無(wú)人自控與產(chǎn)業(yè)變局

記：老虎

齊：齊俊桐

齊俊桐，一飛智控（天津）科技有限公司創(chuàng)始人，曾是中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所最年輕的博導(dǎo)，現(xiàn)任天津大學(xué)機(jī)器人與自主系統(tǒng)研究所副所長(zhǎng)、教授、博士生導(dǎo)師，以及中國(guó)指揮與控制學(xué)會(huì)無(wú)人系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì)委員。

一飛智控（天津）科技有限公司，業(yè)內(nèi)簡(jiǎn)稱一飛，是一家專門(mén)研發(fā)無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)的公司，兼向客戶提供無(wú)人自動(dòng)控制的系統(tǒng)解決方案。

記：您怎么就干了這一行，后來(lái)怎么又想起下海創(chuàng)業(yè)了？

齊： 我從小就有飛行夢(mèng)，最愛(ài)玩的電子游戲都是飛行游戲。高中時(shí)空軍招飛行員，我特別想去開(kāi)飛機(jī)，結(jié)果視力不好被刷了下來(lái)。自己就想著既然當(dāng)不了飛行員，是不是該去研究飛行裝備？不過(guò)那時(shí)行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有無(wú)人機(jī)的概念。

高中畢業(yè)，我考取了天津大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，覺(jué)得這個(gè)專業(yè)應(yīng)該和飛行、控制有些關(guān)系。同學(xué)們畢業(yè)去的單位基本也都是西門(mén)子這樣的企業(yè)，以工業(yè)自動(dòng)化控制為主。我覺(jué)得所學(xué)知識(shí)還搞不了飛機(jī)，搞一般的工業(yè)自動(dòng)化控制又不是我的愛(ài)好，于是上大三的時(shí)候就去問(wèn)國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的搖籃——中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所。但得到的回答是：沒(méi)有無(wú)人機(jī)相關(guān)的研究方向。

特別幸運(yùn)的是，當(dāng)時(shí)我的導(dǎo)師正好從美國(guó)回來(lái)，他從事的是無(wú)人機(jī)領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)性的工作，那時(shí)國(guó)內(nèi)相關(guān)研究基礎(chǔ)基本是零。他問(wèn)我愿不愿意干。我同意了，特別堅(jiān)定，接著就是玩了命地準(zhǔn)備考試，進(jìn)沈陽(yáng)自動(dòng)化所時(shí)考了所里的最高分。

剛進(jìn)研究所時(shí)，還沒(méi)有現(xiàn)在流行的多旋翼無(wú)人機(jī)的概念。一開(kāi)始，我們只能用電動(dòng)模型直升機(jī)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)也是從其他項(xiàng)目中勻出來(lái)的。沒(méi)黑天沒(méi)白天地干。2006年，我們的無(wú)人直升機(jī)實(shí)現(xiàn)自主懸停，能自主飛航線了。從這以后才拿到各種項(xiàng)目。大概就是這么一個(gè)過(guò)程。

說(shuō)起創(chuàng)業(yè)，大環(huán)境方面，主要原因是無(wú)人系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)到了能夠產(chǎn)業(yè)化的階段。傳統(tǒng)科研單位適合從0到1出成果的研發(fā)過(guò)程。而科研成果從1到N的產(chǎn)業(yè)化，則更適于由企業(yè)完成。

沒(méi)太多別的原因，就覺(jué)得研究飛行控制特別好玩?？礋o(wú)人機(jī)飛起來(lái)就高興。

記： 2012年12月，有一架無(wú)人直升機(jī)實(shí)施空中架線，首次成功跨越了淮河。解決方案是不是您牽頭做的？

齊：對(duì)。這個(gè)架線項(xiàng)目當(dāng)時(shí)從屬于“皖電東送”特高壓交流輸電線路工程。當(dāng)時(shí)架線無(wú)人直升機(jī)的起點(diǎn)是安徽淮南市，跨越段全長(zhǎng)3 000多米，塔高約200米。

記：和傳統(tǒng)方式比較，無(wú)人直升機(jī)架線的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在哪里？

齊：傳統(tǒng)意義上，如果電力架線涉及跨江、跨河，甚至跨鐵路、公路，一般都要采取封航、封路等措施，有可能還要臨時(shí)征用農(nóng)民土地，對(duì)各方的附帶經(jīng)濟(jì)損失都比較大，一旦工期因此拖延，成本就更高。

如果淮河封航，每小時(shí)成本當(dāng)年就已經(jīng)達(dá)到了十幾萬(wàn)到二十幾萬(wàn)人民幣。而過(guò)去靠封航4-6個(gè)小時(shí)才能完成的任務(wù)，我們的無(wú)人直升機(jī)用29分鐘就完成了。沒(méi)有封航。節(jié)約了大量成本。

記：除了要保證無(wú)人機(jī)持續(xù)穩(wěn)定的飛行姿態(tài)，還有哪些技術(shù)難點(diǎn)？

齊：高空架線，說(shuō)起來(lái)很容易，仿佛就是讓無(wú)人直升機(jī)拖著纜線導(dǎo)引繩過(guò)河，把繩子搭到兩岸的電塔頂上就行了。實(shí)際上很難。架線作業(yè)完全靠無(wú)人直升機(jī)全自動(dòng)操作，而且需要一次成功，沒(méi)有演習(xí)的機(jī)會(huì)。

直升機(jī)不斷往前飛，導(dǎo)引繩越來(lái)越長(zhǎng)，繩子重量也越來(lái)越大，對(duì)穩(wěn)定飛行姿態(tài)的擾動(dòng)也必然加劇，實(shí)際在做變負(fù)載飛行。而且，電塔頂部寬度只有兩米多?？紤]到側(cè)風(fēng)影響，很有可能繩子搭不到塔頂上。解決辦法是，我們?cè)谥鄙龣C(jī)尾部裝上了攝像機(jī)，由它判定導(dǎo)引繩的擺幅情況，然后直升機(jī)會(huì)根據(jù)所獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整飛行姿態(tài)。

在直升機(jī)上我們還加裝了力學(xué)傳感器，一旦拖拽的繩子被意外卡住，隨著繩子變緊，直升機(jī)受力也就跟著變大。這時(shí)相應(yīng)數(shù)據(jù)就會(huì)通過(guò)傳感器傳遞給直升機(jī)。受力達(dá)到一定程度，伺服裝置就將啟動(dòng)，剪斷繩子，保障直升機(jī)的飛行安全。

當(dāng)時(shí)還有一個(gè)問(wèn)題，施工電塔邊上還有一條帶電運(yùn)行的平行線路，相距僅幾十米，可能對(duì)無(wú)人直升機(jī)的控制系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾。所以我們的飛行控制方案最終關(guān)注了兩方面，一方面是架線的技術(shù)，另一方面是抗電磁干擾的技術(shù)。

記：那次成功作業(yè)后，有什么心得？

齊：新技術(shù)還是會(huì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的變化。我們做所有事的目的就是希望用自動(dòng)化的設(shè)備，改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的作業(yè)模式。比如在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

記：您講講農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用吧。

齊：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)也是一飛重點(diǎn)關(guān)注的市場(chǎng)領(lǐng)域之一。2011年的時(shí)候，我們跟著科技部一個(gè)農(nóng)業(yè)信息化的考察團(tuán)，去新疆看聯(lián)合收割機(jī)、自動(dòng)播種機(jī)這些自動(dòng)化機(jī)械。但是農(nóng)業(yè)噴藥領(lǐng)域，自動(dòng)控制技術(shù)才剛起步。傳統(tǒng)機(jī)械噴藥，農(nóng)機(jī)一下地，作物要損失10%-30%。如果靠農(nóng)民人工噴藥，他們身上要穿防護(hù)服，同時(shí)還要被太陽(yáng)曬著，特別辛苦。當(dāng)時(shí)我就覺(jué)得，無(wú)人控制的自動(dòng)噴藥，是不是適合這樣的環(huán)境？而且當(dāng)時(shí)日本已經(jīng)用無(wú)人機(jī)去噴藥了，但有關(guān)技術(shù)對(duì)中國(guó)實(shí)施禁運(yùn)。我們下決心，要把噴藥這個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題解決掉。我們現(xiàn)在做的就是讓無(wú)人機(jī)噴藥越來(lái)越簡(jiǎn)單，越來(lái)越智能，讓人工操作越來(lái)越少。

現(xiàn)在播種機(jī)、收割機(jī)都有自動(dòng)化設(shè)備，不用人開(kāi)，用北斗衛(wèi)星實(shí)施導(dǎo)航定位。未來(lái)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)啥樣說(shuō)不好，有可能那時(shí)對(duì)著大屏幕種地就可以了。用什么專業(yè)設(shè)備，只需點(diǎn)一下屏幕。無(wú)人機(jī)完成任務(wù)后能自動(dòng)飛回來(lái)，加藥、換藥、換電池。

如果在有生之年能夠推動(dòng)一個(gè)行業(yè)的變革，我覺(jué)得是一件特別興奮的事兒。

記：這兩年，貌似農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)概念被炒得很熱，但成熟的無(wú)人機(jī)產(chǎn)品并不多。復(fù)雜地形、復(fù)雜氣候、不規(guī)則地塊……考驗(yàn)控制算法的研發(fā)實(shí)力。

齊：是的。從2013年開(kāi)始，極飛、大疆等業(yè)內(nèi)比較大的公司都開(kāi)始推出類似的無(wú)人機(jī)概念。但是真正的無(wú)人機(jī)元年，我認(rèn)為從2017年下半年才算開(kāi)始，農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)可以干活了。之前那段時(shí)間，業(yè)內(nèi)很多同行都有類似的感受，飛行控制技術(shù)還不算成熟，農(nóng)民也不接受。endprint

今年我們已經(jīng)能從后臺(tái)看到前方無(wú)人機(jī)的作業(yè)情況，而且也真的派出作業(yè)隊(duì)去實(shí)地干活。前年，一天噴藥最多200畝，大家已經(jīng)很累了，回來(lái)一算賬還是賠錢(qián)的。而今年在新疆，作業(yè)量已經(jīng)能夠達(dá)到800畝一天。飛行控制技術(shù)更成熟了，而且作業(yè)人數(shù)也在減少，800畝地只需一個(gè)人操縱無(wú)人機(jī)，能保證有盈利。

任何技術(shù)應(yīng)用都是由簡(jiǎn)單向復(fù)雜轉(zhuǎn)變的?，F(xiàn)在像在新疆這種大地塊作業(yè)，無(wú)人機(jī)控制幾乎沒(méi)有任何問(wèn)題。作業(yè)者只需在手機(jī)上劃出一個(gè)區(qū)域，無(wú)人機(jī)自己就把活兒干了。然而無(wú)人機(jī)畢竟要應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的環(huán)境。比如梯田，以及地勢(shì)有起伏的地區(qū)，這時(shí)就要依靠雷達(dá)、超聲、激光等傳感器，讓無(wú)人機(jī)能夠判斷高度，適應(yīng)地塊的走勢(shì)，這個(gè)問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)基本解決。

如今，無(wú)人機(jī)判斷前后方向的障礙，還存在一些瓶頸?，F(xiàn)在能做到10米開(kāi)外、10厘米大小以上障礙物的判別，還是比較粗糙的。雷達(dá)等傳感器還不能完全讓無(wú)人機(jī)避開(kāi)所有障礙物。細(xì)小一些的，如電線，無(wú)人機(jī)就看不到。

記：像突然出現(xiàn)的樹(shù)枝、電線，無(wú)人機(jī)靠什么判定它們？會(huì)不會(huì)影響到飛行作業(yè)？

齊：現(xiàn)在針對(duì)這些細(xì)小的障礙，無(wú)人機(jī)傳感器技術(shù)還有待質(zhì)的提升。但也無(wú)需過(guò)分擔(dān)心。無(wú)人自動(dòng)化控制技術(shù)沒(méi)有天花板，其他領(lǐng)域的技術(shù)成果可以快速借鑒引用，如無(wú)人駕駛汽車等技術(shù)。

現(xiàn)階段為了保證無(wú)人機(jī)能夠正常作業(yè)，可以實(shí)施人工干預(yù)，進(jìn)行補(bǔ)救。事先按一下記錄設(shè)備，把無(wú)人機(jī)暫時(shí)看不見(jiàn)的障礙物方位一一記錄下來(lái)。然后在規(guī)劃線路時(shí)，告訴無(wú)人機(jī)這里有障礙，基本就可以了。任何一種技術(shù)都體現(xiàn)這樣一種發(fā)展規(guī)律，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。無(wú)人機(jī)控制技術(shù)的思路沒(méi)有問(wèn)題。該解決的技術(shù)問(wèn)題，只要有需求，市場(chǎng)遲早會(huì)自動(dòng)解決。

記：所以核心還是飛行控制。貌似不少無(wú)人機(jī)的飛控算法都是開(kāi)源的。您對(duì)業(yè)內(nèi)現(xiàn)狀有哪些心得？

齊：各類開(kāi)源飛控，成本較低，廠商出整機(jī)產(chǎn)品也比較快，但人們往往只關(guān)注應(yīng)用層面的“開(kāi)發(fā)”，很少去研究底層代碼。出于通用性考慮，目前開(kāi)源飛控經(jīng)常號(hào)稱既適合固定翼飛機(jī)也適合旋翼機(jī)，實(shí)際功能定位其實(shí)很粗糙，底層冗余代碼特別多，占用了大量系統(tǒng)資源，影響整機(jī)性能。很多消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)活不下去，最大的問(wèn)題就是產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。采用某些開(kāi)源飛控，無(wú)人機(jī)飛炸了機(jī)，大家也找不著問(wèn)題出在哪兒。比較之下，做的比較好的企業(yè)，特別是在工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，程序代碼都是自己寫(xiě)的。

我們飛控程序的代碼都是靠自己一個(gè)字一個(gè)字碼起來(lái)的。堅(jiān)持下來(lái)，很有收獲。每一個(gè)代碼我們都能理解它的意義所在，對(duì)工作的理解也就更深更透。針對(duì)不同用戶的需求，我們改進(jìn)更新的速度就會(huì)非常快，一旦出什么問(wèn)題，做出的判斷也會(huì)非常準(zhǔn)。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)還是場(chǎng)馬拉松比賽，選手一兩年內(nèi)還不能分出勝負(fù)。

記：在無(wú)人機(jī)培訓(xùn)領(lǐng)域，公司有無(wú)考慮？

齊：我們做事的目的，就是希望技術(shù)能夠推廣。無(wú)人機(jī)，特別是工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)，產(chǎn)業(yè)鏈很長(zhǎng)，顯然只做產(chǎn)品是不夠的，沒(méi)有合格的人不行。已經(jīng)有一些單位在進(jìn)行飛手培訓(xùn)，讓他們知道一些基本的無(wú)人機(jī)操作知識(shí)。但針對(duì)不同行業(yè)的具體需求，實(shí)際還需要有二次培訓(xùn)，現(xiàn)在基本由作業(yè)隊(duì)、無(wú)人機(jī)廠商負(fù)責(zé)。目前，培訓(xùn)大部分都是依靠教練，就像10年以前駕校里“師傅帶徒弟”的模式，每個(gè)教練的尺度都不一樣，學(xué)員水平也就參差不齊。這是因?yàn)闆](méi)有客觀的檢測(cè)設(shè)備或檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

所以有廠商就跟我們提出了問(wèn)題，由我們負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)培訓(xùn)評(píng)估的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。就像現(xiàn)在的駕校，如果倒車時(shí)撞桿，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)判別不合格。無(wú)人機(jī)培訓(xùn)手段也類似，要做成程序化、標(biāo)準(zhǔn)化、可測(cè)量的、可追溯的，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。這樣也可以為將來(lái)人員培訓(xùn)提供技術(shù)保障。比如你操作的無(wú)人機(jī)在飛行的時(shí)候，我這邊就會(huì)自動(dòng)記錄飛行軌跡，并判斷最大速度是否過(guò)量……這些都要靠數(shù)據(jù)分析做出評(píng)判，是非常中立客觀的一套東西。無(wú)人機(jī)培訓(xùn)市場(chǎng)，“無(wú)人”，一定是未來(lái)的發(fā)展方向。

記：現(xiàn)在業(yè)內(nèi)有各種無(wú)人機(jī)的“云”概念，一飛的理解是什么？

齊：各類云概念出發(fā)點(diǎn)不一樣。比如，航管部門(mén)可能更重視監(jiān)管功能。我們干得更多的事兒是和業(yè)務(wù)相關(guān)的，更重視作業(yè)應(yīng)用。當(dāng)然我們通過(guò)云平臺(tái)，完全可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的雙向控制。一旦有無(wú)人機(jī)違規(guī)飛行，我能讓它降下來(lái)。

一飛幾年前就已經(jīng)開(kāi)發(fā)云平臺(tái)了。我們通過(guò)自己的云平臺(tái)，不但可以看到各類無(wú)人機(jī)在哪兒，更能實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)挖掘功能。每架無(wú)人機(jī)作業(yè)時(shí)都會(huì)回傳很多信息，速度、高度、震動(dòng)情況……我們就可以從這些信息中挖掘出很多有用的東西。比如，我們可以告訴客戶無(wú)人機(jī)的即時(shí)狀態(tài)，是否已經(jīng)過(guò)載，藥是不是加多了，是不是哪個(gè)螺絲松了，是不是該保養(yǎng)了。通過(guò)大數(shù)據(jù)，我們還可以知道哪些地塊需要噴藥，需要多少無(wú)人機(jī)與之匹配。噴藥速度、數(shù)量、濃度、效果等等，都一一可查。也就是從數(shù)據(jù)的角度發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值。

記：一飛的云平臺(tái)現(xiàn)在規(guī)模有多大？

齊：已經(jīng)有幾千架無(wú)人機(jī)在云平臺(tái)上運(yùn)行。將來(lái)的無(wú)人機(jī)，可能僅僅是數(shù)據(jù)終端而已。當(dāng)大家都能夠飛的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)才能帶來(lái)更大的效率和優(yōu)勢(shì)。和手機(jī)上的滴滴打車軟件道理是一樣的，手機(jī)連接成網(wǎng)，產(chǎn)生最大效益，讓打車人知道哪有出租車，讓出租車司機(jī)知道哪有需求。拿著100架無(wú)人機(jī)，不知道哪里有需求，是沒(méi)有意義的。反之，手里掌握需求，卻沒(méi)有無(wú)人機(jī)，也不行。通過(guò)云平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，最終就是要把這些信息融合到一塊兒，極大地提高整個(gè)產(chǎn)業(yè)的效率。

記：一飛為客戶提供無(wú)人機(jī)自主控制產(chǎn)品及解決方案，這期間收獲了哪些經(jīng)驗(yàn)？

齊：客戶的機(jī)型裝上我們的飛控設(shè)備以后，還要在我們這里完成測(cè)試。在這個(gè)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)客戶選擇的機(jī)型有的成熟，有的不太成熟，與客戶就可以進(jìn)行充分的溝通，了解他們對(duì)飛行器的需求。無(wú)形中，我們也積累了很多硬件方面的經(jīng)驗(yàn)，知道什么樣的飛行器構(gòu)形是合理的。幫客戶做事，給出建議，對(duì)我們而言非常值得。

記：一飛還把有人直升機(jī)改造為MQ-300這樣的無(wú)人直升機(jī)，體會(huì)是什么？

齊：目前，我們還是專注于控制系統(tǒng)研發(fā)的一個(gè)公司?，F(xiàn)實(shí)條件是，我們國(guó)情很復(fù)雜，一種機(jī)型不可能滿足所有的環(huán)境。在新疆這樣的大地塊，10斤裝藥量的無(wú)人機(jī)，可能飛不到地頭就得飛回來(lái)。而在丘陵山地，可能把大一點(diǎn)的無(wú)人機(jī)運(yùn)到地頭都成問(wèn)題。將來(lái)一定是不同載荷無(wú)人機(jī)并存的時(shí)代，這也是工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)相關(guān)研發(fā)的樂(lè)趣所在。所以，我們提供飛控產(chǎn)品和解決方案，還要注重適配不同的飛行器和客戶需求。endprint