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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    未來無人機的N個場景

                    2017-12-28 13:31:00

                      近年來,無人機技術的發展一直是一個熱門話題。人們對無人機寄予了諸多期望,如運送包裹、高空監測、追蹤野生動物……對于一門尚處于起步階段的新興技術而言,目前大多數無人機身型輕巧且成本低廉,但是,并不具備較高的智能化水平。不過在科研人員的不懈努力下,這一情況正悄然發生著改變。

                      “地圖小機”:自己會導航的無人機

                      當一架無人機在空中以60千米/時的速度飛行時,讓其計算規劃出行進的路線,其實并非易事。如今,在一種新研發的導航系統的輔助下,無人機可以實現邊飛行邊創建詳細的3D地圖。這一進步使其得以擺脫人類的操控,實現自我導航。

                      相關導航系統可使無人機像地面上的機器人一樣,在不熟悉的地方利用即時定位與制圖(SLAM)技術,自行尋找路線。同時,該系統還能提升無人機的空中監測能力。

                      無人機飛行期間,搭載的攝像機會拍攝下多幀圖像,導航系統通過拼接圖像可形成詳細的3D地圖。研發人員表示,無人機可以一邊以55千米/時的速度前行,一邊創建地圖。

                      以往,如果要創建地圖,需要在飛行后對無人機拍攝的視頻資料進行長達幾小時的處理。低效的圖像處理能力一直是較難突破的瓶頸。研究團隊最后采用原本為游戲研發的功能強大的快速圖像處理芯片,解決了這個問題。

                      在60千米/時的飛行速度下,導航系統創建的地圖分辨率達到30厘米/像素,樹木和建筑物都可以被清晰地顯示出來。如果降低飛行速度和高度,分辨率最高可達2.5厘米/像素,能顯示更多細節內容。目前應客戶的要求,相關系統已被用于繪制鐵路軌道上細微至6毫米的變化。

                      無人機上的超級智能平臺

                      所謂術業有專攻,無人機通常分工明確,各司其職,以應對各種不同場合的需要,比如有的用來監控農場,有的用來偵查野生動物,有的運送比薩等。目前,一種新型無人機憑借自身強大的智能水平,想把這些活全部包攬下來。

                      大多數無人機在設計之初都會明確某種特定的用途。但是,美國鹽湖城一家公司的想法卻與眾不同,把無人機打造成類似智能手機一樣,通過安裝各種應用程序來實現不同的功能。公司負責人從11歲開始就是無人機玩家,為無人機添加各式各樣的新功能一直是他的夢想和興趣所在。

                      公司最新研發的這款無人機,可以在飛行途中做出各種決策。為這款無人機提供智能增強軟件的,是一家曾為太空探測器開發導航技術的機器人公司。無人機可以通過多層人工神經網絡處理不同任務,比如解析照相機拍到的內容,選擇下一步的飛行路線等。

                      該款無人機預裝有3種應用程序。其中之一具有圖像識別功能,用戶能夠指示無人機對某個特定對象進行跟蹤;另外兩種應用程序分別提供飛行控制功能和競技游戲功能。研究團隊還計劃,今后為無人機增加更多功能,比如更好地躲避障礙,自動化導航等。同時,他們希望應用程序開發者能以該款無人機的智能平臺為基礎,為其創建更多的功能拓展,比如搜索營救或在將發生碰撞時主動避讓等。

                      這款產品是第一種搭載有強大處理器,能在飛機上直接運行機器學習軟件的無人機,它能快速及時地做出各種決策。這也是無人機向自動化飛行邁出的可喜的第一步。

                      無人機的“機海戰術”:快速機群編隊

                      如果無人機能夠組成機群相互配合工作,效率肯定強于一架無人機的單打獨斗。多架無人機執行協同任務,意味著可以在更短時間內覆蓋更廣的區域。比如,無人機群只需要6小時,就能繪制出阿爾卑斯山脈一座山峰的地圖。不過,機群編隊的移動需要極高的技巧。單架無人機躲避障礙物相對來說比較簡單,但是,如果是編隊飛行,實現起來則要困難得多。

                      新加坡科技設計大學和美國俄勒岡州立大學的研究人員合作設計了一種方法,使無人機群在最為復雜的環境之一——森林中,飛行時也能保持隊形。如果一組無人機群能成功穿越樹木林立的森林,意味著未來更多類似的機群將能飛往之前無法抵達的區域,執行繪制地圖和拍攝圖片的任務。

                      緊跟領航機是相關方法的基礎原則。領航的無人機被指定一個目的地,其他的無人機在躲避障礙的時候保持與它的相對位置不變。如果領航機因電量不足或碰撞而下降,機群會選出一個新的“隊長”。

                      像城市中的建筑物一樣,森林中樹木的枝葉也會阻礙機群與地面基地之間的通信,領航的無人機會從編隊的其他飛機中搜集數據,并不時飛到高空將圖像傳送回基地。

                      為對相關系統進行測試,研究人員開展了一次計算機模擬實驗。實驗中,8架無人機需要飛到一棵樹附近并占據好各自的位置。結果顯示,無人機群在抵達目的地后,很快依次分散開來,各就各位。研究人員表示,如果無人機能夠圍繞一棵樹木飛行而不發生碰撞,飛過許多樹木應該不成問題。不少人對相關研究充滿期待,盼望著無人機群能早日被應用于對人類難以到達地區的勘查工作中。

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