給無人機裝個聰明的“大腦”

齊俊桐團(tuán)隊在天津直升機博覽會上展示直升機無人化系統(tǒng)解決方案。采訪對象供圖

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(yuǎn)方完成許多高難度的復(fù)雜任務(wù)。

36歲的天津大學(xué)自動化學(xué)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(tuán)隊展示了他們自主研發(fā)的直升機無人化解決方案，引來國內(nèi)外同行的高度關(guān)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(zhǔn)地在空中完成復(fù)雜的動作。有了這樣的“大腦”，直升機也可以實現(xiàn)無人駕駛。

幾年前，齊俊桐團(tuán)隊被世界權(quán)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(fā)及應(yīng)用團(tuán)隊”，標(biāo)志著中國的無人機技術(shù)開始邁入世界先進(jìn)行列。

智能無人機幫各行各業(yè)插上“千里眼”

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(yuǎn)處站著手持遙控器的“飛手”。

齊俊桐稱現(xiàn)在是一個不折不扣的無人機時代。他把眼下的國內(nèi)的無人機產(chǎn)業(yè)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(biāo)過于趨同，這類無人機產(chǎn)業(yè)已成一片“紅?！薄?

如果說，普通消費級無人機常與飛鳥、白云和美景相伴；那么商用級無人機必須面對的情景則復(fù)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(yè)插上“千里眼”和“順風(fēng)耳”的難事。如耗時耗力的電網(wǎng)巡檢、物流配送、救災(zāi)應(yīng)急、農(nóng)藥噴灑等領(lǐng)域，都是它們施展拳腳的地方。也因不同行業(yè)的需求千差萬別，對無人機機型、控制、售后等要求也都完全不同，齊俊桐看到了智能無人機這條產(chǎn)業(yè)鏈上蘊藏的巨大可能性。

四川省雅安市蘆山縣發(fā)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(zāi)區(qū)。以往，搜救需要專業(yè)搜救人員分成幾組，挨家挨戶進(jìn)行人工排查，因搜索面積大，加上震后道路寸步難行，完成排查需要耗費較長時間?？蓪δ切┍焕У臑?zāi)民而言，每一分鐘都在和死神賽跑。

齊俊桐團(tuán)隊到了之后，先用救災(zāi)應(yīng)急的智能無人機飛到天上自動排查，“它能用自己的分析系統(tǒng)，直接判斷哪些房屋倒塌、哪里需要進(jìn)一步救援”，帶著智能無人機傳回的數(shù)據(jù)，救援人員的效率大大提高了，為更多災(zāi)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，并制訂出最小能耗的最優(yōu)躲避方案，來去自如。

齊俊桐解釋說，與人類一樣，智能無人機也有自己的“小腦”和“大腦”：“小腦”負(fù)責(zé)平衡穩(wěn)定，“大腦”用來感知和判斷周圍環(huán)境。

齊俊桐團(tuán)隊自主研發(fā)了自適應(yīng)飛控算法，將復(fù)雜環(huán)境感知的多傳感器數(shù)據(jù)融合導(dǎo)航技術(shù)和多余度、高可靠飛行控制技術(shù)及先進(jìn)控制算法融會貫通，“我們要讓無人機‘看到并判斷’周圍復(fù)雜的環(huán)境，還能自己找到回家的路?！?

在剛剛過去的農(nóng)業(yè)作業(yè)季里，齊俊桐團(tuán)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(qū)作業(yè)還比較輕松，一旦遇到梯田、丘陵等復(fù)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(huán)境產(chǎn)生更緊密的交互，要求無人機同時具備學(xué)習(xí)能力和數(shù)據(jù)分析能力?！饼R俊桐說，無人機需要不斷感知和學(xué)習(xí)周圍的新環(huán)境，根據(jù)地勢變化及時調(diào)整自己的導(dǎo)航裝置，始終與作物保持一定的距離，才能保證農(nóng)藥的噴灑精準(zhǔn)無誤。

智能無人機噴灑農(nóng)藥最大的好處，是把農(nóng)民從繁重的體力勞動和有害的作業(yè)環(huán)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(dá)到工業(yè)級別?！盁o人機噴藥不但不會破壞作物，而且風(fēng)吹后葉子翻飛，更容易給葉子的背面施藥，”在不斷地實踐中，團(tuán)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(nóng)田作業(yè)的功能，讓農(nóng)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(xiàn)。齊俊桐團(tuán)隊將物聯(lián)網(wǎng)云計算技術(shù)與自動化控制技術(shù)結(jié)合，研發(fā)了全國最大規(guī)模的空中無人化作業(yè)整體解決方案——“百思智云”云平臺。只需要在手機上劃定需要作業(yè)的范圍，無人機就能根據(jù)指令飛往指定區(qū)域完成噴灑。

齊俊桐認(rèn)為，無人機收集來的龐大數(shù)據(jù)擁有不可估量的價值。在今年4月至8月的農(nóng)業(yè)作業(yè)季期間，該平臺收到了超過8000萬條有效數(shù)據(jù)，涉及作業(yè)面積、作業(yè)次數(shù)、飛防時間、噴灑藥劑數(shù)量等內(nèi)容，“既可以為廠商、飛防（通過植保無人機對農(nóng)作物進(jìn)行噴灑藥劑，降低病蟲災(zāi)害的作業(yè)方式——記者注）團(tuán)隊提供大數(shù)據(jù)服務(wù)，還可以為相關(guān)監(jiān)管部門提供參考思路?！?

把人從枯燥勞動和艱苦環(huán)境中解放出來

在天津直博會上，齊俊桐團(tuán)隊展示的這套飛行控制系統(tǒng)，可成功安裝和應(yīng)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(jìn)行長距離、復(fù)雜環(huán)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(tǒng)人工巡檢需要人拿著望遠(yuǎn)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，還要能分析到底哪里存在問題和隱患，甚至能“伸出手”直接解決簡單的問題。比如對于輸電線路導(dǎo)線上外飄物隱患處理問題，傳統(tǒng)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(yè)，并在15分鐘～20分鐘內(nèi)快速清除外飄物。

給無人機搭載紅外測溫設(shè)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(yè)，工作效率提升了3倍?！斑@也對無人機系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，還有操作模式、流程提出了更高的要求?！蹦壳埃搱F(tuán)隊研制的智能無人機已在南方偏遠(yuǎn)地區(qū)開展電力巡檢作業(yè)。

這幾年，齊俊桐團(tuán)隊又自主研發(fā)了國際領(lǐng)先的改造技術(shù)，即對大型有人直升機進(jìn)行無人化改造，“畢竟重新設(shè)計一款飛機需要花費很長時間，我們干脆讓現(xiàn)成的直升機實現(xiàn)無人駕駛?！?

這相當(dāng)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(wù)。無人化改造的基本思路是沿用有人直升機的發(fā)動機、旋翼、傳動等主體結(jié)構(gòu)，通過對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造和電氣改造，再加裝飛行控制系統(tǒng)。這類智能無人機往往可以協(xié)助或代替人類開展森林防火、巡查、物流運輸、救災(zāi)搶險等工作。該團(tuán)隊已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)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，齊俊桐說，人工智能已經(jīng)改變了我們的生活、工作環(huán)境，“我們受惠于這種改變，并樂于投身其中，努力將人從枯燥重復(fù)的勞動中解放出來?！?

（記者 胡春艷 通訊員 靳瑩）

(編輯：鑫果）