[论文解读] Unmanned Aerial Vehicles: A Survey on Civil Applications and Key Research Challenges

Hazim Shakhatreh, Ahmad Sawalmeh+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2018

UAV Applications and Optimization参考文献 219被引用 500

一句话总结

这篇论文综述民用无人机应用、市场机会以及跨领域的关键挑战，并讨论无人机驱动服务的研究趋势和未来洞察。

ABSTRACT

The use of unmanned aerial vehicles (UAVs) is growing rapidly across many civil application domains including real-time monitoring, providing wireless coverage, remote sensing, search and rescue, delivery of goods, security and surveillance, precision agriculture, and civil infrastructure inspection. Smart UAVs are the next big revolution in UAV technology promising to provide new opportunities in different applications, especially in civil infrastructure in terms of reduced risks and lower cost. Civil infrastructure is expected to dominate the more that $45 Billion market value of UAV usage. In this survey, we present UAV civil applications and their challenges. We also discuss current research trends and provide future insights for potential UAV uses. Furthermore, we present the key challenges for UAV civil applications, including: charging challenges, collision avoidance and swarming challenges, and networking and security related challenges. Based on our review of the recent literature, we discuss open research challenges and draw high-level insights on how these challenges might be approached.

研究动机与目标

• 评估民用无人机应用的范围（交通监测、无线覆盖、遥感、合成孔径雷达 SAR、递送、安保、农业、基础设施检查）。
• 呈现市场机会与 UAV 分类，以框定行业潜力。
• 识别并讨论跨领域的主要挑战（充电、避撞、群飞、网络、安全）。
• 综合当前研究趋势并提出面向民用服务的未来发展方向。

提出的方法

• 对现有无人机调查与行业报告进行全面文献评估。
• 基于续航、高度、重量、有效载荷、射程、燃料类型、运行复杂性和覆盖范围对无人机进行分类。
• 详述民用无人机应用及领域特定挑战及相应的研究趋势。
• 讨论未来见解及潜在的赋能技术（能源收集、群体编队协调、机载人工智能）。
• 参考比较分析（如表 I-II）以将本综述相对于先前工作定位。

实验结果

研究问题

• RQ1 无 人机的主要民用应用及跨领域相关挑战有哪些？
• RQ2 无 人机平台有何不同（LAP 与 HAP），在性能与部署上带来哪些权衡？
• RQ3 民用基础设施及相关领域中无人机市场机会的范围与规模为何？
• RQ4 哪些研究方向与技术最有前景以应对跨领域的无人机挑战？

主要发现

• 全球无人机市场显示强劲增长，民用基础设施预计将主导市场的一大部分（超过450亿美元）。
• 可寻址无人机市场预计超过1270亿美元，民用基础设施预计贡献约450亿美元。
• 全球无人机载荷市场预计到2027年达到30亿美元，由雷达与通信设备主导（约80%）。
• 无人机出货量与市场增长预测包括消费级（2021 年约 2900 万台）、企业级（2021 年约 80.5 万台）以及政府无人机（作战/监视）。
• 美国国防部在2017年分配了约 44.57 亿美元用于无人机，强调政府对无人机的重大投资。
• 给出一个基于续航、高度、有效载荷、射程等性能参数的 LAP/HAP 分类框架，以捕捉平台差异及用例适合性。