揭秘无人机灯光秀表演“乱码”

这个“五一”节的一场千架无人机秀，让西安再次成为“网红”城市。许多人在尖叫原来西安也可以如此高大上的同时，纷纷惊叹无人机竟然还可以这样玩！

当然，高科技下的无人机也有“不听话”的时候。由于表演中的一段失误，这场无人机秀的科技问题也引来社会各界的极大关注、讨论和争议。

无人机的原理到底是什么？无人机是如何在空中“写字”、“作画”的？一千多架无人机上下翻飞变幻的过程，在高空是如何实现的？一般的无人机灯光表演会出哪些问题？有哪些原因可能导致无人机的表演“乱码”？

带着这些大众极度关注的问题，作为一名“科技控”的百理君，专门请教了研究飞机设计的西北工业大学航空学院副教授袁昌盛老师。

西北工业大学在我国无人机研究领域有着“鼻祖”的地位。早在60年前的1958年，西北工业大学就研制试飞了我国第一架无人机。当时，全世界的无人机研究也才起步不久。

1995年，西北工业大学被国务院发展研究中心确认为中国最大的中小型无人机科研生产基地，并入选“中华之最”。

从此以后，在国内凡是谈到无人机研究话题，没有比西北工业大学再权威的机构和技术力量。也正是因为这个特别的背景，2016年前后，京东在全国做了一番比较后，决定将自己的无人机研究中心选址西安。

今天的西北工业大学，不仅拥有无人机领域国内唯一的无人机特种技术国家级重点实验室，同时也挂牌无人机系统国家工程研究中心。西北工业大学在该领域的发言权由此可见一斑。

无人机灯光秀主要靠轨迹

据袁昌盛老师介绍，无人机灯光秀用的是四旋翼无人机，本身飞行控制能力很强，可以前飞、后飞，可以悬停，可以平移，可以向任何方向调整自己的位置。无人机在空中呈现图形，并非像显示屏那样把每架飞机当做一个像素点，靠不同颜色的变化来呈现图形，而是每架飞机必须要飞到指定的位置才能调整灯光。所以需要事先编好每架飞机的飞行轨迹和位置，包括对灯光的控制。这些都是通过计算机来实现控制的，需要事先编好程序。

无人机控制飞行靠指令

“四旋翼无人机靠调整四个旋翼的速度，来控制和实现在空中的各种动作。旋翼转速快了就上升，转速慢了就下降。若四个旋翼的速度不一样，就会产生倾斜朝一边走，从而产生平移。这需要协调控制，要求很高，否则就会翻跟头。”袁昌盛老师介绍，每个无人机上都带有一个飞控系统，这是它的核心控制系统。尽管从地面基站发来的行动指令很简单，但要具体实现每个指令，都需要飞控系统对四个旋翼的速度进行精准控制才可以做到。

“不撞机”是无人机表演的最大难点

那么如何保证那么多飞机不发生碰撞？这是飞行控制的难点和重点，要求事先把航路规划好。每架飞机的飞行路线都要通过地面基站规划和计算好，不能有交叉，有交叉就会撞。地面基站就是控制中心，相当于计算系统加通信系统。在地面基站和无人机之间，可以用无线电来通信，也可以用4G或5G信号来联系。4G或5G信号相对于无线电来说带宽更宽，可以容许大量的通信。

上海一家做无人机灯光表演公司的负责人时先生也表示，无人机灯光表演首先要有飞得稳且能定得准的导航和控制系统，其次要有一套一台地面站能够与多台无人机通信且能够对每一台无人机发送不同指令的数据链，再次就是表演过程中无人机运动路径的规划技术。此外还有灯光，这是几个最关键的环节。

手机信号太多，有可能影响无人机和基站通信

据了解，大型无人机灯光表演出问题、故障，可能性大概有以下几点：

一是定位系统。这和卫星有关系，需要定位得非常准确才可以。如果定位系统出了问题，比如GPS丢星，无人机就可能找不着自己编队。无人机架次越多，出问题几率就越高。

二是通信系统。大量的无人机和基站之间是要有通信的，这样才能知道每架飞机往哪儿飞，轨迹怎么规划，当前到达什么位置。若通信信号中断，无人机就会找不到自己位置。

三是飞行器本体问题。比如无人机自身电力不足，飞不动了，控制不了自己的姿态了，就会出现偏移。

而多架次无人机同时出问题，就可能是通信系统出问题了。一般来说，市区无线电信号本身就很杂乱，互相干扰。现场观看的人多，人人都有手机，这对无人机和基站之间的通信会有影响，但不是太大。因为无人机有专用无线电频率，是要避开民用频率的。不过，现场手机信号和无人机信号频率虽然不同，若手机信号特别多、流量特别大，就会使现场无线电环境特别差，这就好比所有道路全堵了，再好车的车也跑不动。

当然，程序或者计算机出了问题，也会导致发生意外。不过，这种可能性相对比较小。

5月1日晚西安的无人机表演“乱码”到底是什么原因导致？是不是受到了所谓的人为干扰？目前官方尚无明确说法。

无人机灯光秀表演 ，规模越大成本越高

袁昌盛老师介绍，无人机灯光秀是近几年才开始的，因为四旋翼飞机出现也就只有十来年。现在有公司专门做大型无人机灯光秀表演，表演的规模越大，成本投入也越大。因为，首先要有很多无人机，其次要有地面基站，还要有技术团队和创意团队。除了技术上有难度，资金投入也不小，公司经济实力得足够才能做得起。

据了解，上海某公司对无人机灯光秀的报价是：基础表演30台飞机起，每台1万—1.5万元。表演时间根据具体气候风速而定，一般是10—15分钟。

四旋翼无人机能干的事会越来越多

袁昌盛老师表示，四旋翼无人机发展前景越来越广阔，其潜力越来越大，成熟度越来越高。灯光秀只是视觉比较震撼，以后四旋翼无人机能干的事也会越来越多。比如，物流公司可以用它送货；在救灾、火警现场可以用它进行人员搜救；可以用它实现空中无线电接力；交通监控、交通疏导也可以用它，它可以带摄像头感知路况，把信息反馈到交通指挥系统，然后交警部门就可以根据实时路况信息进行更好地疏导；此外还曾有公司计划用无人机送药或送血清，可以在交通堵塞时很快将救命物品及时送到，以更加及时地抢救病人。

“随着人们对四旋翼飞机的认知越来越深，它将来功能会越来越多。我感觉，无人机将来的应用领域会越来越多，越来越贴近人们的日常生活。这就和互联网的运用一样，随着人们对它的挖掘越来越多，将来用途会越来越广。” 袁昌盛老师说。