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封面新闻:电子科大650台无人机灯光秀刷屏 揭秘大规模无人机编队如何演绎理工科浪漫
文:封面新闻记者 张峥 来源:社会媒体 时间:2021-10-01 9385

  9月29日,电子科大建校65周年无人机编队表演闪亮夜空,650架无人机在夜空中变换、演绎出21个精彩画面,刷爆朋友圈。来自“理工科的浪漫”引发无数网友对大规模无人机编队的各种好奇,封面新闻记者通过采访电子科大相关负责人、专家,了解到超酷、超好玩的无人机集群飞行中运用到的“测”、“传”、“算”、“控”技术。

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650架无人机演绎21组画面 刷爆朋友圈

  刷爆朋友圈的电子科大无人机表演前期经过了1个多月的筹备。“其实,无人机编队表演时不需要太多人操控,最关键的是前期编程、定画面,这个我们提前准备了1个多月。”电子科大负责无人机表演策划的老师告诉记者。

  如何通过无人机表演,展示出学校65年的发展历程、学校的学科特色、学校与校友的联结是这组策划的核心。“不少画面在设计时,不仅要考虑到画面的简洁、背后意义,还要考虑到无人机在天空表演时的展示效果等实际情况,经过了数次调整。”

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  整个表演时长将近20分钟,21个画面,三个篇章:学科特色、成电历史、成电未来。第一篇章以电子星球开始,然后指纹开启芯片时代,流动的代码010101……,AI人工智能时代、5G收发信号、人脸识别等几组画面展示成电在计算机、通信技术等方面的学科特色;第二篇章通过郭沫若题字的成都电讯工程学院、更名后的电子科大学校名、“求实求真 大气大为”的校训、I love  UESTC等画面展示成电的精神传承。最让成电人激动的创意是,网红银杏树也出现在了无人机表演画面中:一棵小小的银杏幼苗,在水滴的灌溉下,茁壮成长为参天大树,缓缓落下金黄的叶片……画面唯美,不仅表达了立德树人的深意,学校65年的成长,也让人深深怀念起在成电度过的美好时光。

  最后一个章节,面向未来,“以奔跑吧 成电人”开篇,以一个向前奔跑的成电人 ,我爱你中国、巨幅五星红旗结尾。

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无人机表演涉及的关键技术:“测”、“传”、“算”、“控”

  无人机如何在空中排布出各种画面?如何操控数百台无人机编队进行表演、造型?表演时如何控制无人机各行其道,互不干扰?电子科技大学航空航天学院首任院长、“飞行器集群智能感知与协同控制”四川省重点实验室主任秦开宇,校友企业“高巨创新”总经理李晨亮,无人机领域校友企业“亿航智能”的技术产品研发副总裁王栋,揭秘了“大规模无人机编队关键技术”背后的黑科技。

 秦开宇解释说,无人机灯光秀是一种典型的集群飞行编队应用。无人机集群里面的成员必须通过非常严格、准确的配合才能完成复杂的灯光秀效果,其中涉及到的关键技术可大致归纳为“测”、“传”、“算”、“控”四个方面。和人类一样,“测”、“传”、“算”、“控”分别对应了我们的眼睛、神经网络、大脑和双手,它们通过合作使无人机能够到达预定位置。通过“测”量和数“传”通信,无人机能准确地获取彼此的位置、速度等信息,为无人机交互协同提供基础;利用这些信息计“算”无人机下一步的具体任务目标,而后“控”制无人机,实现稳定飞行。

  除了上述四个环节,要完成大规模无人机编队灯光秀,如采用一台主控机实现无人机的信息交互和传递,需要大量计算量。

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防碰撞算法 确保无人机各行其道

  很多网友好奇,在无人机编队运动协调中,如何做到在通信、位置、飞行姿态等方面互不干扰的?关键技术有哪些?

  李晨亮解释说:“首先要保证飞机自身的高精度定位,目前我们采用的GPS+北斗的双模RTK定位;同时通过集群通讯系统,我们能知道每台无人机的精确位置,确保无人机之间的安全距离。”

  随着机群数量增加,大规模机群的控制难度是递增的,对于通讯的带宽以及稳定性也有更高的要求。另外还有数据处理问题,在大型的编队表演中,我们会采用分布式系统的策略,用来减轻数据量过大的问题,分布式系统的优点在去中心化,分布处理数据,其中任何一台系统故障都不会影响飞行表演。还有在日常环境以及无线电环境都会有一定的干扰,我们需要让无人机拥有更强的抗干扰能力。

  “在编辑整体任务的时候,会通过编队专用的地面控制软件,来计算任务的运动过程,并根据障碍规则来运行防碰撞的算法,生成统一的任务规划;无人机实际飞行中的控制一致性重要,否则就会由于某一台或某几台无人机的运动轨迹不一致而发生碰撞,进而影响整个表演质量。”王栋补充。

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无人机还有这些应用领域

  “要实现无人机编队,需要通信、导航、控制等多学科知识的交叉和融合。”秦开宇说。依托“飞行器集群智能感知与协同控制”四川省重点实验室,学校在集群通信、导航、感知和控制等方面,开展了一系列的研究。“我们针对学生培养,开设了一系列的课程,比如《无人机群智能技术基础》、《多无人机编队协同控制实验》、《飞行控制系统》、《无人机自主任务》等课程,从理论探索到实验检验,以新工科理念,培养学生自主学习和动手实践的能力。”

  除了灯光秀,无人机还有哪些应用领域?秦开宇表示,无人机编队还可以执行安全监视、物流运输、电力巡检等任务。在军事领域,无人机编队能够完成战场覆盖、协同侦察、协同围捕与打击或者实现与无人机集群的协同对抗等任务。未来战场,有人/无人机的协同作战则会成为一种新常态,甚至将快速扩展到与无人车、无人船和无人艇的协同,形成更全面的体系作战能力。


  报道链接:https://m.thecover.cn/news_details.html?id=8169008&channelId=0


编辑:林坤  / 审核:林坤  / 发布:林坤