AR技術(shù)在無人機(jī)中的應(yīng)用

王秦

摘要 AR技術(shù)又叫增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就是把現(xiàn)實(shí)世界當(dāng)中無法進(jìn)行描述或者體驗(yàn)的實(shí)體信息轉(zhuǎn)化為虛擬信號(hào)插入到虛擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)中去，使人們可以感受得到它，作為一種極為關(guān)鍵的技術(shù)，其在虛擬現(xiàn)實(shí)和實(shí)體現(xiàn)實(shí)當(dāng)中起著銜接的作用，其在無人機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用有著極為廣泛的前景，可以將無人機(jī)所探測(cè)到的部分通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)轉(zhuǎn)換為虛擬現(xiàn)實(shí)，這樣使人有著身臨其境的感覺，本文對(duì)于AR技術(shù)在無人機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用展開全面的探討，為其進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】AR技術(shù) 無人機(jī) 應(yīng)用

1 引言

新一代的無人機(jī)能從多種平臺(tái)上發(fā)射和回收，例如從地面車輛、艦船、航空器、亞軌道飛行器和衛(wèi)星進(jìn)行發(fā)射和回收。地面操縱員可以通過計(jì)算機(jī)檢驗(yàn)它的程序并根據(jù)需要改變無人機(jī)的航向。而其他一些更先進(jìn)的技術(shù)裝備、如AR設(shè)備、高級(jí)竊聽裝置、穿透樹葉的雷達(dá)、提供化學(xué)能力的微型分光計(jì)設(shè)備等，也將被安裝到無人機(jī)上。在無人機(jī)設(shè)備的測(cè)試和開發(fā)過程中，可能會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)故障，盲目修改有可能會(huì)引入新的錯(cuò)誤，因此如何高效的對(duì)這些錯(cuò)誤進(jìn)行測(cè)試，確保其能夠被調(diào)試通過是設(shè)備開發(fā)中一個(gè)極為重要的問題，但是我國的設(shè)備開發(fā)體系還沒有完全的成熟，一些新技術(shù)還沒有得到廣泛的開展，因此我們需要對(duì)傳統(tǒng)的開發(fā)模式逐步進(jìn)行改造，將其智能化程度提升，使得其可以在自動(dòng)控制的情況下，自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)算法的糾錯(cuò)。我們主要考慮系統(tǒng)的技術(shù)性與先進(jìn)性，對(duì)于無人機(jī)設(shè)備的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于在整個(gè)系統(tǒng)中監(jiān)控技術(shù)屬于特別重要的組成，這一系統(tǒng)擁有著特別強(qiáng)的防范能力，監(jiān)控系統(tǒng)所具備的及時(shí)、直觀、豐富信息內(nèi)容、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)而在比較多場(chǎng)合廣泛得到應(yīng)用。

2 AR技術(shù)概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。這種技術(shù)1990年提出。隨著隨身電子產(chǎn)品CPU運(yùn)算能力的提升，預(yù)期增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的用途將會(huì)越來越廣。AR算法主要是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的，能夠?qū)崿F(xiàn)完整的評(píng)價(jià)改善循環(huán)，評(píng)價(jià)模塊可以評(píng)估執(zhí)行模塊的實(shí)際效能，對(duì)于代價(jià)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與修正，執(zhí)行模塊可以產(chǎn)生實(shí)際的動(dòng)作來對(duì)所改進(jìn)的策略進(jìn)行執(zhí)行，同時(shí)也能有效的對(duì)于被控對(duì)象的情況進(jìn)行反應(yīng)，將其進(jìn)行運(yùn)行之后，可以通過不同的反饋，來對(duì)實(shí)際評(píng)價(jià)與運(yùn)行的情況進(jìn)行確定，同時(shí)，利用相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等算法，來實(shí)現(xiàn)函數(shù)的近似與優(yōu)化，這樣就能對(duì)于系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，這里主要是采用貝爾曼的優(yōu)化方式來進(jìn)行更新的。

3 AR技術(shù)在無人機(jī)中的應(yīng)用

3.1 無人機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

無人機(jī)平臺(tái)主要包括：飛行控制系統(tǒng)，圖像采集，抗風(fēng)裝置。飛行控制系統(tǒng)可操控性高，能在小區(qū)域范圍內(nèi)起飛、盤旋、飛行、著陸，具有人工遙控、航線飛行、定點(diǎn)懸停等功能。同時(shí)，針對(duì)不同的檢測(cè)環(huán)境和需求，無人機(jī)上安裝有攝像頭、測(cè)距儀、紅外感應(yīng)器等傳感設(shè)備，使其可以準(zhǔn)確獲取特定區(qū)域的狀態(tài)信息。當(dāng)發(fā)現(xiàn)空間信息后，通過對(duì)無人機(jī)空間位置信息記錄，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其所在位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。同時(shí)，根據(jù)無人機(jī)所攝錄的高清晰畫面和圖像，對(duì)于運(yùn)行路線進(jìn)行分析與計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的功能。

3.2 AR技術(shù)應(yīng)用

一般來說，AR設(shè)備主要用于攝像機(jī)進(jìn)行航拍，無人機(jī)航拍畫面通過HDMI無線接收器將航拍畫面?zhèn)鬏數(shù)绞謾C(jī)上，然后通過APP將手機(jī)顯示的航拍畫面分屏，最后將手機(jī)放入Blitz Wolf VR（或其他VR顯示設(shè)備）中即可體驗(yàn)航拍FPV視角。

很多廠商希望能夠?yàn)槭袌?chǎng)提供出一整套安全、穩(wěn)定、長航時(shí)、面向行業(yè)應(yīng)用的無人機(jī)系統(tǒng)，在這套系統(tǒng)中包含了無人機(jī)飛行器主機(jī)，及脫離手動(dòng)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)自主飛行的地面站端，在地面站端可以進(jìn)行航線設(shè)計(jì)、起飛、降落、返航、拍照、及影像覆蓋航線規(guī)劃等一系列功能，同時(shí)這套系統(tǒng)還為各個(gè)行業(yè)應(yīng)用配備了后處理軟件平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)在各個(gè)行業(yè)的達(dá)到應(yīng)用級(jí)的解決方案。

3.3 運(yùn)行注意事項(xiàng)

在待檢測(cè)區(qū)域，由2名專業(yè)技術(shù)人員分別控制機(jī)身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)調(diào)整和抗風(fēng)裝置控制。起飛前，無人機(jī)需放置平穩(wěn)，調(diào)試各系統(tǒng)確保開機(jī)運(yùn)行正常后。根據(jù)確定的風(fēng)向狀態(tài)，在飛行過程中，根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的差異控制不同的安全距離，橋墩和塔柱一般控制在Im左右，纜索和鋼構(gòu)件等地形復(fù)雜部位一般控制在1.5m-2m左右，具體安全距離需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況確定。根據(jù)不同的橋墩形式，設(shè)定不同的運(yùn)行方式，重點(diǎn)考慮：

（1）航高設(shè)置（5-75m）;

（2）航線設(shè)計(jì)：具體參考航線設(shè)計(jì)軟件;

（3）控制測(cè)量的方式：常規(guī)GPS控制測(cè)量和影響自動(dòng)匹配;

（4）重疊率（不同墩柱界面行式采用不同的重疊角度）;

不同受力形式的橋墩，其截面構(gòu)造不盡相同，但是從外觀上截面形式大致可分為：截面為矩形橋墩，截面為橢圓橋墩，截面為菱形橋墩。受限于無人機(jī)攝像頭的視角范圍，為了保證風(fēng)向檢測(cè)準(zhǔn)確度，不同的截面形式，無人機(jī)需要考慮的角度和范圍也不同，一般在一個(gè)截面，需要從上往下檢查，然后確定到風(fēng)向的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

為了避免檢測(cè)過程受日照方向、風(fēng)速、天氣狀況等影響，保障采集圖像數(shù)據(jù)較為清晰，避免出現(xiàn)逆光，一般選擇在晴天無風(fēng)環(huán)境下在迎光面對(duì)風(fēng)向進(jìn)行檢測(cè)。在對(duì)表面進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)拍攝保證拍攝的角度和距離控制的適當(dāng)，那么對(duì)于后期分析識(shí)別及進(jìn)行準(zhǔn)確定位等都有具有重要意義，在操作上具有較強(qiáng)的可行性。

4 總結(jié)

在利用AR技術(shù)的無人機(jī)設(shè)備中，各種錯(cuò)誤數(shù)據(jù)需要認(rèn)真的比對(duì)和分析，從而對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，因此作為工程師應(yīng)當(dāng)具有一定的建模能力，使得測(cè)量效率提升，能夠?qū)⑾鄳?yīng)工具在精確運(yùn)行中應(yīng)用，同時(shí)這樣有利于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)設(shè)備的科學(xué)規(guī)劃與合理布局。AR技術(shù)對(duì)于無人機(jī)的發(fā)展來說具有極為重要的意義，因此需要對(duì)其技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

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