现实无人机编队需要克服几个障碍

2019 年 5 月 7 日 无人机

搜救人员已经在使用无人机寻找失踪的徒步旅行者。农民们正用飞机在田野上空调查庄稼。快递公司很快就会用无人机把包裹送到你家门口。

爱荷华州立大学(Iowa State University)的一名研究人员表示，该技术有如此多的应用，下一步是通过部署无人机来扩大产能。但实现这一点并不像同时发射多架飞机那么简单。计算机科学助理教授Borzoo Bonakdarpour说，与遥控驾驶一架无人机不同，操控一支舰队需要一个自动化系统来协调任务，但允许无人机对天气、坠机或意外事件做出独立反应。

“操作系统必须可靠和安全。无人机需要在没有中央指令的情况下相互交谈，而不用告诉每个单位去哪里，以及当情况发生变化时该做什么。”“我们还想优化完成任务的时间和精力，因为无人机电池只能维持15或20分钟左右。”

为了解决这个问题，Bonakdarpour和他的同事们建立了一个数学模型来计算完成一项任务所需的时间和精力，这个模型是基于无人机和充电站的数量来计算的。该模型考虑了每架无人机完成任务并根据需要飞到充电站所需的能量。

理论上，对于一个计算机科学家团队来说，这个解决方案相对简单，但是Bonakdarpour说，从理论到实现并不容易。“当我们处理一个问题时，我们实际上会发现我们必须解决的新问题。这很有挑战性，但这也是它令人兴奋的地方，”他说。

例如，如果一块电池在实验室里可以持续15分钟，那么在室外的热天或冷天，它可能会下降到10分钟。另一个问题是确定充电站的位置。最优的位置可能是在湖的中央，在现实中是无法接近的。

管理能源和安全之间的权衡

加拿大麦克马斯特大学的Anh-Duy Vu以他们的模型为基础;加拿大滑铁卢谷歌公司的Ramy Medhat开发了四种操作方法——三种离线优化技术和一种在线算法。虽然离线技术是有限的，因为预先编程的飞行路径不允许无人机对意外事件或变化的条件作出反应，Bonakdarpour说，这为在线算法的运行提供了基础。

研究人员使用四架无人机进行了一系列的模拟实验，以测试无人机的效率和安全性。他们发现，在线算法成功地在无人机的能量限制范围内实现了安全与能源的权衡。舰队完成了所有分配的任务和超过一半的身份验证检查。研究人员最近在加拿大举行的网络物理系统国际会议上公布了这一发现。

防范黑客，流氓无人机

操作自动化的无人机机群会带来安全风险，但在遥控驾驶一架无人机时，这些风险就不那么重要了。Bonakdarpour说，自动化无人机需要经常接收GPS信号和定位。如果信号下降或者无人机飞到一个gps禁止的区域，这很快就会成为一个问题。

“如果你开车时丢失了GPS，你的驾驶技能并不依赖于那个信号。你可能会错过出口，但失去一分钟的信号通常不是什么大问题。然而，只有几秒钟的无人机是不能容忍的。

软件缺陷或错误可能导致无人机偏离航线，无法按照指令完成任务。博纳克达普尔说，黑客还可能发出错误的信号，或者操纵无人机来冒充舰队。虽然找到解决方案需要时间，但博纳克达普尔说，现有的技术可以实现这一目标。然而，建设基础设施和充电站，以及调整监管规定，以允许无人机编队运行，也需要行业支持。

来源丨InnovationToronto

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