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無人機(jī)整機(jī)
無人機(jī)配件
無人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具就像人類的團(tuán)隊協(xié)作一樣，當(dāng)多個無人駕駛飛機(jī)系統(tǒng)(UAS)協(xié)同工作時，可以覆蓋更多的地面。但要實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，UAS 必須能夠與彼此進(jìn)行溝通，并根據(jù)團(tuán)隊目標(biāo)進(jìn)行決策。
這是科羅拉多大學(xué)波爾得分校(University of Colorado Boulder)的技術(shù)研究人員多年來一直在解決的問題，副教授 Eric Frew 是這個項目的負(fù)責(zé)人。他們提出結(jié)合一個強(qiáng)大的無線通信網(wǎng)絡(luò)，一個操作接口，給飛行員提供監(jiān)視多個飛行器所需的態(tài)勢感知，以及一種非自治的算法。該算法使得無人機(jī)能夠做出本地決定，然后直接將這些決策傳送到彼此或集中地面站，然后分發(fā)信息。
今年夏天，F(xiàn)rew 和他的團(tuán)隊在科羅拉多州格里利附近的波尼國家草原上花了三周時間測試先進(jìn)的無人機(jī)技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們位于聯(lián)邦航空管理局(FAA)批準(zhǔn)的第一批飛行之列，由一名飛行員管理多架飛機(jī)。在測試飛行期間，飛機(jī)定位移動無線電信標(biāo)，然后跟蹤它們。
Frew 說，他們做了一些工作，讓單獨(dú)的飛機(jī)做出自己的決定，但是每個都知道這些決定是如何幫助它的隊友的。具體情況取決于場景或任務(wù)，如果他們提供一個通信網(wǎng)絡(luò)，拍攝目標(biāo)或使用無線電信標(biāo)來確定位置。無論哪種方式都允許他們彼此分享彼此的信息。這種類型的蜂群技術(shù)可以用于各種各樣的應(yīng)用，比如找到迷路的徒步旅行者和滑雪者，更安全經(jīng)濟(jì)地追蹤野生動物，預(yù)測嚴(yán)重的風(fēng)暴如強(qiáng)烈的龍卷風(fēng)等。
飛行測試
Frew 說，在今年夏天的試飛過程中，該團(tuán)隊同時飛行了三架固定翼飛機(jī)，以定位無線電信標(biāo)的位置。無人機(jī)的天線非常狹窄，只有對準(zhǔn)目標(biāo)才能探測到信號。飛機(jī)以一種可能的方式組織起來，以確定在環(huán)境中設(shè)置的不同目標(biāo)的位置。
該項目是與韓國大田市的公立研究型大學(xué)韓國科學(xué)技術(shù)學(xué)院合作完成的。韓國團(tuán)隊開發(fā)了控制算法來協(xié)調(diào)飛機(jī)，科羅拉多大學(xué)博爾德分校團(tuán)隊實(shí)現(xiàn)了算法并操作飛行 UAS。Frew 說，他們也開發(fā)了自己的算法，可以執(zhí)行相同的活動這不僅示范了蜂群，而且還表明有一種能夠進(jìn)行多種類型的蜂群式的操作或?qū)嶒炏到y(tǒng)。
在最近的測試中，多架無人機(jī)協(xié)同探測發(fā)射器，可以幫助第一反應(yīng)者通過手機(jī)信號找到失蹤的遠(yuǎn)足者或滑雪者，即使他們不在一個發(fā)射塔附近。
這項技術(shù)也可以用來更容易地追蹤野生動物身上的信號發(fā)射項圈，這是科羅拉多公園探索的興趣之一。該機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊的成員之一 Mat Alldredge 說，機(jī)構(gòu)還沒有達(dá)到這個技術(shù)的測試階段，但他們希望能盡快可以實(shí)現(xiàn)。
目前兩個團(tuán)隊正在溝通，讓他們了解單一和蜂群無人機(jī)的好處，并幫助他們找到可以省錢，同時又提高安全性和效率的方法。
Alldredge 和團(tuán)隊正在考慮的更簡單的應(yīng)用是監(jiān)測野生動物對農(nóng)作物健康的影響。部署 UAS 追蹤高頻信號來定位野生動物更加復(fù)雜，Alldredge 認(rèn)為可能會在幾年之后實(shí)施?，F(xiàn)在部署有人駕駛的飛機(jī)來完成野生動物調(diào)查，這可能非常昂貴，而且危險。飛機(jī)低飛到地面上幾個小時，讓研究人員數(shù)出這些動物并確定它們的種群大小。后續(xù)還能夠無限循環(huán)播放無人機(jī)視頻來驗證計數(shù)，對成本和節(jié)省時間都是巨大的好處。
Alldredge 說，「我們的飛機(jī)每周至少有一次飛到各種不同的研究中去聽 VHF 信號，并找出這些動物在哪里，是死亡還是活著。在一些項目中，我們每年都要重新捕獲動物，所以我們可能在空中有一架飛機(jī)試圖找到鹿。當(dāng)找到它們的時候，他們會用直升飛機(jī)和直升飛機(jī)來捕捉，所以很可能出現(xiàn)一架直升飛機(jī)為了找鹿，每天不得不飛行 10 小時。如果我們可以用無人機(jī)或無人機(jī)來定位并告訴直升機(jī)他們在哪里，就可以提高安全性和效率，并可能降低成本?！?
暴雨預(yù)報
內(nèi)布拉斯加州大學(xué)大氣科學(xué)副教授 Adam Houston 與 Frew 團(tuán)隊合作 10 多年。他對使用無人機(jī)和無人機(jī)群觀測大氣層感興趣，最終改善了惡劣的天氣預(yù)測。通過由 Frew 領(lǐng)導(dǎo)的國家機(jī)器人倡議項目，各大學(xué)正在調(diào)查無人機(jī)如何增強(qiáng)大氣建模。其中一個目標(biāo)是確定在具有產(chǎn)生龍卷風(fēng)潛力的超單元雷暴中或附近飛行的最佳位置，以收集改善這些模型并最終預(yù)測所需的數(shù)據(jù)。
Frew 說，用一群無人機(jī)研究龍卷風(fēng)周圍和周圍的環(huán)境將有助于氣象預(yù)報員了解空間上發(fā)生的事情，讓他們同時在不同的地點(diǎn)進(jìn)行多次測量。
Houston 說，「你擁有的飛機(jī)越多，你就能獲得更多的數(shù)據(jù)，而你所能覆蓋的區(qū)域越多，你越有可能改進(jìn)對這些風(fēng)暴的預(yù)測。飛來飛去是一件事，但是以協(xié)調(diào)的方式飛行又是另一個維度上必不可少的事。需要能夠在風(fēng)暴的道路上或在最理想地覆蓋需要被采樣的區(qū)域的風(fēng)暴中飛行，以改進(jìn)預(yù)測。有一些內(nèi)部的情報和協(xié)調(diào)對于最大限度地擴(kuò)大這一覆蓋率是很重要的?！?
無人機(jī)收集的數(shù)據(jù)與氣象氣球和國家氣象局使用的氣象站的數(shù)據(jù)相同，包括溫度、濕度和風(fēng)壓力，但不同的是信息收集的地方。無人機(jī)可以到達(dá)傳統(tǒng)方法無法到達(dá)的地方，在以前禁止進(jìn)入的大氣層中收集數(shù)據(jù)。它們可以在靠近風(fēng)暴的地方以針對性的方式運(yùn)作。如果在北達(dá)科他州有一場風(fēng)暴，我們就可以派飛機(jī)去風(fēng)暴，收集那些用來改進(jìn)預(yù)測的數(shù)據(jù)，而不必依賴固定的觀測平臺。
研究小組的重點(diǎn)是如何將基于無人機(jī)的數(shù)據(jù)插入到數(shù)字預(yù)測模型中。改進(jìn)的數(shù)據(jù)將使模型能夠更好地模擬風(fēng)暴的強(qiáng)度和路徑，使預(yù)測更有意義。
雖然 Houston 和他的團(tuán)隊已經(jīng)完成了在風(fēng)暴附近的無人機(jī)任務(wù)，并花了很多時間進(jìn)行其他相關(guān)研究，但他們還沒有測試過新的蜂群技術(shù)。他希望看到無人機(jī)在定期甚至是持續(xù)的基礎(chǔ)上對大氣進(jìn)行測量，以改進(jìn)用于預(yù)測的模型。無人機(jī)收集的圖像和視頻也可能是有益的，美國國家氣象局的成員們表示，獲得詳細(xì)的高分辨率圖像會讓他們更深入地了解嚴(yán)重的風(fēng)暴。
其他好處
無人機(jī)可以協(xié)同工作，快速覆蓋更多的地面，這是無人駕駛飛機(jī)的一大優(yōu)勢，特別是在搜索和救援領(lǐng)域，但也有其他理由可以考慮部署蜂群。例如，如果一個傳感器停止工作，或者其中一架合作無人機(jī)被損壞，那么操作員可以完成與剩余無人機(jī)的任務(wù)。如果用于任務(wù)的唯一無人駕駛飛機(jī)停工，情況就不是這樣了。
另一個好處是節(jié)約成本，這些不必是昂貴的無人機(jī)，運(yùn)營商可以投資三到四個系統(tǒng)，每臺成本約為 1000 美元，當(dāng)它們一起飛行時，功能和成本在 5000 美元到 10000 美元之間的更大的系統(tǒng)一樣。系統(tǒng)更小、更輕，這使得它們更容易運(yùn)輸和部署。
這項技術(shù)還提供了一個通用的解決方案。Frew 通常依賴于固定翼飛機(jī)，因為他的大部分研究出于各種各樣的原因，包括更長的耐力和飛行范圍，而這個群算法可以在任何平臺上使用。
Frew 創(chuàng)建的群算法還在發(fā)展中，團(tuán)隊一直在尋找提高它的方法。一種方法是通過云計算，F(xiàn)rew 設(shè)想與無人機(jī)實(shí)時交互。例如，如果無人機(jī)正在從風(fēng)暴中收集信息，氣象學(xué)家就可以同時運(yùn)行風(fēng)暴模擬預(yù)報模型，并使用無人機(jī)的測量數(shù)據(jù)來確定哪種模式最接近他們所觀察到的。不管應(yīng)用程序如何，操作人員無法在飛機(jī)上運(yùn)行這些模型，但其他團(tuán)隊成員可以在實(shí)驗室中運(yùn)行它們，并允許無人機(jī)在飛行時訪問。
團(tuán)隊還在研究最終通過云層操縱飛機(jī)?！负苋菀自趯?shí)驗室找到一種算法，它可以共享信息并做出復(fù)雜的決策，但是當(dāng)你把它放在真實(shí)的飛機(jī)上時，你就會意識到在通信鏈路上丟失了多少」，F(xiàn)rew 描述了開發(fā)這項技術(shù)的主要挑戰(zhàn)之一。「如果我部署了一組無人機(jī)去找一個丟失的徒步旅行者，他們就會定位那個徒步旅行者，如果他們沒有向搜索和救援小組提供這些信息，他們就沒有完成他們的工作，因為這些信息可以拯救那個徒步旅行者。信息必須在正確的時間回到正確的位置」。
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