浅未来航行

2017-11-02 00:53老虎
航空知识 2017年8期
关键词:飞控架线直升机

老虎

天津滨海新区。于家堡。终点到达。接我们的车拐了几个弯,进了一飞智控(天津)科技有限公司的大门。办公楼拐角空场上,一台不算小的四旋翼无人机正在进行地面测试,嗡嗡嗡,却引而不发。周围是几个二十来岁的小伙子。

风和日丽的好天儿。陽光从树顶漏下来,叶子绿到透明。只有一种声音,反而显得安静。

风起

早先,在航展上看到过一飞的作品。那是一架从有人直升机改装而来的大型无人直升机,唤作MQ-300。没有了人工驾驶,也就不再受“人”的牵绊,无人直升机就能做很多有人机做不了的事。当然,实现这一切有个基本前提——无人机“大脑”的“智商”要基本达标,能满足任务要求。

一飞就是专门为无人机造“大脑”的公司。公司成立于2015年,他们生产的无人机“大脑”——飞控设备,已经为多家企业用户的无人机提供服务。

在公司二楼,我们见到了一飞的创始人齐俊桐。他曾是中科院沈阳自动化所里最年轻的博士生导师。除了处理公司业务,目前他还担任着天津大学机器人与自主系统研究所的副所长、教授及博导。

七七八八,听过很多关于无人机执行通用航空作业任务的消息。其中之一:2012年12月19日,在“皖电东送”特高压交流输电线路工程施工中,一架无人直升机牵引着导引绳由南向北跨过淮河,成功将导引绳安置在分立两岸的线塔上。被誉为“咽喉工程”的淮河大跨越工程位于特高压输电线路起点安徽淮南市。无人直升机跨越段全长近3公里,塔高约200米。当时这个团队的技术负责人就是齐俊桐。

传统意义上,如果电力架线施工涉及跨江、跨河,甚至跨铁路、公路,一般都要采取封航、封路等措施,有可能还要临时征用土地,对各方的附带经济损失都比较大,一旦工期因此拖延,成本就更高。齐俊桐介绍,施工单位对此很头疼,曾经尝试用飞艇、动力伞或者有人直升机实施空中架线,但效果和经济性都不太令人满意。

高空架线,说起来很容易,仿佛就是让无人直升机拖着导引绳飞过河,把绳子搭到塔顶上,万事大吉。但事实上,随着导引绳长度不断延伸,其重量在不断变大,对稳定飞行的扰动也必然加剧。架线无人直升机实际在做变负载飞行,控制好飞行姿态很难。这点和挂载固定设备的那些航拍、巡检作业有本质不同。还有,电塔顶部能够承纳线路的部分,其宽度只有两米多,考虑到侧风影响,很有可能绳子搭不到塔顶上。

最终,年轻人们在无人直升机尾部装上了一个摄像机,由它判定导引绳的摆幅情况,然后直升机会根据所获得的实时数据自动调整飞行姿态。因此最终的飞行场景和大部分人的想象不太一样,无人直升机的作业航路大致位于电塔的斜侧上方,而不是它们的正头顶。

作业无人直升机上还要加装力学传感器。一旦导引绳在施放过程中被线轴、电塔等物体意外卡住,这时直升机越往前拽,绳子就越紧,直升机受力也就越大,严重时可能出事故。遇到这种情况的话,相应数据会通过传感器传递给直升机,一旦作用力大到一定限度,伺服装置就将启动,剪断绳子,进而保障飞行作业的安全。齐俊桐说,类似的应急手段还有很多。

解决办法最终出炉,需要综合各种技术因素。“当时还有一个问题,施工电塔边上还有一条带电运行的平行线路,相距仅几十米,可能对无人直升机的控制系统产生电磁干扰。所以我们研究了两方面,一方面是架线的技术,另一方面是抗电磁干扰的技术”,齐俊桐说。

这次跨越淮河架线成功,是新技术向传统领域扩展的经典案例,让项目施工方也尝到了甜头,他们很快把这种作业模式固定下来,逐步推广。

云涌

一飞的员工都很年轻。在一楼,我们看到了正在等候调试的一架MQ-300无人机。这种无人机,比前些年执行电力架线作业的那种可大多了。据说已经有客户对MQ-300产生了兴趣。脑补了一下机头加上光电球的情景。如果加上短翼,能挂载火箭,或许也将是不错的选择。其实像美军的RQ-8“火力侦察兵”无人直升机,就是在施韦泽(Schweitzer)333型有人直升机基础上改装的。

暂时放下“军民融合”的遐想,回到技术原点。网上提供所谓“无人机”配件的商家比比皆是。现在市面上无人机公司也不少,但造出的东西到底好不好用,核心还是飞行控制问题。国内很多“无人机”,配备的大多是各类开源飞控,成本较低,出整机产品也比较快,但人们往往只关注应用层面的“开发”,很少去研究底层代码。出于通用性考虑,目前开源飞控经常号称既适合固定翼也适合旋翼,实际功能定位其实很粗糙,底层冗余代码特别多,占用了大量系统资源,影响整机性能,也给后续改进埋下了不少“地雷”。这样造出的“无人机”,很难承担条件复杂、强度较高的外场作业任务,甚至可能出现“炸机”等极端情况。有可能无人机已经摔得稀里哗啦,甚至造成了事故,人们却根本找不到原因何在。

决定四肢的永远是“大脑”。不管业内如何评述现阶段“无人机”市场的各种乱象,无人机未来发展的竞争高位依旧是程序,是算法,是飞行控制率。这就是为什么国内做得比较成功的几家无人机公司都已建立了自己的飞控研发团队。

一飞团队对市场行情自然也有自己的体会。齐俊桐认为,一飞目前还是要主攻飞行控制系统,为客户提供系统的解决方案,提升客户整机的技术水平。把有人直升机改装成无人直升机,实际上也是以飞控作为突破口,业务思路不会发生根本改变。

一飞主干团队研发飞控起自2004年,那时甚至连公司都还没有注册,市场上也没有近年才流行的“开源”概念。齐俊桐说:“我们飞控程序的代码都是靠自己一个字一个字码起来的。坚持下来,很有收获。自己码代码,每一个代码我们都能理解它的意义所在,对工作的理解更深更透。针对不同用户的需求,我们改进更新的速度就会非常快,一旦出什么问题,做出的判断也会非常准。”

办公区有一大块电子显示屏。屏上一个个光标在地图上移动着,代表着一架架作业中的无人机。年轻人们通过一飞研发的云平台,不仅可以看到无人机在哪儿,而且可以通过后台程序直接监管其工作状况。以一飞关注的精准农业市场为例,通过平台传回的实时数据,年轻人们就可以分析无人机的工作状态,进而及时沟通客户,给出对应的指导建议。此外,每架无人机都会回传很多信息,这又兼顾了数据库的完善。

浅未来

能看得见的未来,姑且称之“浅未来”。在野外,同事拍摄到一架测试中的多旋翼无人机。作为空中机器人,无人机显然会更“聪明”,更接近于“人”。人工智能的发展,到底会把无人机变成啥样,是作业多面手,还是大数据终端?谁也说不好,但有些趋势已经出现。春江水暖,乱云飞度。潜心做事者,看得长远,走得长远。

回程仔细看了于家堡车站的设计,居然充满科幻感。未来已来,是为记。endprint

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