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給無人機裝個聰明的“大腦” 中國技術開始邁入世界先進行列
2017-10-20 08:50:36 來源: 中國青年報
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  給無人機裝個聰明的“大腦” 

  

齊俊桐團隊在天津直升機博覽會上展示直升機無人化係統解決方案。

  把無人機稱作“空中機器人”,更為貼切。它可以隨時隨地輕巧地騰空而起,把人類的眼睛“帶”上天空,也能把人類的雙手“送”到遠方完成許多高難度的復雜任務。

  36歲的天津大學自動化學院教授齊俊桐是為無人機裝上“大腦”的人。今年9月,在亞洲最大的直升機展——天津直升機博覽會(以下簡稱“天津直博會”)上,齊俊桐科研團隊展示了他們自主研發的直升機無人化解決方案,引來國內外同行的高度關注。

  不滿足于只讓空中機器人做“飛上天拍個照”的簡單操作,十幾年來,齊俊桐一直致力于讓無人機的“大腦”越來越聰明:不僅要能飛上天,還要會思考、能判斷,同時還能代替人工精準地在空中完成復雜的動作。有了這樣的“大腦”,直升機也可以實現無人駕駛。

  幾年前,齊俊桐團隊被世界權威雜志《Journal Of Field Robotics》(《野外機器人》)評選為“全球10個最有影響力的飛行機器人研發及應用團隊”,標志著中國的無人機技術開始邁入世界先進行列。

  智能無人機幫各行各業插上“千裏眼”

  如今,只需花上幾百元,誰都可以擁有一臺無人機。在越來越多的場合,人們總會見到大大小小的無人機在空中盤旋嗡嗡作響,底下不遠處站著手持遙控器的“飛手”。

  齊俊桐稱現在是一個不折不扣的無人機時代。他把眼下的國內的無人機産業分為兩類:消費級和商用級。航拍、演出是消費級無人機最主要的用途,只要能飛、能拍攝就好。也因為目標過于趨同,這類無人機産業已成一片“紅海”。

  如果説,普通消費級無人機常與飛鳥、白雲和美景相伴;那麼商用級無人機必須面對的情景則復雜得多。商用無人機也被稱為“智能無人機”,它要做的是幫各行各業插上“千裏眼”和“順風耳”的難事。如耗時耗力的電網巡檢、物流配送、救災應急、農藥噴灑等領域,都是它們施展拳腳的地方。也因不同行業的需求千差萬別,對無人機機型、控制、售後等要求也都完全不同,齊俊桐看到了智能無人機這條産業鏈上蘊藏的巨大可能性。

  四川省雅安市蘆山縣發生7.0級強烈地震時,齊俊桐與同事們帶著智能無人機奔赴災區。以往,搜救需要專業搜救人員分成幾組,挨家挨戶進行人工排查,因搜索面積大,加上震後道路寸步難行,完成排查需要耗費較長時間。可對那些被困的災民而言,每一分鐘都在和死神賽跑。

  齊俊桐團隊到了之後,先用救災應急的智能無人機飛到天上自動排查,“它能用自己的分析係統,直接判斷哪些房屋倒塌、哪裏需要進一步救援”,帶著智能無人機傳回的數據,救援人員的效率大大提高了,為更多災民贏得了寶貴的時間。那一次讓齊俊桐更堅定了自己的選擇。”

  智能無人機要兼有“大腦”和“小腦”

  與常見的航拍無人機不同,有了“大腦”的智能無人機甚至不再需要“飛手”。它們能自動識別障礙物,並制訂出最小能耗的最優躲避方案,來去自如。

  齊俊桐解釋説,與人類一樣,智能無人機也有自己的“小腦”和“大腦”:“小腦”負責平衡穩定,“大腦”用來感知和判斷周圍環境。

  齊俊桐團隊自主研發了自適應飛控算法,將復雜環境感知的多傳感器數據融合導航技術和多余度、高可靠飛行控制技術及先進控制算法融會貫通,“我們要讓無人機‘看到並判斷’周圍復雜的環境,還能自己找到回家的路。”

  在剛剛過去的農業作業季裏,齊俊桐團隊的智能無人機飛往全國29個省,為超過100萬畝作物噴灑藥劑。在平原地區作業還比較輕松,一旦遇到梯田、丘陵等復雜地形,智能無人機的“大腦”就需要一刻不停地思考,“這需要與環境産生更緊密的交互,要求無人機同時具備學習能力和數據分析能力。”齊俊桐説,無人機需要不斷感知和學習周圍的新環境,根據地勢變化及時調整自己的導航裝置,始終與作物保持一定的距離,才能保證農藥的噴灑精準無誤。

  智能無人機噴灑農藥最大的好處,是把農民從繁重的體力勞動和有害的作業環境中解放出來。同時無人機在藥劑噴灑時能保證溫度、濕度、保存、防水等方面的精度都達到工業級別。“無人機噴藥不但不會破壞作物,而且風吹後葉子翻飛,更容易給葉子的背面施藥,”在不斷地實踐中,團隊還特別增加了半自動等寬噴灑、全自動噴灑等多種適用于農田作業的功能,讓農藥噴灑變得簡單、快捷。

  沒有了“飛手”,對智能無人機的操控只需要通過手機就能實現。齊俊桐團隊將物聯網雲計算技術與自動化控制技術結合,研發了全國最大規模的空中無人化作業整體解決方案——“百思智雲”雲平臺。只需要在手機上劃定需要作業的范圍,無人機就能根據指令飛往指定區域完成噴灑。

  齊俊桐認為,無人機收集來的龐大數據擁有不可估量的價值。在今年4月至8月的農業作業季期間,該平臺收到了超過8000萬條有效數據,涉及作業面積、作業次數、飛防時間、噴灑藥劑數量等內容,“既可以為廠商、飛防(通過植保無人機對農作物進行噴灑藥劑,降低病蟲災害的作業方式——記者注)團隊提供大數據服務,還可以為相關監管部門提供參考思路。”

  把人從枯燥勞動和艱苦環境中解放出來

  在天津直博會上,齊俊桐團隊展示的這套飛行控制係統,可成功安裝和應用在型號不同、大小各異的無人機上。

  它可以成為一名巡檢員,代替人進行長距離、復雜環境的巡檢工作,如輸電線路、輸油線路及移動鐵塔的巡檢等。齊俊桐粗略算了一下,傳統人工巡檢需要人拿著望遠鏡查看線路,人工成本高、工作效率低,而利用智能化無人機開展工作,巡視效率約是人工的6倍到10倍。

  隨著人們對智能無人機的要求越來越高,無人機巡檢不能只傳回十幾小時的巡邏畫面,還要能分析到底哪裏存在問題和隱患,甚至能“伸出手”直接解決簡單的問題。比如對于輸電線路導線上外飄物隱患處理問題,傳統人工需要5小時~8小時,且線路需要停電;而無人機可以帶電作業,並在15分鐘~20分鐘內快速清除外飄物。

  給無人機搭載紅外測溫設備,大約10分鐘就能完成過去約40分鐘才能完成的人工登塔測溫作業,工作效率提升了3倍。“這也對無人機係統的穩定性、可靠性,還有操作模式、流程提出了更高的要求。”目前,該團隊研制的智能無人機已在南方偏遠地區開展電力巡檢作業。

  這幾年,齊俊桐團隊又自主研發了國際領先的改造技術,即對大型有人直升機進行無人化改造,“畢竟重新設計一款飛機需要花費很長時間,我們幹脆讓現成的直升機實現無人駕駛。”

  這相當于給原本由人類駕駛的直升機裝上“大腦”,讓它能自己完成任務。無人化改造的基本思路是沿用有人直升機的發動機、旋翼、傳動等主體結構,通過對其進行結構改造和電氣改造,再加裝飛行控制係統。這類智能無人機往往可以協助或代替人類開展森林防火、巡查、物流運輸、救災搶險等工作。該團隊已經能夠實現重量100公斤~3噸直升機的改造工作。

  在“大腦”的指揮下,智能無人機幾乎無所不能,齊俊桐説,人工智能已經改變了我們的生活、工作環境,“我們受惠于這種改變,並樂于投身其中,努力將人從枯燥重復的勞動中解放出來。”(記者 胡春艷)

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【糾錯】 責任編輯: 潘子荻
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