2019中国国际大数据产业博览会(数博会)30日在贵阳开幕,本届数博会一大看点即从5月24日起持续到31日,每晚贵阳的夜空中都会有526架无人机同步编队升空,随着音乐、光影和水幕电影一起变幻起舞。此次无人机表演是贵州目前最大规模的无人机编队表演。
近些年,随着无人机技术的发展,无人机表演开始走向台前,由于无人机编队表演在图案、文字等内容的排列呈现上更加灵活多样,颇受市场的青睐。
多项技术支持
无人机编队飞行作为一项比较复杂的机器人控制和管理活动,需要多项基础技术融合支持。
零度智控编队飞行技术总监黄建介绍,无人机编队飞行需要解决的是授时、导航、制导、控制、路径规划五大问题。这五大问题同样也适用于其他形态机器人的编队协同任务的领域。
授时问题:是指如何为上多架飞行器授时同步或如何使多架飞行器的系统时间具有一致性。同步精度是多少,不同的授时方案,有不同性能表现。例如:GPS可以小于1ms,电波授时左右1ms,NTP网络授时就要在50ms左右。此问题确保编队中的每架飞行器是在同一个时间域内进行调度。
导航问题:即空间定位问题,是指如何测量多架飞行器的位置和姿态测量。定位精度是指定位系统获取每架飞行器的位置坐标的准确程度,像常用的方案有光学动捕(Vicon或OptiTrack为亚毫米级精度)、Marker板/光流定位(0.1-5cm的精度)、UWB定位(1-10cm)、RTKGPS定位(10-100cm)、GPS定位(1-10m)、IMU定位(误差与累积时间有关)等。确保编队中的每架飞行器是在同一个空间域内进行调度。
制导问题:是指导引和控制飞行器按一定规律飞向目标或预定轨道的技术和方法。制导过程中,导引系统不断测定飞行器与目标或预定轨道的相对位置关系,发出制导信息传递给飞行器控制系统,以控制飞行。
控制问题:是指如何使飞行器达到或保持需要的速度和姿态的方法。计算出飞行器需要的油门和舵量以克服周围风速、气压的影响,达到“稳定地执行制导指令,实现期望的飞行姿态”。
路径规划:是指生成预定轨道的过程或方法,分为人工规划或自动规划。通常少于100架的规模的飞机可以采用人工规划,而当飞行器数量大于此值后,人工规划的时间成本将变得不能让人接受。自动规划是超大规模编队的必要核心技术之一,可以考虑采用基于网格地图的搜索算法(如:A* D*算法),人工势场法,或蚁群算法、遗传算法等特殊的路径优化方法。
高额的“出场费”
从相关招标信息上了解,2018年5月在西安1374架无人机表演项目的成交金额达1050万元。
据悉,进行一次无人机表演之前,无人机操控团队需要对无人机的飞控系统和地面站进行编程开发,将每台无人机的飞行路线、速度、坐标等参数进行设置,同时还有LED灯光的亮度和闪动频率等,让无人机能够按照预设的程序进行表演。但这其中最难的是让无人机待在精准的位置上。
行业人士指出,无人机编队表演还需要解决授时、导航、抗干扰、路径协调等多个难题,多架无人机协同运动需要精确的定位也需要精确同步的时间,酷炫的编队还需要规划合理的路线同时要应对相互间的干扰。
大规模的无人机编队飞行虽然视觉效果惊艳,但复杂的准备周期,要进过无数的投入与失败,导致高昂的费用,这也缩小了大规模无人机表演的适用场合。与此同时,无人机的操控技术仍需进一步升级,才能有效为演出保驾护航。
技术仍存瑕疵
虽然花费不菲,但是表演规模的不断扩大也在一定程度上预示着无人机表演的走热,但是无人机表演并非万无一失,一旦信号遭受恶意干扰,本该绚丽的演出便有可能演变成一场灾难。2018年西安无人机编队表演事故就是最好的例证,相关公司表示是信号干扰导致的.
大规模的无人机表演技术并不成熟,而且难度很高。操作失误、信号故障、外部信号干扰、机器故障、天气干扰等因素都有可能导致表演失败。无人机表演因为难以确保万无一失,甚至存在较大的失败风险,所以在大型现场活动中是否采用,还是应该有全方位的考量,提前准备备选方案,无人机表演在技术方面仍然存在不可避免的瑕疵,未来还需在演出路线设计的模拟算法上有所提升,尽可能确保演出的顺利进行。
创纪录的无人机编队表演
2016年英特尔公司首席执行官Brian Krzanich在天猫“双11”全球创智生态峰会上首次向公众介绍了英特尔全新无人机--Intel Shooting Star,并展示了同时操控500架英特尔无人机编队飞行,进行震撼的灯光秀表演。
2018年平昌冬奥会率先打开了3D立体无人机编队的市场,同时还凭借1218架无人机编队表演成功创造了“同时放飞数量最多无人机”的吉尼斯世界纪录。
2018年 5月1日,西安市在该市南门文化礼仪广场开启红五月•城墙国际文化节,城墙上1374架无人机参与了备受瞩目的光影盛典。虽然活动部分内容展示不佳,但也创造了数量最多无人机编队表演的吉尼斯世界纪录。
为庆祝公司成立50周年,英特尔在2018年7月15日清晨又一次大秀无人机。这一次,英特尔在夜空中同时放飞了2018架无人机,打破了吉尼斯世界纪录。
即将于6月12日开幕的"尖兵之翼--第十届中国无人机大会暨展览会"(北京站)将会全方位展示目前国内外无人机最新产品技术,不仅仅是无人机编队技术展示,还囊括军用、农林植保、电力能源巡检、消防救灾、国土测绘、气象环保监测等领域,肯定能让你大饱眼福!