SGADC2019丨GAAS无人机自主飞行与分布式能力加持后的无人机操作

原创
05/27 16:50
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王汉洋介绍

北京泛化智能科技有限公司CEO,曾就读于加拿大滑铁卢大学。2015 年 6 月与好友共同创立北京泛化智能科技有限公司并出任CEO。2019年带领团队研发的开源产品——GAAS,在不到半年的时间里积累了超过35个国家和地区的使用者。2017年,荣获 OTEC北京赛区第一名,全国总决赛优胜奖。2018年,获评年度中关村雏鹰人才。

GAAS(Generalized Autonomy Aviation System) 是一套开源的无人机自主飞行软件平台,可为无人机提供包括:无 GPS 信号与外部通信时自主飞行、复杂场景降落、全局感知、全局跟踪、目标识别、3D 还原重建与 3D 路径规划/避障导航等自主飞行功能。

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无人机产业综述


先从无人机产业讲起,无人机是个小众的话题,对于很多人来讲,无人机是一个航模加照相机,其实无人机是一个比想象中大很多的领域。2018年全球无人机销量是240亿美元/年,销量大大超出我国麻小市场或者电影票房市场。在一般人看来,无人机是大疆或是航模,但对于实际产业界来讲,无人机已经深入到生活的方方面面。无人机跟互联网是一样的,最开始先在军用领域诞生,实际上爆发是在民用领域。

如何保证高压线路没有问题,一直以来是电网工作内容的重中之重。过去是人力拿望远镜去看,从2008年开始,开始用无人机做实践探索,下图是无人机真实航拍的电网铁塔销钉图。

风机体积大,一般用在人迹罕至的地方。过去需要开车载人拿仪器去看,一天一个班组只能检修一到两个风机,应用无人机后,一天能检修五到十个风机。可见无人机对实际生活中有重要意义,而不单单是航模而已。

虽然无人机市场很庞大,销量是240亿美元/年,但是93%的无人机仅用于航拍。93%的240亿美元的市场其实是一个会飞的照相机,并不是一个真正的无人机。无人机依然严重依赖人工操作,平均一架工业级无人机至少五个人的服务团队保障它。一架无人机需要先雇两个飞手、一个机械师,再雇一个地面站工程师。如果是特别复杂的环境,可能还要再雇一个路径规划师。在美国一个飞手的平均日薪甚至能高达 3000 美元,这是昂贵的,在中国飞手工资也不低,关键的是不一定能招聘到专业飞手。

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GAAS无人机自主飞行


国家电网一年对于飞手缺口是五千人,做GAAS的原因,是希望把无人机真正变成无人。GAAS 提供无人机自主飞行,将无人机从会飞的照相机升级成利用 3D 空间的机器人,以此加速无人机物流以及 VTOL 的到来。我们的目标是成为未来飞行器的基础设施。GAAS是一整套端到端的开源无人机自主飞行软件平台,有点类似百度的阿波罗,可以让无人机在完全没有飞手和外部通信情况下进行自主飞行,给大家举例几个简单的功能。

比如 Global Optimization Graph(GOG) 功能,用于从无 GPS 信号到有 GPS 信号的切换,适用城市内或者桥下等 GPS 信号不稳定或消失时的信息融合。室内没有GPS信号,无人机所有外部通信都是基于GPS,室内外切换的时候,无人机坐标系会出错。室内飞行时候用的是机身坐标系,室外飞行变成了世界坐标系,无人机会不知道自己在什么位置。Global Optimization Graph功能用来解决这个问题,我们做了多场景融合,把不同的场景结合到一起,让无人机在有GPS和无GPS情况下来回切换,这样可以帮助无人机在像物流或者巡检等领域避免飞行中突然炸机的问题。

基于视觉的无人机 SLAM功能为无人机提供避障以及实时的路径规划。Octomap 稠密地图使无人机看这个世界的实际效果。而且也支持多种仿真环境,帮助开发者加速开发。

基于视觉的无人机 SLAM,为无人机提供避障以及实时的路径规划


Octomap 稠密地图

支持多种仿真环境
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远程分布式摄像头


当开发者选择直接用软件做完整开发的时候,又迎来了一个新问题,采集数据怎么办。现在有一个硬件叫做图传,用于接收无人机回传的数据。传统图传就是接收设备通常和显示端在一起,一般使用有线连接且一个地面站通常只配合一套图传工作。地面站是笨重的设备,如果你有十架无人机,意味着要拿十个地面站行走,这是不现实的事情。

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仿真环境实际代码模拟


GAAS是一个开源的框架,在GitHub、码云Gitee主页上可以看到全部代码,主要有五个文件夹。为了帮助开发者上手GAAS,开发自己的无人机应用,也编写了一系列的教程,其中包括自主拼装无人机、熟悉GAAS、使用GAAS各项功能等。在Demo文件中,包含了教程所有的示例代码。在分论坛现场,演讲者对各个组件模块、新上线的功能进行了详细的讲解,还为参会者进行了在仿真环境中控制一个没有GPS无人机的定点飞行演示。GAAS用最大的诚意来帮助开发者去开发无人机应用,大家有兴趣的话,欢迎加入到开源社区。

GAAS是基于ROS开发的一个开源平台,ROS就是机器人操作系统,现在已经广泛运用在机器人相关的场景。目前已有的基于ROS无人机相关的应用和设备都可以与GAAS直接兼容。由于ROS本身具有相当程度的分布式能力,所以GAAS本身也是具有同样的分布式能力。

在分论坛现场,演讲者也进行了一个实际场景的演示,这个应用范围是一个无人机绕着房子来做一圈旋转,用机载摄像机对房子的外观进行采样。这样采样得到的视频图像信息就可以被用于这个房间进行3D建模。

现实情况下,我们完全可以对功能进行进一步开发,让它与华为分布式能力结合在一起,可实现通过手机来实时观看无人机机载摄像头的录像。并且进一步实现点击屏幕,让无人机飞到指定位置。这里需要强调下,使用传统无人机地面站是实现不了的,哪怕把无人机地面站做成一个App放到手机上,也依然无法实现这样的功能,但是使用GAAS就可以让这一切变成现实。

不难想象,我们有了远程分布式能力后,就可以在北京遥控在青岛、内蒙古,甚至在长白山的无人机,来让无人机替我们做很多事情。无人机加持远程分布式能力后,实现了飞手和无人机的脱离。这类技术对无人机而言意味着解放,今后很多场景可以用无人机去实现。

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GAAS与开源


GAAS是一个全球化的项目,虽然我们是一个中国团队,但是超过 70% 的开发者与访问量来自中国之外,有超过35个不同国家和地区的开发者使用GAAS。第一位开发者来自美国,第二位是中国大陆,第三位是欧盟,第四位是日本,第五位是印度。使用GAAS的开发者来自各行各业,基本上涵盖了国内外顶尖的高校、研究所、公司和一些独立的开发者,而且有35%的GAAS开发者是来自于航空航天领域,而非单纯的机器人和无人机行业。

GAAS选择开源后,在短短不到一年时间内获得众多开发者。换句话说,没有开源就没有今天的一切。GAAS有在GitHup和国内的码云两个平台做开源,建议国内用户使用码云来做开发,因为速度快。

地址:

https://github.com/generalized-intelligence/GAAS

地址:

https://gitee.com/gaasdev/GAAS

开源的好处是能快速得到全世界开发者的反馈,开源之后也可快速迭代项目,并且获得更多参与者。想要了解更多关于GAAS的信息,可访问网站https://www.gaas.dev,也可在GitHup、码云等网站搜索GAAS。

本文结合无人机技术的产业和市场规模提出了无人机的发展目标,还总结了远程分布式能力技术对无人机的意义。GAAS 致力于为无人机智能应用提供一个泛用的开发架构,可以让更多程序员和工程师更简单的为无人机编写程序和制作产品,为中国无人机技术的发展提供参考。

后续联盟会发布更多关于软件绿色联盟开发者大会开源与跨平台开发分论坛议题文章,欢迎持续关注本订阅号。


End




本文分享自微信公众号 - 软件绿色联盟(sgachina)。
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