除了灯光秀，无人机能做的还有这么多！

奇点科学杂志

2024-10-14 17:30发布于重庆科技领域创作者

无人机驾驶员已经成为一个新型职业。

近两年，无人机灯光秀频频出现在各种大型活动中，呈现出的视觉效果也越来越震撼。在刚刚过去的国庆假期，奇点同学被各地精彩绝伦的无人机灯光秀表演刷屏了！

天津

天津泰达航母主题公园的灯光秀。图源：奇小点

重庆

重庆欢乐谷的无人机灯光秀。图源：两江新区官网/重庆卫视

深圳

深圳的无人机国庆启幕大秀。图源：Shenzhen Channel

9月26日在深圳湾公园上演的无人机国庆启幕大秀还创造了两项吉尼斯世界纪录：“最多无人机组成的空中图案”和“单台电脑控制最多无人机同时升空”。这次表演总共启用了10,197架无人机，所有无人机全部由同一台计算机控制和调度。

超万架无人机如同一个个训练有素的演员，以天空为舞台，以夜色为幕，走位灵活，卡点准确。科技与艺术的结合带来了极具震撼的效果。

工作人员在布置无人机。图源：Shenzhen Channel

可编程的LED灯

无人机中的LED灯是灯光秀表演的主角。要在灯光秀表演中呈现出绚丽的图案，LED灯必须能发出各种颜色的光。灯光秀无人机的LED灯通常采用了RGBW四色设计。

红（R）、绿（G）、蓝（B）是光的三原色，通过调节这三种光的亮度，就能得到其他各种颜色的光。无人机LED灯中有红、绿、蓝、白4种光源，其中的控制芯片可以对不同光源的驱动电流进行控制，进而调节它们的亮度，使无人机呈现出不同的颜色。用于灯光秀表演的LED灯之所以额外增加了白色光源，是因为与RGB颜色模式相比，白色能使LED灯的颜色更加亮眼，更加适合远距离呈现。

能够变色还不够，LED灯必须具备在特定时间点改变颜色的功能。这是通过编程实现的。

除了能够调节光的颜色，控制芯片还像一台微型电脑，能够处理、存储和执行计算机程序。计算机程序通过控制芯片，决定了不同光源的电流信号的变化过程，从而决定了颜色的变化。

无人机蓄势待发。图源：Shenzhen Channel

卫星定位系统

灯光秀表演中使用的无人机大多是四旋翼无人机。当4个旋翼的速度升高时，无人机就可以上升；当速度降低时，无人机就可以下降。当各个方向的旋翼速度不同时，无人机就会偏斜。通过旋翼之间的速度差，无人机可以实现位移。

为了能够准确、及时地出现在指定位置，无人机必须掌握位置信息，卫星定位系统不能少。但是，单靠卫星定位系统是不够的。因为卫星定位系统的数据有误差，会使无人机的位置出现数米的偏差。

因此，在表演前，工程师还会在地面上架设一个基准站，为无人机的定位提供校准数据。

简单来说，这个基准站既能够获得卫星定位系统提供的位置数据，本身还掌握一套标准空间坐标数据，它能计算出标准数据与卫星定位系统数据之间的偏差。

无人机在接收卫星信号后，会根据地面基准站提供的差值，对卫星定位数据进行校准，从而得到更精确的位置数据，将定位精度提高到厘米级。

无人机的内部。图源：Pexels

要让无人机按照设计师的要求完成编排并不容易。在三维空间中，数以千计的无人机必须相互配合，步调一致。灯光秀通常还需要音乐加持。也就是说，无人机编队还必须紧跟音乐的节奏，像舞蹈演员一样。

能不能通过编程让每一台无人机都能“记住”自己的走位和动作，然后将这些经过学习的无人机组成表演编队？理论上来说，这是可以的。

但这种方法的缺陷是，在空中进行表演时，无人机有可能遇到各种状况，比如风、不稳定的定位信号，甚至突然闯入的小鸟。如果无人机各自独立运行，一旦一架无人机出现偏差，与其他无人机发生碰撞，就会引发连锁反应。

因此，工程师更常采用的方法是，对无人机编队进行统一规划。在表演之前，每一架无人机的飞行路径、移动的时间点、灯光的颜色和顺序，以及相互之间的距离和队形都通过复杂的算法提前规划好。这些程序全部储存在地面计算机中。

在表演时，地面计算机会像总指挥一样对所有无人机进行实时调控。根据时间线以及无人机传回的实时数据，计算机中的中央控制系统会将指令实时发送给每一架无人机，告诉它在何时、何处做出什么动作或灯光变化。

如果出现意外的状况，地面计算机将进行统一规划，调整不止一架无人机的运行指令，帮助整个编队完成表演。

对于每一架无人机来说，它们的主要任务就是接收来自中央控制系统的指令并执行。每台无人机都拥有内置的飞行控制器，能够将中央控制系统下达的指令转换为可执行的动作，比如改变每台旋翼的功率，从而使无人机飞行到指定位置。

送货

很多人都体验过无人机配送的咖啡，目前全国多地已经开通了无人机配送航线。除了咖啡，无人机还能运送各种货物，并实现准确投递。由于需要承载货品的重量，很多用于配送货品的无人机是八旋翼飞行器。

铁路勘测

在轨道交通中，一条新线路在施工、铺设前，工程师需要在大范围内进行地质勘测，掌握翔实的地理数据，以便设计、选择出最佳的线路方案。无人机无疑能够从高空视角更快、更便捷地获取数据。在长距离的地质勘测中，续航能力更佳的固定翼无人机更适合。

灾后搜救

通过搭载红外成像仪、高清摄像机等设备，无人机能够在灾情发生后，更快速地发现伤者。此外，在道路中断的情况下，无人机还能完成物资投放的任务。如果出现通信中断，无人机还能发挥临时基站的作用。

根据《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》，自2024年1月1日起，民用无人驾驶航空器的所有者在飞行前必须为所属无人机进行实名注册登记，无论无人机属于什么类型，重量是多少。

如果想操控无人机飞行，包括小型、中型、大型民用无人机，还需要先获得无人驾驶员执照。作为一名合格的无人机驾驶员，除了要能够操控无人机，还需要能够维修它们。

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