展无人机 年市场总值将达到150亿美元，为2016年的近12 的应用领域，产生巨大经济价值。基于新一代蜂 倍；其出货量将突破62万架，是2016年的6倍。 窝移动通信网络5G为网联无人机赋予的实时超 目前，在中国乃至世界各地，诸多领域已 高清图传、远程低时延控制、永远在线等重要能 显现出“无人机+行业应用”的蓬勃发展势头。无 力，全球将形成一个数以千万计的无人机智能网 人机在农林植保、电力及石油管线巡查、应急通 络，7x24小时不间断地提供航拍、送货、勘探等 信、气象监视、农林作业、海洋水纹监测、矿产 各种各样的个人及行业服务，进而构成一个全新 勘探等领域应用的技术效果和经济效益非常显 的、丰富多彩的“网联天空”。 著。此外，无人机在灾害评估、生化探测及污染 图2-1 数字网联天空 2 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 1.1 物流 域，例如在应急救援物资的投送任务中，无人机 1.1.1 业务场景描述 配合直升机可以大大提高投送效率。 对比传统物流行业，无人机物流优势明显。 1.1.2 发展趋势和特点 规避拥堵，运输快速高效：相对于地面运 物流配送进入无人机时代，打开了国内、外 输，无人机物流具有方便快速的优点，在山区 物流运输的新战场。 较多的省份，陆路运输所耗费的时间和成本较 物流快递是极具潜力的无人机应用领域之 平原地区高很多，采用无人机则可能以同样的 一。2017全球智慧物流峰会数据显示，2016年智 成本实现更高的物流效率。在拥堵的城市和偏 慧物流市场规模达到2000亿元，到2025年将超过 远的山区运送急需物品，则可能比陆运节省80% 10000亿元。 的时间，而且按照发达国家经验，高层建筑势 近年来，我国逐渐重视并鼓励无人机在物 必会越来越多地配备直升机停机坪，也能够方 流等专业领域的应用。2018 年1月，国务院出台 便无人机起降。 《关于推进电子商务与快递物流协同发展的意 应对小批量任务，解放人力：无人机物流 见》，明确指出要提高科技应用水平，鼓励快递 可以有效节省人力资源的消耗，将复杂环境下 物流企业采用先进适用技术和设备，提升快递物 和大批量的投递任务交给人和地面车辆，而将 流装备自动化、专业化水平。今年全国邮政管理 简单场景下的小批量的投递任务交给无人机， 工作会议还提出，要促进科技创新，推广应用无 则可以更充分地发挥人力的灵活应变能力，减 人机、无人车、无人仓库等技术。 少体力消耗。 1.1.3 通信能力需求 摆脱地形限制，应对极端条件：在极端条件 实现无人机物流配送包括运营调度中心、无 下，无人机可以轻松抵达地面车辆无法到达的区 人机配送站、物流终端（即无人机）三个实体。 3 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 在配送过程中涉及配送任务的下发、配送任务执 定位信息的下发，出于飞行安全和紧急情况处理 行、无人机状态上报等环节，无人机物流当前对 考虑，物流无人机也需要具备视频回传实时操控 通信的需求包括：飞行状态上报以及RTK高精度 能力，在必要的时候由人工接管。 表2-1 无人机物流场景网络指标 2.3 农业植保 无人机植保作业与传统人工植保相比，具 2.3.1 业务场景描述 有精准高效、安全环保、智能化、操作简单等特 植保机械化是实现农业种植机械化、现代 点，在农业领域，植保无人机在不断证明着它的 化的关键一环。相对于有人驾驶飞机喷洒而言， 突出优势。 无人机植保具有作业效率高、单位面积施药液量 一是提高植保效率，节约资源成本。无人机 小、无需专用起降机场、机动性好等优点，其在 植保作业强度高，可同时代替多人的劳动力;采用 日本等国家发展已十分成熟。无人机植保包括喷 喷雾喷洒方式至少可以节约50%的农药使用量， 洒农药种子、巡逻监视、病虫监察等应用。 节约90%的用水量，这将很大程度地降低资源成 4 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。 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 二是防治效果好，减少污染并提高产量。无 包括气候采集如风速、天气，温度、湿度以及大 人机植保具有作业高度低、飘移少、可空中悬停 气压力的数据实时观测。高效、快捷的测绘可用 等特点，喷洒农药时旋翼产生的向下气流有助于 于路径规划和精准作业，即测即洒是未来植保无 增加气流对农作物的穿透性，减少农药损失，且 人机发展的方向。 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。 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 三是作业安全性高，降低中毒风险。无人机 专门提供无人机喷洒农药服务的队伍，搭建了一 操作规范，远距离操控避免了作业人员暴露于农 套农业生产服务平台，种植户无需购买无人机， 药下的危险，提高了作业的安全性。解决了传统 只需要订购农事服务。 人工植保方式中经常出现的中毒、中暑以及踩踏 2.3.3 作物等问题。 植保无人机当前经营模式通常由植保队操 2.3.2 发展趋势和特点 通信能力需求 作，飞行状态数据实时通过蜂窝网络上报云端用 近10多年来，农业植保无人机在我国迅猛发 于计费和管理，高精度定位信息通过短距通信或 展。至2017年9月，不完全统计，全国植保无人 蜂窝网络下发给无人机。土地勘测图片数据量 机装机量达到近万架，已经在包括水稻、小麦、 大，目前以存在SD卡上为主，未来希望网络提供 玉米、甘蔗、果树、棉花等多种作物上进行了病 实时传输。 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 5 IMT-2020(5G)推进组 5G无人机应用白皮书 2.4 巡检、安防、救援 身安全风险。无人机以成本低、灵活性强、安全 2.4.1 业务场景描述 性高、受自然环境及地形影响较小、视角更优等 无人机在公共安全领域应