當(dāng)夜幕降臨山城，上千架無(wú)人機(jī)從江面升起，在重慶的夜空勾勒出白鶴梁、巫山神女峰等震撼畫(huà)面。這場(chǎng)刷屏的視覺(jué)盛宴，究竟是如何精準(zhǔn)上演的？隱藏著怎樣的科技力量與藝術(shù)巧思呢？

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01  讓無(wú)人機(jī)跳起“集體舞”

無(wú)人機(jī)表演之所以能夠做到美輪美奐，首先要?dú)w功于對(duì)數(shù)千架無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)控制。這就像指揮一場(chǎng)盛大的交響樂(lè)，每個(gè)樂(lè)器都需要在正確的時(shí)機(jī)發(fā)出正確的音符，而表演中的每一架無(wú)人機(jī)，就是樂(lè)譜上一個(gè)精準(zhǔn)的音符。

精細(xì)化編程與圖形設(shè)計(jì)：從像素到藝術(shù)的蛻變

在無(wú)人機(jī)表演之前，編程設(shè)計(jì)師會(huì)提前將表演內(nèi)容轉(zhuǎn)化為三維動(dòng)畫(huà)模型，再通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件將其“切片”成數(shù)千個(gè)關(guān)鍵幀。這個(gè)過(guò)程就像將一幅巨畫(huà)分解成無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)小的馬賽克，而每個(gè)馬賽克代表一架無(wú)人機(jī)的燈光狀態(tài)和位置信息。

編程團(tuán)隊(duì)還需要考慮燈光顏色的漸變、圖案轉(zhuǎn)換的流暢性以及音樂(lè)與畫(huà)面的同步。例如，當(dāng)無(wú)人機(jī)群從“山茶花”圖案過(guò)渡到“輕軌穿樓”時(shí)，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算出最平滑的路徑，避免出現(xiàn)突兀的跳躍。這種對(duì)細(xì)節(jié)的極致追求，使得無(wú)人機(jī)表演不再是簡(jiǎn)單的燈光展示，而是一場(chǎng)真正的空中數(shù)字藝術(shù)。

人工智能算法：空中芭蕾的“智能編舞”

有了預(yù)先編排的程序，到正式表演時(shí)，人工智能算法就能化身經(jīng)驗(yàn)豐富的舞蹈編導(dǎo)。它能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的表演方案，為每架無(wú)人機(jī)規(guī)劃出最優(yōu)飛行路徑。例如，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)三維建模和路徑規(guī)劃算法，把上一步設(shè)計(jì)師創(chuàng)作的圖案分解成數(shù)千個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)，并為每架無(wú)人機(jī)分配專(zhuān)屬的飛行任務(wù)。

不僅如此，如果遇到突發(fā)事件影響表演環(huán)境，例如突然的陣風(fēng)，人工智能能實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，并微調(diào)無(wú)人機(jī)的飛行參數(shù)。這就像一位敏銳的指揮家，在演奏過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣氛調(diào)整節(jié)奏，確保整體表演的和諧與穩(wěn)定。

數(shù)據(jù)傳輸與通信：無(wú)人機(jī)的“神經(jīng)系統(tǒng)”

想象一下，數(shù)百甚至上千架無(wú)人機(jī)在算法的指揮下翩翩起舞，它們需要時(shí)刻與總控系統(tǒng)保持聯(lián)絡(luò)，即時(shí)接收指令。這就離不開(kāi)一個(gè)穩(wěn)定且高響應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)——它就像無(wú)人機(jī)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與每一架無(wú)人機(jī)保持連接，實(shí)時(shí)將飛行指令傳遞給每一個(gè)“細(xì)胞”。而系統(tǒng)能通過(guò)多鏈路備份和抗干擾技術(shù)，確保指令傳輸?shù)姆€(wěn)定性和同步性，避免信號(hào)丟失或指令沖突。讓無(wú)人機(jī)群即使在高樓林立或人群密集的區(qū)域也能保持高效協(xié)作。

02  應(yīng)對(duì)“舞臺(tái)”突發(fā)狀況

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前面已經(jīng)提到，在無(wú)人機(jī)表演過(guò)程中，總難免遇到外界環(huán)境帶來(lái)的突發(fā)狀況。這些突發(fā)狀況就像一場(chǎng)即興考試，考驗(yàn)著技術(shù)團(tuán)隊(duì)的應(yīng)變能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

城市空域“立體交通管理”

我們想象中的天空，是暢通無(wú)阻的自由空域。但實(shí)際在城市上空，空域也被納入了交通規(guī)劃。不但有各種空中交通航道，還存在各種禁飛區(qū)域。所以即使是無(wú)人機(jī)，也不能在空中隨意“占道”表演。

而無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的“電子圍欄”技術(shù)就是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵。雖然名為“圍欄”，但是這項(xiàng)技術(shù)其實(shí)不存在物理實(shí)體，而是內(nèi)置在無(wú)人機(jī)中的限制程序。它可以通過(guò)GPS定位，在空域中設(shè)置特定的限制區(qū)域，當(dāng)無(wú)人機(jī)靠近限制空域，電子圍欄通過(guò)發(fā)射信號(hào)，阻止無(wú)人機(jī)進(jìn)入禁飛區(qū)和限飛區(qū)。這就相當(dāng)于為無(wú)人機(jī)表演劃定了舞臺(tái)邊界，避免其與其他空中航線(xiàn)或禁飛區(qū)沖突。

避讓空中“不速之客”

飛鳥(niǎo)是無(wú)人機(jī)表演中最不可預(yù)測(cè)的因素。它們就像天空中的“原住民”，偶爾會(huì)闖入無(wú)人機(jī)的飛行空域。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)會(huì)提前在算法中加入鳥(niǎo)類(lèi)以及其他飛行物監(jiān)測(cè)與規(guī)避規(guī)則。

在表演過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)雷達(dá)或視覺(jué)傳感器監(jiān)測(cè)鳥(niǎo)群動(dòng)向。一旦發(fā)現(xiàn)有鳥(niǎo)類(lèi)接近，控制系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)局部避讓程序，指揮受影響區(qū)域的無(wú)人機(jī)稍作避讓?zhuān)B(niǎo)群飛離后再迅速歸位。這種靈活的策略，既保障了表演的安全，又體現(xiàn)了對(duì)自然生物的尊重。

遭遇極端天氣怎么辦

極端天氣是無(wú)人機(jī)表演中最大的變量。強(qiáng)風(fēng)、降雨、雷電都可能對(duì)表演造成影響。為了規(guī)避這些情況，表演方會(huì)動(dòng)用專(zhuān)業(yè)設(shè)備，對(duì)表演高度層（100~300米）的風(fēng)速、風(fēng)向、湍流、濕度進(jìn)行米級(jí)、分鐘級(jí)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)決策。

例如，在陣風(fēng)較大時(shí)可能降低整體飛行高度避開(kāi)強(qiáng)風(fēng)層，或減少無(wú)人機(jī)的大范圍橫向移動(dòng)，優(yōu)先保證集群的穩(wěn)定性和安全。當(dāng)監(jiān)測(cè)到即將出現(xiàn)雷雨、強(qiáng)風(fēng)等不可抗天氣時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)中止表演并下達(dá)撤離指令，所有無(wú)人機(jī)立即啟動(dòng)自動(dòng)返航程序，依據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)和航線(xiàn)，分批、有序、迅速地返回起降場(chǎng)，避免在撤離過(guò)程中發(fā)生碰撞。

03  提升“舞姿”的新技術(shù)

“開(kāi)幕”與“謝幕”——箱起箱落

早期的無(wú)人機(jī)表演，在開(kāi)始前和結(jié)束后，往往需要大量工作人員手動(dòng)搬運(yùn)、擺放、檢查每一架無(wú)人機(jī)，耗時(shí)耗力，且容易出錯(cuò)。而現(xiàn)在，箱起箱落技術(shù)讓這一過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單。

通過(guò)箱起箱落技術(shù)，無(wú)人機(jī)被預(yù)先集成在特制的、類(lèi)似貨柜的箱體中。表演開(kāi)始時(shí)，箱門(mén)開(kāi)啟，無(wú)人機(jī)像蜂群一樣依次自主飛出；表演結(jié)束后，它們又會(huì)按照預(yù)先設(shè)置的指令，精準(zhǔn)地飛回各自箱內(nèi)的卡槽中，自動(dòng)充電、待命。這不僅僅是省了人力，還意味著整個(gè)無(wú)人機(jī)編隊(duì)成了一個(gè)可以快速部署、快速轉(zhuǎn)移的智能整體，極大地提升了表演的機(jī)動(dòng)性和效率，也減少了對(duì)起降場(chǎng)地的苛刻要求。

更進(jìn)一步的技術(shù)甚至嘗試在移動(dòng)的車(chē)輛或船舶上，通過(guò)精密的引導(dǎo)和機(jī)械捕獲裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)在動(dòng)態(tài)平臺(tái)上的精準(zhǔn)降落與收納，這為在更復(fù)雜環(huán)境下的表演提供了可能。

續(xù)航能力，讓“表演”更持久

要支撐無(wú)人機(jī)群在空中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、復(fù)雜表演的關(guān)鍵，在于續(xù)航能力的全方位優(yōu)化。固態(tài)電池、石墨烯電池等新型電池技術(shù)的突破，讓無(wú)人機(jī)擁有更強(qiáng)勁更有耐力的“心臟”。不過(guò)，表演的持久絕非單一的電池技術(shù)突破，更是一場(chǎng)關(guān)于能量的“精打細(xì)算”。

首先，工程師們致力于為無(wú)人機(jī)“減重”，即大量采用碳纖維等輕巧卻堅(jiān)固的材料，并精心優(yōu)化其氣動(dòng)外形，減少飛行阻力。其次是“智能節(jié)流”，先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)像一位精明的管家，實(shí)時(shí)監(jiān)控并優(yōu)化著每一份電量的使用；而地面控制軟件在規(guī)劃成千上萬(wàn)條飛行路徑時(shí)，會(huì)智能地選擇最節(jié)能的航線(xiàn)，避免急停急轉(zhuǎn)等耗電動(dòng)作。

無(wú)人機(jī)在天空舞臺(tái)上越來(lái)越持久的表演，實(shí)際依賴(lài)這些化學(xué)、材料學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、人工智能算法技術(shù)方面的共同提升。

04  不止是跳舞那么簡(jiǎn)單

無(wú)人機(jī)表演只是無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用的冰山一角。在農(nóng)業(yè)、物流、測(cè)繪、救援等領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的“空中助手”。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，搭載多光譜傳感器的無(wú)人機(jī)可以快速監(jiān)測(cè)作物的生長(zhǎng)狀況，精準(zhǔn)識(shí)別病蟲(chóng)害區(qū)域。當(dāng)它們被用作施藥施肥的機(jī)器時(shí)，能有效提升作業(yè)效率和農(nóng)藥利用率，并顯著減少化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染。

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在物流領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)為“最后一公里”配送提供了新的解決方案。特別是在地形復(fù)雜的山區(qū)或交通擁堵的城市，無(wú)人機(jī)配送能夠跨越物理障礙，快速將貨物送達(dá)目的地。

無(wú)人機(jī)還被運(yùn)用于地理測(cè)繪領(lǐng)域，它們通過(guò)搭載高清相機(jī)和激光雷達(dá)等設(shè)備，能夠快速獲取大范圍地表的三維數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)測(cè)繪方式相比，無(wú)人機(jī)測(cè)繪成本更低、效率更高，還能深入人力難以抵達(dá)的危險(xiǎn)區(qū)域，為工程規(guī)劃和災(zāi)害評(píng)估提供詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

而在應(yīng)急救援場(chǎng)景中，無(wú)人機(jī)能夠有效突破地形與環(huán)境的限制，第一時(shí)間到達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)?shù)卣稹⒑樗茸匀粸?zāi)害發(fā)生時(shí)，無(wú)人機(jī)可以借助實(shí)時(shí)圖傳系統(tǒng)為救援團(tuán)隊(duì)回傳清晰的現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面，并執(zhí)行物資空投任務(wù)。面對(duì)高層建筑火災(zāi)，消防無(wú)人機(jī)能夠直接飛抵高空火點(diǎn)噴射滅火劑。比起傳統(tǒng)救援方式，這種應(yīng)用不僅大幅提升了救援效率，也更大程度地保障了救援人員自身的安全。

無(wú)人機(jī)表演是現(xiàn)代科技在低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的實(shí)戰(zhàn)演練，它不僅是夜空中絢麗的畫(huà)筆，更將成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的實(shí)用工具。

供稿單位：重慶科技館

作者介紹：CPU，科普作家。

審核專(zhuān)家：李春藜

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