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這些無人機(jī)群是如何控制的?

發(fā)布日期:2017-09-12我要投稿我要評(píng)論

這些無人機(jī)群是如何控制的?
 

金屬樂隊(duì)metallica的歐洲世界無線巡演上周四在哥本哈根的皇家競(jìng)技場(chǎng)開幕,15000個(gè)座位爆滿,最令人驚艷的是,現(xiàn)場(chǎng)有一大群微型機(jī)器人在樂隊(duì)頭上飛舞。在樂隊(duì)完成火爆單曲“Moth Into Flame”之后,數(shù)十架微型無人機(jī)從舞臺(tái)上起飛,在舞臺(tái)上空形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓圈。隨著音樂響起,越來越多的無人機(jī)加入了這個(gè)隊(duì)伍,在空中的造型越來越復(fù)雜,最后形成了三個(gè)相互交錯(cuò)的圓形。

這是無人機(jī)群首次出現(xiàn)在一次重大巡回演出中。跟以前的無人機(jī)表演不同的是,這次表演是在室內(nèi),并且無人機(jī)就在表演者以及演唱會(huì)觀眾的頭頂上。無人機(jī)在觀眾身旁飛舞,跟室外無人機(jī)相比感覺更親密。同樣的,近身飛行更有利于呈現(xiàn)3D立體效果,這也是金屬樂隊(duì)metallica想要呈現(xiàn)給觀眾的360度舞臺(tái)效果。

在這樣一個(gè)環(huán)境中,飛行的無人機(jī)如此接近觀眾,是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。跟室外不一樣,室內(nèi)無人機(jī)無法依賴GPS信號(hào),這些信號(hào)在室內(nèi)環(huán)境中會(huì)嚴(yán)重退化,不能滿足自主無人機(jī)的導(dǎo)航需求。在高壓、現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)環(huán)境中,數(shù)十架無人機(jī)在接近人群時(shí)飛行的安全問題,給他們帶來了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。由于在巡回演出中改變演出條件而帶來的不確定性,以及無人機(jī)系統(tǒng)組件和傳感器,包括數(shù)百個(gè)驅(qū)動(dòng)無人機(jī)的馬達(dá)的變化,是這種無人機(jī)演出系統(tǒng)的另一個(gè)必要條件。

演出中使用的無人機(jī)生產(chǎn)商Verity Studios的創(chuàng)始人Raffaello D’Andrea表示,“安全性和可靠性是擺在首位的。” D’Andrea很清楚他在說什么:之前創(chuàng)立的公司Kiva system,2012年被電子商務(wù)巨頭亞馬遜以7.75億美元收購(gòu)了,在那家公司,D’Andrea和他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了自主倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人,他們可以在倉(cāng)庫(kù)中全天候地工作。該公司后來更名為Amazon Robotics,現(xiàn)在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)最多可運(yùn)行10000個(gè)機(jī)器人。

這是如何實(shí)現(xiàn)的?

簡(jiǎn)而言之:Verity Studios的無人機(jī)表演系統(tǒng)是一個(gè)采用分布式人工智能、機(jī)器人技術(shù)和復(fù)雜算法來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)娛樂業(yè)所需要的強(qiáng)大性能和安全性的先進(jìn)演出自動(dòng)化系統(tǒng)。憑借其在百老匯大約7000次自主飛行的紀(jì)錄,在398場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)表演中,Verity Studios已經(jīng)在更大的Stage Flyer無人機(jī)上取得成功,它不是這個(gè)行業(yè)的新兵。

要進(jìn)行這樣的無人機(jī)表演需要很多要素,無人機(jī)本身只是其中一個(gè)方面。Verity的無人機(jī)是自主的,由一個(gè)人監(jiān)管,不需要單獨(dú)控制無人機(jī)的動(dòng)作。相反,操作員只發(fā)出諸如“起飛”或“著陸”的高級(jí)命令,一次監(jiān)管多個(gè)無人機(jī)的運(yùn)動(dòng),并對(duì)應(yīng)對(duì)異常狀況。換句話說,Verity先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)替代了很多人類操作員的角色,對(duì)無人機(jī)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程控制。無人機(jī)是飛行機(jī)器人,在人類的監(jiān)管下可以自主導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛。自主無人機(jī)的動(dòng)作及其照明設(shè)計(jì)由Verity的創(chuàng)意人員編排。

為了實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航,無人機(jī)需要一種可靠的方法來確定他們?cè)诳罩械奈恢?。如上所述,雖然無人機(jī)在室外可以使用GPS進(jìn)行自主導(dǎo)航,但是GPS在室內(nèi)并不是可行的選項(xiàng):GPS信號(hào)在大型結(jié)構(gòu)(如高層建筑物)附近會(huì)產(chǎn)生降級(jí),在室內(nèi)環(huán)境中通常不可用或嚴(yán)重退化。由于退化的GPS可能會(huì)導(dǎo)致自主飛行的不可靠或不安全,Verity無人機(jī)采用專有的室內(nèi)定位技術(shù)。
 

這些無人機(jī)群是如何控制的?
 

它由一個(gè)可靠的室內(nèi)定位系統(tǒng)和智能自主無人機(jī)以及一個(gè)合適的操作界面組成,允許metallica表演的唯一操作員同事控制多個(gè)無人機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。這種方法不僅僅能提高效率和效能(誰希望需要幾十名操作員在現(xiàn)場(chǎng)),而且也是一項(xiàng)關(guān)鍵的安全要求:操作員出錯(cuò)是許多現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)中無人機(jī)事故的重要原因。隨著無人機(jī)數(shù)量的增加,安全風(fēng)險(xiǎn)迅速增加,導(dǎo)致飛行計(jì)劃更加復(fù)雜,空中相撞的危險(xiǎn)也增大。自主控制讓操作員更安全地遠(yuǎn)程控制多個(gè)無人機(jī),特別是在很小的空域中操作時(shí)。

盡管可能存在其他潛在故障(包括無線干擾,硬件或軟件組件故障,斷電或惡意中斷/黑客攻擊),Verity的系統(tǒng)也必須進(jìn)行安全設(shè)計(jì)。在百老匯的398次表演中,面臨的最大安全挑戰(zhàn)是:人為失誤。 在百老匯劇院工作人員操作的時(shí)候,Verity的系統(tǒng)五次糾正了人為失誤,并且阻止了有關(guān)無人機(jī)的飛行(在這些場(chǎng)合,這個(gè)演出持續(xù)了六或七架而不是這次的八架無人機(jī),只有一次沒有任何無人機(jī)作為安全措施,即無人機(jī)表演的“正常運(yùn)行時(shí)間”為99.7%)。 正如我和我的同事在最近公布的有關(guān)無人機(jī)表演最佳實(shí)踐的概述文件中描述的那樣,在現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)中使用無人機(jī),安全是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

Verity表演創(chuàng)作過程中的另一個(gè)關(guān)鍵因素是無人機(jī)創(chuàng)作工具。規(guī)劃像metallica巡回演唱會(huì)那樣的演出,需要工具來高效地創(chuàng)建大量的無人機(jī)軌跡。這些軌跡必須考慮到無人機(jī)的實(shí)際飛行動(dòng)力學(xué),考慮到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的限制,以及空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng),如空氣湍流或升力。由這些工具產(chǎn)生的無人機(jī)動(dòng)作需要無碰撞并允許進(jìn)行緊急操作。為了創(chuàng)造引人注目的效果,無人機(jī)創(chuàng)作工具還需要了解無人機(jī)的所有動(dòng)態(tài)性能,這是D’Andrea團(tuán)隊(duì)在創(chuàng)建Verity Studios錢就有著豐富經(jīng)驗(yàn)的另一個(gè)領(lǐng)域,因此,作為研究的一部分,在瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的Flying Machine Arena實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

創(chuàng)造一個(gè)引人注目的無人機(jī)表演需要的不僅是無人機(jī)表演系統(tǒng)本身。為了這次巡演,Verity Studio與世界領(lǐng)先的舞臺(tái)自動(dòng)化公司TAIT Towers合作,將無人機(jī)融合到舞臺(tái)上,并解決與此次巡演相關(guān)的一系列其他技術(shù)挑戰(zhàn)。

雖然技術(shù)是關(guān)鍵的推動(dòng)者,但Verity的演出出發(fā)點(diǎn)和關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素是非技術(shù)性的。相反,表演是由表演設(shè)計(jì)者的創(chuàng)意意圖驅(qū)動(dòng)的。這包括定義表演無人機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)表演中的作用,以及確定他們與演出創(chuàng)意概念的視覺和音樂圖案的融合。 對(duì)于metallica,無人機(jī)的飛行軌跡和照明是由Verity的編舞團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的,并結(jié)合了metallica產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)和樂隊(duì)的反饋信息。

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