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設(shè)備與工具
2016年被業(yè)界認(rèn)為是植保無人機的元年，植保類農(nóng)業(yè)機械成為了國家農(nóng)機購置補貼政策重點支持對象，而且由于農(nóng)村勞動力的長期性短缺，未來5年也將是植保無人機的快速滲透汽。2016年全國植保無人機預(yù)計在10000架左右（有一部分是政府及其他相關(guān)部門做展示，并沒有真正在飛），2017年預(yù)計新增長15000架，共計達(dá)到25000架，未來植保無人機市場將達(dá)到千億級。
現(xiàn)在市面上存在的植保無人機企業(yè)有幾百家，但是大多都是系統(tǒng)集成商，即不具備自主研發(fā)飛控、電池、電機、電調(diào)等配件的能力。而飛控系統(tǒng)作為無人機的“大腦”，可以算作植保無人機最核心的技術(shù)之一，并且飛控的質(zhì)量直接影響到無人機的穩(wěn)定性和可靠性。
消費級無人機行業(yè)的進(jìn)入壁壘降低主要得益于飛控技術(shù)的開源化、主要零部件的通用化。雖然工業(yè)級無人機飛控也有開源的趨勢，但是消費級無人機更像是手機，而工業(yè)級無人機則類似于汽車。工業(yè)級飛控需要經(jīng)過更加嚴(yán)苛的測試，在功能和壽命方面都有更高的要求。國內(nèi)可生產(chǎn)成熟的行業(yè)無人機飛控的企業(yè)僅有不到10家，而只有掌握了核心的飛控技術(shù)，并根據(jù)實際的市場需求進(jìn)行功能開發(fā)，才有可能在未來的市場競爭中穩(wěn)得一席位。
今天上午，無人飛行器及周邊產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)公司 無距科技 在沈陽舉辦了發(fā)布會，推出了針對農(nóng)業(yè)植保類無人機的整套飛控解決方案。其中就包括了搭載在多旋翼無人機上的THEONE-A飛控系統(tǒng)，搭載在單旋翼無人機上的THEONE-AH飛控系統(tǒng)。
THEONE-A飛控
THEONE-AH飛控
無距科技CEO蘇文博告訴36氪，行業(yè)級無人機首先要解決的就是飛行的安全和穩(wěn)定性，一臺植保無人機的售價在5萬元左右，如果炸機情況頻出對于客戶的損失是非常大的。目前植保無人機基本上是由人來操控，且在視距內(nèi)作業(yè)，可以人為控制無人機繞過障礙物。不過隨著植保無人機越來越智能，無人機需要擁有環(huán)境感知能力，從而自主避障。無距科技為發(fā)布的兩套飛控系統(tǒng)加入了雙目自主避障和仿地飛行系統(tǒng)。但無距科技并不是第一個做出嘗試的廠商。在無距科技之前，極飛發(fā)布了融合雙目避障和地形視覺模塊的“天目”，并應(yīng)用于極飛最新發(fā)布的P20 2017款植保無人機上，拿到了“首個擁有感知能力的植保無人機”的頭銜。據(jù)悉大疆也可能在新一代植保無人機中加入視覺系統(tǒng)。但不可否認(rèn)的是，擁有環(huán)境感知能力將是植保無人機未來發(fā)展的必然方向。
雙目避障系統(tǒng)主要是通過高清攝像機拍攝幀速足夠高、清晰、分辨率高的圖像，并借助足夠小而性能強大的處理器來分析每幀圖像中是否存在障礙物。不過想要實現(xiàn)實時精確避障對數(shù)據(jù)的計算能力要求很高，為此無距科技優(yōu)化了3D解算算法，并使用了更適用于大數(shù)據(jù)量、移動視覺應(yīng)用的FPGA作為感知運算平臺。蘇文博告訴36氪，他們的雙目視覺避障系統(tǒng)計算的最高幀率達(dá)到了46幀每秒，實時性完全滿足實際應(yīng)用中的避障要求。具體可以識別20米內(nèi)，水平52°，垂直40°視場內(nèi)的樹枝、電線等大小的障礙物。無距科技用于仿地飛行的雙目傳感器鏡頭則是朝下安裝在無人機上，可以感知52°*40°的視場內(nèi)的物體和相機的距離，并通過自研的算法計算出適合飛機作業(yè)的最佳高度。除了提高安全性，配備的雙目自主避障和仿地飛行系統(tǒng)還會使得無人機擁有可靠的夜間作業(yè)能力，理論上可將農(nóng)業(yè)植保無人機的8小時作業(yè)時間延長到24小時。
針對農(nóng)業(yè)植保無人機有可能遇到的塵土、農(nóng)藥沾到鏡頭上，影響精度的問題，各家廠商也有不同的解決方案。無距科技表示其雙目模塊位置可安裝在無人機任意位置，避開無人機風(fēng)場。同時模塊內(nèi)部算法內(nèi)置了自檢測功能，如果有農(nóng)藥沾在鏡頭上影響其工作，地面站會接收到提示。極飛此前發(fā)布的“天目”視覺系統(tǒng)采用了“風(fēng)簾阻斷技術(shù)”來保證鏡頭清潔。
在其他避障技術(shù)路線方面，超聲波避障其實是一項非常常見且成熟的技術(shù)，基石keyshare無人機就采用了超聲波避障技術(shù)。但是超聲波有效距離僅為5米，且對非平滑的固體物探測能力有限，顯然不適于植保無人機復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。若使用紅外線或激光測距避障技術(shù)，需要避免光波干擾，比如太陽光直射、反射等，也有很大局限性。
除了雙目避障和仿地飛行系統(tǒng)，這兩款飛控同時還具備實時在線雙冗余分析評估功能。此前零度推出的雙子星飛控就曾在系統(tǒng)內(nèi)集成了兩套獨立工作的MC、GPS、磁羅盤，當(dāng)主控設(shè)備出現(xiàn)意外時，從空設(shè)備會自動接管對飛行器的控制，提供多重安全保障。蘇文博告訴36氪，此前見到的具備雙冗余功能的飛控多使用的是兩套同構(gòu)的傳感器和控制方法，即是起到了安全備份功能。無距科技此次使用了兩套異構(gòu)的傳感器和控制方法，結(jié)合自研的多傳感器融合算法、系統(tǒng)故障自主分析識別算法和硬件結(jié)構(gòu)多項優(yōu)化，使得飛控同時具備了安全備份和自診斷能力。作業(yè)人員可以對無人機飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時讀取和比對，并將異常數(shù)據(jù)通過地面站告知飛手進(jìn)行準(zhǔn)確及時的處理，從而減少了無人機因故障造成的炸機概率。
蘇文博強調(diào)此次發(fā)布的是一整套解決方案，除了對飛控本身硬件和算法的優(yōu)化外， 無距科技還推出了具備飛行數(shù)據(jù)收集、監(jiān)控、分析功能的無人機大數(shù)據(jù)融合應(yīng)用平臺。 目前這個大數(shù)據(jù)平臺的標(biāo)準(zhǔn)版是通過專用的數(shù)據(jù)通訊鏈路，實時采集無人機飛控各類數(shù)據(jù)指標(biāo)，通過Android移動終端地面站上傳植保作業(yè)數(shù)據(jù)。再通過PC端地面站，將飛行歷史log日志上傳到大數(shù)據(jù)平臺。
蘇文博表示對于農(nóng)業(yè)植保行業(yè)，客戶最關(guān)心的其實是作業(yè)的效果，這是可以通過飛行和作業(yè)數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)給客戶的。這個大數(shù)據(jù)平臺可以實時監(jiān)控任意多架無人機的飛行軌跡，并基于飛行大數(shù)據(jù)對飛行質(zhì)量進(jìn)行客觀的預(yù)測、評估和分析，客戶還可以基于大數(shù)據(jù)平臺對飛行數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和積累，對無人機進(jìn)行在線的一鍵調(diào)參，縮短了批量產(chǎn)品同時上線的周期。而且這個大數(shù)據(jù)平臺會作為增值服務(wù)對客戶免費開放，僅收取客戶所需的流量費，其終極目的還是在于提供完整的解決方案，突出作業(yè)的優(yōu)勢性，促進(jìn)飛控產(chǎn)品的銷售。
蘇文博告訴36氪，搭載在農(nóng)業(yè)多旋翼無人機上的THEONE-A飛控系統(tǒng)報價為9999元，在同類產(chǎn)品中處于偏高水平，未來在多旋翼農(nóng)業(yè)植保無人機飛控市場預(yù)期可以達(dá)到20%的占有率。搭載在農(nóng)業(yè)單旋翼無人機上的THEONE-AH飛控系統(tǒng)報價為19999元，在單旋翼無人機飛控領(lǐng)域具有較強的性價比優(yōu)勢，預(yù)期在未來可以占據(jù)較大的市場份額。這兩款飛控已于去年中出貨給了20多個無人機廠家，共計幾百套，同時已有廠商進(jìn)行了回購。
雖然植保飛控方案率先推向市場，無距科技同時也在進(jìn)行工業(yè)級無人機飛控的研發(fā)。蘇文博表示應(yīng)用于物流、巡檢、安全方面的工業(yè)級無人機飛控的計算能力將更強，同時具備三冗余功能。
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