by James Huang 

15 8 月, 2020

無人機表演

這些年無人機帶給人們最大的改變,無非就是空拍應用上的進步,但無人機科技發展速度其實早已超出你的想像。一項以跳脫原有框架的無人機科技與傳統煙火藝術結合的無人機表演應用陸續在世界各地綻放,國內也在今年無人機表演應用上有重大的突破,那麼無人機表演幕後到底怎麼操作及能帶給國內什麼樣的新氣象呢? 

以下將帶您一探究竟........


無人機表演序幕 The beginning

無人機表演的名稱為「Drone Show」,又稱為「無人機燈光秀」,史上首次的無人機表演是在2015年,由Intel英特爾公司在德國漢堡的機場跑道上以100台無人機搭配交響樂團,開創了前所未有的表演型態。在2018年,Intel英特爾公司更進階使用了2018台無人機,以360度無死角呈現出美麗的地球儀,完成首次的3D無人機表演。


無人機表演概念

無人機群集表演的概念其實就是類似動物界集群的行為表現,目的是通過相互合作提高群體利益,形成互利關係;無人機集群技術源於自然、源於生活,就像自然界「蜂群」飛行一樣。

近幾年無人機行業開始強勢發展,造就無人機群演事業崛起,無人機表演在世界各地不知不覺中成為了流行的表演方式,不僅能夠滿足人們的視覺享受,還可以取代煙火表演達到零排放量響應環保需求。

無人機群飛表演是一種高科技的整合應用,最一開始無人機集群是由大量不同類型的無人機所組成,每架無人機都是一個獨立的系統,彼此間透過無線網絡方式與地面站進行信息交互。近幾年科技演進,最終實現無人機群體的管理、群體間任務的分配、群體航跡規劃及單一無人機航跡規劃造就成今日的無人機群飛表演。

無人機表演

華麗光影背後的硬技術

#四旋翼無人機

四旋翼無人機具有優異的飛行控制能力,可以向任何方向調整自己的位置,單台無人機飛行控制是實現無人機群演飛行的基礎

四旋翼無人機

#三維建模技術

每架無人機的飛行軌跡一旦確定,飛行中將不再改變,考慮到飛控系統的誤差,無人機之間需保持一定距離。因此必須事先編好每架無人機的飛行軌跡和位置,包括對燈光的控制。使用電腦軟體根據畫好的圖型進行三維模型計算,把畫面轉換成無人機的運動路徑,然後轉換成無人機行動指令遠端傳送給每一架無人機。

#通信系統:令牌環網技術

地面上的電腦根據模型計算出每台無人機的路徑數據,單純靠點對點通信技術肯定無法負擔如此龐大的數據,到底該怎麼傳送數據信號給無人機呢?   答案就是令牌環網技術(區域網路接入方式的一種)

無人機表演中無人機動作整齊劃一,好像同時在受到控制一樣,事實上只有一台無人機接受到行動通信指令,每一台無人機都會自動判斷並接收自己的行動指令,這行動指令相當於「 令牌」,同一時刻只有拿到「令牌」的無人機有權利跟電腦通信,其他無人機則待命,因此「令牌」在無人機之間快速傳遞,確保每一台無人機都有機會跟電腦通信上。

無人機表演-令牌環網

#RTK差分定位系統

一人操作,無人機編隊精準定位、自主安全飛行,這是一切技術的基礎

有賴於高精度的RTK差分定位技術為每架無人機提供厘米級精準定位差分定位技術其實也是一種GPS導航技術的應用,工程師在地面上架設一個GPS基準站,GPS基準站會有該表演場地的準確空間座標,將測量到的GPS座標進行差分計算,把誤差傳送給無人機,無人機則根據收到的誤差資訊對自己的位置進行編位,沿著自己的路徑規劃動作。

#位置信息共享

設定一台無人機作為主機,其餘皆為副機,主機負責接收地面站電腦的控制信息並進行解算,把規劃路徑中每一台無人機的位置通過遠距離通信模塊傳送給副機,當副機接收到主機的位置信息後會自己選擇各自的飛航計畫並向其飛行,實現所有無人機的路徑統籌規劃。

#一台電腦.一位駕駛.實時監控

普遍大眾的印象中,無人機是通過遙控器或者手機進行操控,因此邏輯上即使有百台無人機也是百人操縱對吧;事實上,有在關注無人機表演訊息的朋友可能會發現,現場其實只有一台電腦及一位操控員。現階段有專門為無人機表演開發的智能操控系統技術,透過數據計算能力進行實時監控,操作員就像合唱團的指揮手一樣,指揮百台甚至千台的無人機群飛。

無人機表演

每一次飛行都是挑戰

每一次飛行表演的內容、位置、場地、天氣及空域環境都不同,看似簡單的幾分鐘精彩飛行表演,實際上在模擬階段的時候已經進行了數億個情境模擬,並經過無數次的試飛測試,最後現場試飛、調試、優化和彩排,以適應當地各種複雜的環境因素。

從最初集合籌備,勘探飛行場地,空域申請,腳本策畫,無人機調整到最後多次彩排測試才能在表演的時候讓現場觀眾體驗那精彩的視覺盛宴。


無人機表演MIT :Made In Taiwan

去年2019年屏東燈會幸運邀請到Intel英特爾公司來臺演出無人機表演,正式開啟國內對於無人機表演的認知。在此同時,國內其實也有一支新興的無人機團隊正在無人機表演領域發展,這支團隊為Taiwan Drone 100臺灣希望創新

「Taiwan Drone 100」為南臺科大電子系李志清教授聯合南台灣四所大專院校(南臺科技大學、實踐大學、高苑科技大學、長榮大學)所組成的無人機團隊,從去年2019開始進行無人機量產及群演計畫,於2019年3月底在台南安平大鯨魚完成100架無人機群飛表演,更於2020年在嘉義故宮南院完成400架無人機群飛表演的挑戰,從零組件設計、程式軟體編寫、無人機組裝等,全都由團隊自行設計,實現了真正的「無人機表演MIT」,展現出本土無人機群飛展演的實力,期望創造出專屬於臺灣的無人機群飛藝術並推動無人機產業發展。


國內無人機產業發展:從教育開始

「Taiwan Drone 100」團隊除了研究無人機群飛與開發之外在無人機教育及無人機飛手培育上更是不餘遺力,結合目前國內無人機產業界專業的飛隼科技及翔隆航太成立「無人機教育中心」,建立一個培養無人機領域師資的平台,讓下一代從小接觸無人機領域教育,向下紮根進而帶動國內的無人機產業發展。

無人機教育

結論

總而言之,一場精彩的無人機表演幕後,凝聚了許多專業工作人員與合作夥伴的共同努力與協同合作,其中包含包括無人機硬體量產,軟體系統設計,通信設計,表演腳本策劃設計,現場勘場等等,加上無數次的測試及彩排,隨著無人機數量越多,建置的成本也相對提高,在表演上困難度也增加,對於工程師來說辛苦絕對是加倍的,慶幸國內目前也有這樣的團隊在默默努力,希望藉由他們的力量能有效推動無人機產業發展,縱使在國內無人機專法的規定及限制下,也要盡全力取得相當的磨合及平衡點,期待臺灣無人機產業也能有自己的一片天。


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BY DronesBoy無人機男孩/James

Last Updated on 2020-09-10 by James Huang

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關於作者James

James是一名勞力上班族,由於對無人機非常熱愛,在休假之餘努力自我培養無人機相關能力,創辦DronesBoy無人機男孩網站幫助初入無人機領域的新手們,在短時間內獲取成為無人機飛手應具備的知識能力。一心只想專注於價值的付出,希望透過網站實踐自我理念並傳遞正向價值觀,人生很短,抓緊每一刻,認真得做自己想做的事。

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新北雙和區中小學校無人機推廣活動

本站將與新北市雙和區學校計畫合作,針對青少年學齡進行無人機教育推廣活動,召集有教育及推廣熱忱的飛手參加

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社團法人台灣無人機育才發展協會

以推動全國全國青少年學齡無人機教育及無人機飛行娛樂融入家庭為宗旨,建立國內無人機人才培訓平臺與推廣國際同型組織交流活動,衷於無人機發展始於啟發興趣並從教育根本做起的基礎精神,期待台灣無人機發展可以有所突破!!

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  • 一直很想了解無人機玩起來是什麼感覺!
    整個設備看起來超級專業的~~
    但隨著玩無人機的人越來越多~
    感覺可以試一下

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