看,天上都是无人机

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2019年10月09日 08:38:58
来源:虎嗅网

2年前,尚且当红的Lady Gaga在美国超级碗预热舞台上放声歌唱时,一位看表演视频寻找选题灵感的编辑部小伙伴突然来了一嗓子——“看,原来天上全都是无人机!”

就这一嗓子,让那段大约不到20秒镜头的无人机表演,彻底击中了当时本来是想围观Gaga姐的我等吃瓜群众的心。

神奇的是,如今我已经忘记Gaga姐当时穿了什么奇装异服,也不记得她当时唱了啥歌,但当时她背后天空中一闪一闪的无人机阵列却神奇地印在了脑子里。

以致于现在看大型晚会,假如舞台上有飘荡或一闪一闪的东西,我都会不自觉去琢磨它们到底是什么高科技?

看到空中飘着的东西了吗?那就是室内小型无人机,它们曾登上2019春晚的室内无人机表演,孙楠和张杰可以忽视

只是没想到,短短两年时间,无人机表演的观赏性和技术难度不仅提高了几个等级,市场规模也呈倍数增长,其受欢迎程度更是在新中国70周年国庆期间达到了新高潮。

“今年正好是新中国70周年,各地都愿意花大力气去举办活动,因此很多相关的公司都接单接到手软,机器和人手都不够用。”一位无人机市场调查人员告诉虎嗅,2018年无人机表演市场开始爆发,到今年有了急速扩大之势。

“2018年的市场规模按照披露的数据在2亿左右,2019年预计翻一番不成问题,但还需要等待年终数据。”

没错。从去年开始,无人机表演就已经从国内一二线城市向三四线城市下沉,成为许多城市举办重要节日庆典首选的节目。

无论是国庆还是春节,也许就在某个城市广场上的你,一抬头,可能首先就会发出“无人机表演技术这么牛了?可以摆出这么多新造型”的感叹:

再抬头,产生的第二个想法是:好有中国特色。大鹏展翅啥的,虽然看起来不那么高大上…但却莫名接地气儿。

三抬头,你也许会联想到更多…譬如,这效果怎么跟word文档里的土味艺术字有异曲同工之妙。

但第四次抬头……我突然想到了一个这样的问题:

那些年靠节假日赚钱的烟花市场,是不是会受到冲击……

果然,总会有一些旧东西,会不知不觉被技术给替代掉。

表演更加惊艳,全靠技术升级

“其实你仔细看,两年前那场超级碗上的英特尔无人机,仅仅是在空中停留,点亮了几盏灯,但是没有拼出很精准的造型,所以那时候表演的技术并没有现在好。”

中国无人机技术公司若联科技CEO金洁告诉虎嗅,虽然只有两年的时间,但当下无论是无人机编队的图案设计,还是在空中停留的精准度与稳定性,都已经取得了不小的进步。

“现在如果不能摆出有难度的造型,客户已经不能买账了。但即便是把时间延长几分钟,或者多一个空中造型,背后都关联着很多技术问题。”

譬如,我们对一场无人机表演好坏与否的评判,取决于空中图案的清晰度和实物还原度,这一点对应的最关键技术之一,便是“高精度定位”。

这是一项历史悠久且常见,但是却异常关键的技术类别。

小到手机的GPS,大到当下自动驾驶汽车的关键组成部分——高精度地图,都与这项技术有着直接关系。

“以我们前天刚在杭州西湖上做的水上表演为例,其中有一个叫‘大雁振翅’的图案很有挑战,因为编队效果从2D升级到了3D,这就表示无论是在空中摆布点位,还是点亮彩灯的时间控制,操作难度都大大增加。”

单这一个3D图案,意味着所有需要呈现“翅膀飞翔”效果的无人机必须要实现厘米级的定位精度,以及10毫秒内的灯光控制误差。

也就是说,你除了要保证每架无人机定位和移动速度可以精准控制,还必须让前者在10毫秒内跟灯光控制产生的误差进行同步,才能表现出“翱翔”这个动作。

在这里,有必要提一下跟他们合作开发高精度定位导航技术的瑞士科技公司Fixposition。

这家公司孵化于被誉为“欧陆第一理工高校”的苏黎世联邦理工大学(这个学校可能不太被人熟知,所以你可以这么理解,这是一所可以跟麻省理工、加州理工对标的名校,著名校友有爱因斯坦),主要在研发一种高精度低成本的卫星导航定位系统。

而在今年6月拜访这家科技公司时,他们也曾给我现场演示过,在巨大的风力作用下(当天风很大),如何通过新定位模块将无人机的起飞与降落位置的误差精度控制到2厘米以内。

而结果就是,在我两眼的紧密“监控”下,无人机起飞与降落地点放置的那枚硬币,在两个时间点与起落架的相对位置,只发生了 1 厘米左右的偏移。

看到那枚硬币了吗,眼见为实。在这里要提一嘴,瑞士被誉为无人机之国,拥有70多家无人机公司,在导航定位技术方面一直有强大的技术优势和人才输出优势。譬如,瑞士车载GPS芯片供应商U-blox,就是车载前装GPS芯片市场的隐形巨头,但是太低调了不怎么被外界关注

高精度定位的技术升级,当然不能解决所有难题。

譬如,当我问出“表演现场需要多少飞手”这个傻瓜问题后,金洁抚额表示无奈,因为对于无人机灯光秀的表演舰队来说,起到“领导统筹”作用的早已不是飞手,而是“集群控制系统”。

“300多架无人机,靠人的话就惨了。

现在是通过一台地面群控计算机,相当于大脑,通过自建的机器人专网对空中所有无人机进行指挥。

所以说,现场只需要一名工程师通过地面大脑启动整场表演,随后他的任务是观测每台无人机反馈给大脑的状态,并保持应急响应就可以了,哪有什么飞手。”

像他一样,把控场权交给机器,在很多工程师眼里,比人来得可靠。

但是,要做好这台机器,考验的却是背后人类群体的系统工程能力。

你可以把无人机灯光表演秀这样的大规模无人机动态性集体运动,看成一场复杂的战役:

在面对复杂的环境时,一支军队对于每个关键据点都要定时定点按照先后顺序攻克。与此同时,他们没有重来的机会,因此便需要准备无数个应急预案来应对突发情况。

“在室外的飞行表演中发生的无人机掉落事故至今都不少见,我们很多时候都会对一些表演的关键节点准备几套应急方案,但即便如此,也会有意外发生。

技术都发展到现在了,而我们自己乃至整个行业都绝不能说解决了无人机室外协同表演中出现的所有关键问题。”

仍未攻克的技术难题

无人机灯光表演按照环境的不同,可以分为“室内秀”与“室外秀”。

与飞行环境更为稳定的室内秀相比,你肯定不难理解,凹凸不平的地面,以及随时都可以来一场疾风或暴雨的外部环境会给无人机飞行造成怎样的冲击。

以这次在杭州西湖上的无人机表演为例,其实最大的挑战就来自于场地的地面环境。西湖新天地的大草坪作为起飞点,周围有好多树,这些树会对卫星定位信号的接收产生干扰;

草坪地势最大落差有近一米且地势不太平整,也给无人机起飞时的稳定性造成了很大的困扰;还有湖面起到了镜子的作用,也对无线电信号产生干扰。

这就是为何截至目前大部分室外表演秀的起飞现场,都会被选择在地势平坦、落差不大,且周边遮挡和干扰源较少的地方。

如果从吃瓜群众的角度来看室外无人机的技术挑战,那就是完全还原了一句玩笑话的字面意思:

让你分分钟体验什么是“祸从天上来”。

2018年5月,西安千架无人机在室外表演过程中曾出现重大事故——除了空中的图案出现诸多乱码,甚至在演出结束某家无人机公司准备回收机器时,被一些民众亲眼目睹了许多无人机直接垂直往下掉落的过程,“活像流星雨”。

这起事故曾被人民日报点名批评

通常来说,相比于室内秀受限于空间只能设计成巴掌大,且定位技术完全不同的轻巧型无人机,室外的无人机秀使用的无人机体积更大,而且由于盘旋在高空中,他们砸向地面的力度也更大。

当然,至今被报道的无人机砸伤人的案例仅与一些个人卖家的民用无人机有关,但这也说明无人机在室外飞行表演对于观众的安全性保障也提出了很高的要求。

有一个挑战,却让室内的飞行难度超过室外——

由于wifi、手机信号以及其他各种频段的无线电一起“挤”在空间相对狭小的室内,使得室内编队的通信网络技术挑战大大超过室外。

举个例子,室外能通过wifi电台,可以让100架无人机同时收到信号同时起飞。但是在室内,同样的wifi强度却基本上“唤不醒”同样的100架编队无人机。

因此,这就更加凸显了提升无线电技术抗干扰能力的重要性。

瑞士技术公司verity studios,应该是全球最好的室内无人机表演公司。开头2019年春晚上的孙楠、张杰唱歌时的无人机背景墙就是他们做的

说到这里,你已经不难发现,这些挑战涉及到了各个学科。

机械力学、空气流体、电子、计算机、通信、自动化……然而很少有一个人能通晓所有技术细节。

这就是实现一项系统工程为何会被人称作“具有史诗级难度”,但同时,这也是无人机作为一项系统工程的魅力所在。

而同样的道理也可以对应到无人车的研发工作上。

譬如,最先对自动驾驶汽车持反对态度的人恰恰是汽车工程师,不是因为他们不具备硅谷技术极客们的创新精神,而是他们早就看透了一项系统工程“牵一发而动全身”的本质。

认清现实都需要极大的勇气,何况要付出巨大的时间与资本代价。

相比于地面跑的水里游的,空中飞行的事故代价更大,因此容错率要小很多。一次飞行失败,无论是对于企业还是整个行业,付出的可能是一蹶不振的代价。

“无人机本身就是一个系统工程,然而要让一群无人机用于表演,还要让他们之间保持很小的距离前提下相安无事,那就是系统工程中的系统工程了。

因此,围绕着这样一个庞杂的系统,去攻克一个个跨学科技术难题,是当下国内乃至全球无人机编队技术进步路上最大的拦路虎。”

一场表演背后需要不同技术人员的支持

他提到公司做集群系统时,曾在很长一段时间里都没什么进展,因为为了打通无人机端数据、通信以及地面大脑之间的链路,内部各专业工程师时常被囚禁在“沟通都不在一个频道里”的专业壁垒中,更不用说还要打破这个壁垒。

“即便是现在整体编队的可靠性达到了一定高度,事故也不可能保证100%不会发生。因为使用的是民用技术,我们还无法保证系统能在严苛条件下稳定不出错。

而此前业内一些公司发生的表演事故,大部分事后调查原因是无线电干扰,其中就包括卫星定位系统的接受无线电和指挥控制的无线电技术。

但还有一些原因,由于存在太多学科知识点,连无人机研发公司自己也不一定能清楚。”

逐渐拥挤的市场,靠什么突围

尽管当下的无人机表演火到让很多公司的订单早就排到了节后甚至年底,但动辄50万以上的演出费用,使得无人机表演一直是少数客户的选择。

不过,随着演出场次的迅速增加,市场规模的扩大,有人预估行业内表演用无人机的保有量将在短时间内呈迅速上升趋势,与此同时,软硬件成本也会不断下降。

然而,这就意味着新对手会陆续入场,行业竞争将更加激烈,已经尝到市场甜头的无人机公司们是时候开辟“新航线”了。

“实际上,无人机表演的‘暴利’时期已经过去,目前整个行业价格一降再降,大家都在寻找满足市场需求与自我发展的平衡点。

但是你会发现,不可避免会出现同质化的内容,而且这个弊病已经愈加明显。” 一位行业人士认为,当下单一化的内容,特别是简单的文字拼接,已经越来越难让观众买账。

因此,内容IP的深度开发,或许将是无人机表演的“下半场”。

举个例子,每个城市和地区都有属于自己文化特色,就像杭州有西湖,西安有兵马俑,如果能把这些文化的差异通过无人机灯光秀表现出来,找到更能触及观众情感的表达方式,那么企业就能脱颖而出。

有趣的是,为了刻画出更为复杂且有温度的内容,相比其他行业,无人机行业从业者普遍对新技术的融合与应用有着更大的渴望。

譬如5G。

目前我们大多时候都把对5G技术的关注焦点集中在手机身上。但事实是,无人机公司比手机公司更早开始研究如何将5G技术用在无人机集群控制上。

因为集群的最大特点就是“团队作战”,那么每只无人机的信息交换自然是越充分越好,越及时越好。

但刚才我们就已经提到,无人机编队表演受到当前网络技术的极大掣肘。仅靠4G和Wifi还远远不能实现地面大脑与每架无人机之间、无人机与无人机之间大数据量、高频次和实时通信。

这就好比一个组织或公司内部,老板和员工,同事与同事之间不开会不交流,对信息的认知产生了严重不对称,那么最终工作能不能完成都是个未知数。

今年3月31日,中国联通曾在上海崇明岛做过一次5G工业无人机的中低空、超视距、高速飞行试验。这次试验最终被验证了5G在中低空覆盖、高速移动性、基站切换、边缘计算协同等方面具有更好的表现。

此外,国内5G基站肯定将首先在城市地区大面积部署,无人机表演恰恰为了“吸睛”和产生商业价值,往往又会把地点选择在人口密集区。

更契合的是,5G覆盖范围所触及的300米低空,正好是一场无人机表演的所需高度。

“5G肯定能在极大程度上解决目前无人机集群控制中普遍存在的通信网络难题,这对于无人机来说绝对是显而易见的好处。

但是,这又是一个需要跨界来完成的任务。” 金洁承认,目前还不能指望5G在当下的商演中真的派上什么用场,

“但是,你很难想象有了5G后,无人机的发挥空间到底会有多大,这绝不是多几个复杂的3D造型这么简单,说不定会革新整个无人机产业。”

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