《啟迪觀察》| 美國：商業無人機—無人機的未來打印
發布時間：2018-07-18來源：《啟迪觀察》
如果政府官員、監管機構、創新者和其它利益相關者能夠拿出方案，使最具創新的無人機系統應用成為現實并驅動需求，那么未來十年，可能會出現極具顛覆性的新科技，正如當年汽車的出現一樣。
對無人駕駛航空系統的投資正在急劇增加，但挑戰仍在繼續。以下是行業相關人士迫切需要了解的無人機未來前景分析。
大多數人眼中的無人機，也就是無人機系統（UAS），是一種先進的軍事技術，或是業余愛好者捕捉植物、體育賽事和城市風光圖像的工具。而現在，各個行業已經開始意識到無人機可以有多種商業用途，不再僅僅是基本的監控、攝影或攝像。在一些行業中，無人機已被用于日常工作。例如，保險公司使用無人機來檢查受損的資產，農民用無人機來監控農作物，收集土壤數據。隨著創新者的探索，更多激動人心的變化將會發生，包括零售商店無人機派送服務和服務上班族的空中巴士。
美國一直是無人機商業化增長的強大源泉，無人機活動的價值從2012年的4000萬美元上升到2017年的10億美元。到2026年，我們估計企業和消費者使用的商業無人機將會給美國國家年度GDP增加310億美元到460億美元。從美國的發展可以看出未來商業無人機在其它國家市場的使用和投資軌跡。（本文主要關注不斷增長的商業市場，而軍事、安全和智能應用市場已經非常成熟。）
正如任何新行業一樣，無人機市場也可能會發生一些意想不到的變化。雖然投資在急劇增長，但很多公司將資金投入了未經檢驗的領域，如空中巴士，以吸引媒體眼球。這些技術仍處在早期發展階段，公眾的接受度仍不確定。其它障礙還包括監管部門的批準和配套的基礎設施是否就位。政府官員不會未經審查就批準無人駕駛飛機的提議，城市也不會自發為無人機起飛、著陸和存儲投資基礎設施。空中巴士這個例子可能比較極端，但任何無人機商用的案例中都可能出現類似的問題。
盡管一些最具創新性的無人機應用需要數年的時間來開發，項目相關方——政府官員、投資者、監管機構、無人機行業的成員和企業采用者如果想要拓展當前的應用并獲取額外的價值，就必須理解無人機的演進形式，并且從現在就開始改進他們的無人機策略。本文分為三個主題，可能有助于理清當前存在的不確定因素：
UAS的價值。這個市場的真正潛力是什么？價值鏈的哪些環節正吸引投資？是否有尚待開發的機會？
影響UAS市場的因素。決定UAS市場演進的力量是什么？哪些技術會有發展機會？UAS公司應如何積極地將需求具體化？
初期戰略思考。UAS相關方如何捕獲或創造價值？從現在起需要關注哪些問題？
了解UAS市場
無人機最初被視為軍事工具，而在過去五年，它已進入企業界。一些大型科技公司正在研究無人機配送服務，而另一些公司正在探索特制的無人機是否可以為偏遠地區提供網絡連接。一些參與者還在研究專注于特定行業的解決方案。例如，施工技術公司Veerum使用無人機和3D成像創建了施工項目的“數字化映射”，精確到毫米，從而可以通過3D模型對工作進行驗證。
雖然科技巨頭在無人機領域的舉措往往搶占頭條，但實際上創業公司推動了大部分的無人機活動。自2000年以來，已有300多家公司進入該領域。這些公司通常專注于硬件、支持服務或操作。后者是一個寬泛的類別，包括導航相關的軟件和服務、無人駕駛交通管理（UTM）、和UAS相關基礎設施的建設和維護——例如，無人機垂直起飛和降落所需的垂直升降機場。
創業公司已經吸引了超過30億美元的資金來探索新的UAS應用、相關產業和地理地貌。原始設備制造商獲得幾乎一半的投資（約14億美元），其它大項投資進入專門從事導航、UTM（3.71億美元）或數據管理（3.28億美元）的公司。在多領域進行競爭的企業也有強勁表現，它們已獲得3.56億美元的資金。
隨著市場的成熟，更多價值轉向軟件，尤其是整體解決方案。可以通過增強探測和避讓系統、實現自主分析和在無法依賴GPS信號的地區協助導航來提升UAS操作。UAS公司還將進一步重視軟件整體解決方案，可以集成無人機或飛機的空中交通管制系統，并支持自主飛行。
流行的UAS應用
最成熟的應用當屬短程監測和相關攝像或攝影，這是在企業或消費者部門中無人機被最廣泛使用的行業。未來幾年，能夠進行遠程（視線范圍之外）監視的無人機可能會進入市場。
一些用來協助作業的無人機已出現在市場，并且該類無人機仍在增長。這些無人機通常被用來完成沉悶、骯臟或危險的工作，如擦玻璃。無人機也出現在娛樂行業和廣告業，被用來拉橫幅或進行燈光表演。
更讓人感興趣的是那些仍在開發或在早期階段的應用，包括使用無人機發出無線電或視頻信號或以其他形式進行通訊連接。這些對于擴展偏遠地區的通訊最為有用，并且在需求激增時用來擴展聯接。此外，能夠幫助物體移動的無人機正在小范圍內應用，UAS配送服務有望在未來五到十年實現。其他更為激進的交通方式，比如無人機航班可能需要一個更為漫長的發展歷程和審批時間表。
影響UAS市場的因素
到2026年，美國商業無人機制造及相關服務的市值可增加到80億至200億美元。該行業的未來在很多方面都仍待討論，有五個因素將決定它的價值和影響力（如圖所示）。首先，也可能是最重要的，就是公眾接受問題。一些調查表明，人們對無人機持保守態度。2016年的一項調查顯示，僅有44%的美國受訪者支持無人機配送服務。隨著無人機越來越普遍，人們的態度可能會緩和。但在人們接受成千上萬的無人機在上空飛翔或使用UAS空中巴士服務之前，該行業需要樹立足夠的信心。
與任何行業一樣，經濟驅動因素也會塑造需求。美國公司可能會在簡化操作和促進自動化方面發掘無人機的最大價值，而非那些奪人眼球的應用，如無人機配送和交通。這是自動化和數字化操作更廣泛行動中的一部分。那些最好的公司在開發UAS戰略的同時將會保持這類經濟驅動因素，走在行業前沿。雖然這些應用可能不如交通和配送那樣博人眼球，但它們更切合實際，且至少在短期內更具收益潛力。
最后，有一些與技術、監管和基礎設施相關的實際因素，這些會很大程度上決定哪些無人機應用是可行的。以下將詳細分析這些因素，以幫助公司了解在發掘無人機最大價值之前，還需要做哪些努力。
1技術能力
無人機依賴于成熟的技術，但這些技術很多都仍在開發中。除非以下領域出現進步，否則大部分創新性UAS應用仍停留在概念或試驗階段，包括與無人機配送和交通相關的那些應用。
自主飛行。雖然一些無人機已經可以在無用戶操控路徑的情況下飛行，但這仍是一項新興的技術。在接下來的五年，系統故障響應、動態路徑選擇和人機交互控制應是研究重點。如果自主控制技術有更大進步，公司就可以將現在很多尚不成熟的場景應用變為現實，例如對管道、礦山和建筑項目進行重復和無人駕駛監測。
電池性能。電池技術的快速發展也將解鎖無人機的新價值。鋰離子電池的能量密度每年提高5%到8%，預計到2025年，電池壽命有望翻一番。這些進步將能夠使無人機在不充電的情況下飛一個小時以上，從而拓展出更多新應用。
探測和避開技術。這些可以幫助無人機避免碰撞。避開障礙的系統仍在開發中，預計到2025年將出現較有效的解決方案。（業余愛好者使用的無人機已經有一些探測和避開系統，但這些系統仍過于簡單）
集成空中交通管理(ATM)系統。由于可能會發生碰撞，所以目前無人機均在商用飛機的飛行高度以下飛行。可以追蹤無人機、并與傳統飛機的空中交通管制系統聯系的UTM解決方案至少要在十年以后才能實現。在這之前，高空飛行不可能實現。
定位技術。即使在GPS信號受限或較弱的地區如建筑密集的城市和偏遠地區，無人機也必須能夠識別他們的位置。空中交通管理集成應用——作為GPS替代方案，其廣泛推廣使用至少要十年以后。
2監管
大多數國家目前正面臨無人機相關的監管問題，因為任何對公共安全產生影響的創新都會出現此類問題。例如，美國目前有一個無人機咨詢委員會，其中包括監管機構和行業相關方，主要負責將無人機應用推廣到國家空域。監管機構負責在新UAS進入市場前，徹底評估它們的影響，包括潛在的安全問題。這意味著監管流程和時間線將最終決定很多UAS應用的實行時間。
在美國，監管機構可能會開發一套綜合法規，其中涵蓋三個方面：UAS車輛、操作和操作者。例如，監管機構可以考慮無人機是否可以在視線范圍之外進行操作，通過積極的決定來推動更多應用，如將藥品遞送到偏遠地區的患者手中。基于安全分析，監管機構也可以發布自主飛行、重量和高度限制以及其它方面相關指南。此類規定也可能消弭無人機業務發展的其他障礙。
3基礎設施
當前很多UAS應用對基礎設施的要求較低。繪制建筑工地的無人機可能僅需要在空地上著陸，然后使用與其它設備相同的電源插座進行充電。但隨著UAS復雜性的增加，對充電站、著陸設施和其它條件的基礎設施要求要隨之增加。考慮到當前的基礎設施需求，這些問題看上去并沒那么緊迫，但私人投資者和政府官員應當意識到，無人機的未來發展會非常不同。一些人已經開始建設配套基礎設施或獲取飛行授權，因為先行者往往能得到黃金地段。
而每個應用的要求也不一樣，要有強大的UTM系統來保證國家空域內的安全低空操作。目前還沒有適合此類系統的信號燈和其它基礎設施。（如前文所說，除非UTM系統可以與商用飛機航空管制系統進行通訊，否則需要高空飛行的應用將無法實現）所有的UAS應用還需要反UAV解決方案，用來監測未經授權的飛行器，并將之安全迫降。
除了這些通用的需求，大多數未來應用還有其它重要的基礎設施需求。相關公司、政府或航隊可能需要修建一些設施，來支持無人機運輸和配送：
為運送乘客和貨物的無人機提供各種起飛和降落的垂直升降機場（對于較小的站，也許有一個可供垂直升降的停機坪就足夠了）。
空中巴士和其它運輸車輛可以停車、檢查和維修的服務站。
無人機可以裝卸貨物的配送中心。
UAS電池充電站。
接收站（例如儲物柜、箱子或平臺）來接受UAS配送的物品。
當相關方對此類基礎設施的成本進行研究時（事實上這些研究已在進行中），他們可能會發現一些雄心勃勃的計劃事實上不可行或成本太高昂。
4公共和私人資金
隨著UAS市場的增加，行業和政府領導必須對公共和私人資本正確組合匹配——鑒于應用的不同，答案可能各異。例如，一些機場可能從事更為細分的利基業務，因此提供最低限度的公共服務。在這種情況下，就很難要求政府在開發、操作和維護中發揮作用。但反過來說，對于任何公民都可以買票的交通系統的機場，或用于緊急救援的機場，政府應當發揮主導作用。
今天所做的融資決策將會對整個產業鏈產生重大影響。地方政府在UAS基礎設施中沒有股份的地區，企業可以建立一個封閉的機場專用系統或投資其它專有資產。他們可以拒絕其它公司進入或者讓其它公司支付費用，從而形成壟斷。這種潛在的設想會推動政府創立自己的基礎設施或購買部分股份。或者，政府監管機構可以選擇在私有UAS基礎設施系統的所有權和使用權方面發揮更大的作用。
建立UAS策略的第一步
要在UAS領域獲得成功，就應平衡樂觀主義和現實主義、行動和耐性、信心和克制力。以下因素可以幫助相關方建立正確的UAS策略：
1UAS行業的成員
專注于登上頭條的UAS應用可能更具吸引力，但制造商和軟件供應商等行業參與者可通過低調的投資來獲得更好的受益，如投資可以幫助企業將人工作業自動化的無人機。OEM和配件供應商也應考慮價值鏈的哪些領域的競爭已經開始升溫。OEM應該確定好，無人機行業中哪些部分他們想自己制造，哪些想要外包。
2企業UAS采用者
當考慮到無人機時，企業可能會有很多選擇，并且可能會追求多種應用。但無人機并不僅僅是好玩的玩具，它們通常需要很多投資，并且需要集成到生產過程中來產生重要的作用。這就是為什么成功之道往往是用有限的應用，去解決重要問題或發揮最大的效用。成功的公司還應考慮如何在設計初步策略時使用無人機數據。例如，UAS圖片可以顯示遠程實物資產惡化的情況，公司可以更好地進行預見性維護計劃。
3投資者
與典型的投資相比，從無人機獲得收益的周期可能要更長，因此投資者在制定策略時需要考慮長久戰。他們可能通過投資UAS價值鏈來獲取受益，如基礎設施或無人機相關服務——盡管在這方面的投資目前不是很多。
4監管機構
隨著監管機構開始規劃指南，他們可以通過與相關方合作來更好地理解UAS市場的演化，包括傳統航空領導者、無人機專家以及私營企業的終端用戶。這種外聯可以使他們對UAS的潛在應用、產品開發、技術或基礎設施限制有更好的了解。
5國家和地方政府官員
在各個層面，官員都應考慮政府在UAS行業中的作用，包括基礎設施公共資金的使用。今天他們所開發的計劃和預算應考慮無人機在未來5年、10年和15年的互聯移動模式中所發揮的作用，以及相關基礎設施需求。在早期，官員可通過考察與私營企業的創造性伙伴關系來設計和投資機場建設等重要項目，并從中受益。
雖然無人機配送、空中巴士和其它UAS創新在近幾年內不會成為現實，但是一旦實現，就將快速改變社會。這驅動著所有行業相關方從現在開始認清障礙并現實地考慮潛在應用。在美國，UAS對GDP的影響預計到2026年會達到310億到460億美元，規模不容小覷。
一些最好的機會可能會在一些領域出現，從而解決如低生產率這樣的商業難題，而不僅限于一些商業應用，如空中巴士，或那些剛剛引發熱烈討論的領域，如相關基礎設施建設。政府官員、監管機構、創新者和其它利益相關者是否能夠拿出方案，使最具創新的UAS應用成為現實，并驅動需求？如果答案是肯定的，那么未來十年，可能會出現極具顛覆性的新科技，正如當年汽車的出現一樣。
作者：Pamela Cohn，Alastair Green，Meredith Langstaff，and Melanie Roller
來源：www.mckinsey.com 2017年12月
編譯：《啟迪觀察》
作者介紹：Pamela Cohn是麥肯錫咨詢公司哥倫比亞特區華盛頓分公司的一名顧問，在該公司，Alastair Green和Melanie Roller為合伙人，Meredith Langstaff為顧問。
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