无人机和激光雷达能否成为黄金搭档

2018-11-25 10:53 次阅读

占据一辆无人驾驶汽车成本40%的激光雷达,以精准和无死角的空间探测能力,成为是无人驾驶领域不可或缺的存在。

但和汽车相比,似乎激光雷达在无人机上更有用武之地:成像精度要求不高、行动自由范围大、成本更低、应用领域广泛。

无人机和激光雷达能否成为黄金搭档

更重要的是,与传统的无人机摄像头相比,激光雷达不受光线限制,在任何光线条件下效果都不错。原本需要大量人力物力搞定的测绘工作,激光雷达飞一飞,分分钟就能完成。

听起来,激光雷达和无人机,完全可以组合出道成为科技圈新的“流量担当”。事实也正是如此。

那么,激光雷达如果上了天,是否就所向披靡了呢?不妨跟着我们一起来思考。

激光雷达上天现状:为地球加特效的神仙cp

为无人机装上激光雷达,可以说解决了一个人类自古以来的执念:怎样才能站得更高、望得更远?

激光雷达最初就是由美国国家航空航天局于上世纪70年代开发的太空探索工具。1971年阿波罗15号所绘制的月球表面地形图,就是由早期的激光雷达仪器来完成的。人类甚至还发明了卫星这种可以从太空俯视整个地球的大杀器。

但视野变大了,使用成本也变得极其高昂。 于是,又将主意打到了无人机身上。

原本无人机的摄像头只能摄录平面数据,再合成地图。但激光雷达的应用,让它对复杂环境的立体感知成为可能。

通过激光雷达传感器,无人机可以向地面发射激光脉冲,通过回波讯号来精准检测距离和平面高度,从而进行三维立体构图。更重要的是,很多人类难以抵达的地方,无人机都可以轻松搞定。

左手无人机,右手激光雷达,于是,一个强悍且成本低的“空中之眼”诞生了。

2016年,美国国防部旗下专门研发军事用途高科技的DARPA(国防高级研究计划署),就公布了自己最新的轻型无人机。搭载了激光雷达的导航模块之后,无人机可以通过多次微调成功避障,让自动巡航成为可能。

我国也有很多突破。南方电网就将激光雷达应用于电力巡线,通过云端服务器将巡航轨迹发送给现场作业的无人机,再通过传感器实现设备的高精度巡视,实时进行缺陷分析。预计到2025年,南方电网的无人机将全部由手工遥控变为自动驾驶

无人机和激光雷达能否成为黄金搭档

纵观无人机激光雷达组CP的过程,不难发现,在大小、成本、性能之间取得了最佳值之后,不仅可以为地球加上3D特效,而且应用场景远远比我们想象的广泛。不夸张地说,甚至比无人驾驶还要来的更超前。

无人机+激光雷达:性感cp,在线巡逻

相对于无人驾驶汽车来说,激光雷达技术与无人机的组合,很快就成功出道,撬动了一大批真实的商业价值,并且很多都已经投入使用。

除了前面我们提到的电线巡航,还能轻松carry以下领域:

1. 遗迹、废墟探测。

其中最值得称道的,就是和帮助考古学家发现新的古文化遗址。在不需要进行任何挖掘甚至实地勘探工作的前提下,就能了解遗址的全貌和具体构造。

比如去年早些时候,就通过激光雷达扫描,观测到了危地马拉丛林深处的玛雅遗址,并对延伸430英里的埃尔米拉多(El Mirador)盆地进行了勘察。

2. 农业生产观察。

空中激光雷达还能帮助农民发现生产中的一些不合理现象,改变“靠天吃饭”的现状。

通过建立激光信息图层,可以建构出农田高程地图,从数据中可以发现那些肥料使用过度的区域,帮助农民节约肥料。

甚至在一些农业保险定损时,无人机正在大规模取代了人拿着测损仪器去受灾地测量的古老方式,在那些工作人员无法进入的受灾地块,通过激光测绘来获得受灾数据。

无人机和激光雷达能否成为黄金搭档

3. 工业测绘与勘探。

激光雷达也常常与摄影测量相互补充,应用于矿石勘探、自然资源追踪、测量交通道路、森林或水域的地图绘制和建模。

长沙市就引入了具有3D可视激光雷达的无人机,作为空气质量监测仪在各个街道辖区的楼顶巡逻,并进行数据分析,实时反馈城市空气质量。

4. 辅助无人驾驶。

当谈及无人驾驶时,车辆顶部激光雷达的“视觉盲区”一直是事故风险的高危区。

将激光雷达装到天上,能更好的观测并对车辆进行巡航引导,及时通报道路故障和交通风险。在一些难以快速进行车路协同建设的偏远地带,使用带有激光雷达模块的无人机进行交通指引,显然是一个好选择。

激光雷达和无人机,曾经是风马牛不相及的两个东西,正在快速来到现实世界。

技术链条渐渐完备:令人期待的无人机未来

无人驾驶,看起来很近,其实很远,很多技术问题在当前条件下几乎无解。比如说高达10万美元的汽车激光雷达,就让汽车造价很难被普遍商用。

而激光雷达无人机,则是看起来很近,实际上也真的很近。因为禁锢它的技术锁链,正在被一一拆除:

1. 成本问题。精度要求越高,激光雷达的成本就越大。但空中探测并不需要和地面交通一样的高精度,而且大量的微型激光雷达感应器厂商,正在想方设法解决这方面的不足。

比如DARPA推出的专为自动驾驶而设计的小型激光雷达SWEEPER,就能达到小型化、低成本、高可靠的要求。

2. 续航问题。无人机的稳定性决定了它的有效使用时间和工作效率,尤其是工业上使用的大功率设备,波士顿无人机制造商CyPhyWorks新发布了一款无人机,在执行巡航任务时,由一条“微丝”连接,既可以传输数据也可从外部发电机、车辆或其他设备获得电力,理论上说可以永不着陆充电,长续航工作正在成为可能。

3. 算力问题。无人机的有限算力,导致自主执行和完成复杂任务在现实情况下异常困难。比如利用激光雷达的实时监测实现避障,目前还不是非常流畅和成熟。而通过地面通讯基站和云服务器的协同作业,就让无人机有了一个强大的计算外挂,也就降低了复杂任务的难度。

4. 多模态问题。目前自动无人机还面临的一大症状就是硬件“大拼盘”带来的数据不互通。

激光雷达的3D数据,与高清摄像头、声纳、感应器等零件的多模态混合作用,要投射到云处理器来进行识别处理。利用多模态AI算法,就可以读取、对比和分析二维、三维等复杂环境中的多重数据,来合并生成更精准的高维地图。

这或许是个好消息,低成本、高续航、多模态算法的激光雷达无人机,目前看来大规模商用甚至民用,仅仅只是时间问题。

永不消逝的烦恼:为什么这对cp只能是“创可贴技术”?

当然,很快到来并不意味着没有不足。尤其是激光雷达+无人机这样看起来威力极大的事物。

最核心的一个问题是,如何防止无人机在数据采集中进行隐私窥探?

地面取景的信息后置,可以对一些不恰当的数据展示进行处理。比如谷歌地图就设置了一个面部识别并自动打码的功能,用户也可以要求谷歌对他们的房子或车进行永久性打码。甚至曾经为了保护一头牛的隐私而对其脸部进行了虚化。

对大多数企业来说,理解和建立技术伦理要比技术本身难度大多了,而且成本更高。

也就是说,拥有激光探测功能的无人机,注定很难直面大众用户。

与有限的商业场景所对应的,将是它的吸引力进一步减小,为它做过多的投入是没有意义的。失去了商业价值之后,还会有人愿意投入铺设基站、建立频谱等基础设施建设吗?

我们固然可以画出一张商业上无限美好的大饼,但缺少了基础设施这些后端硬件的支撑,关于激光雷达无人机的想象力,始终只能停留在“备胎”层面。

综合来看,激光雷达和无人机所带来的商业想象力,注定了是一个带着镣铐的“创可贴技术”,作为其他地理信息系统的补偿方案,它会带来不少惊喜。但越是耳聪目明,越是会被众人所警惕。

在技术已经不成问题的当下,要跨越心理的迷障,真可以算是一道天堑了。

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