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无人机|美团“上天”( 二 )


如果用一句话形容角色分工，无人机是空中的外卖员，自动化调度系统是调度员，社区自动化起降机场是服务员 。 
而在看似简单的流程中，如何实现无人机自主安全飞行以及自动化调度，是其中最大的难题 。 
美团资深科学家黄国权教授向雷峰网介绍，美团无人机得以实现自主飞行，主要是具备了高精度高鲁棒的导航定位、感知避障、三维视觉建图和规划控制四大能力 。
其中，鲁棒自适应飞控是美团无人机实现安全可靠自主飞行的基础，美团为此耗费了两年多时间进行重构自研 。
无人机的感知能力，主要通过立体环绕机身的摄像头及数颗毫米波雷达，辅以自建的3D高精地图实现 。
目前，面向未来全天候全天时的无人机配送，美团也在积极探索其它新型传感器，以期进一步提升多源融合精度和可靠性，而此次获ICRA 2022最佳导航论文的研究成果也是服务于此 。
此外，为了保证无人机的稳定性及安全性，美团为一架无人机配备了6个电调、6套螺旋桨和6个电机，构成6个独立动力总成，确保有足够的冗余能力降低因单个零部件损坏而带来的风险 。
无人机|美团“上天”
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美团无人机自主飞行配送订单
不过，除了自身搭载较多传感器以及冗余设备之外，无人机还需额外承受餐盒重量，这是否会影响其飞行的安全性和稳定性？
对此，黄国权解释，美团无人机在设计时就以高集成度为出发点，在保证安全稳定运行的前提下，以克为单位不断试验，逐渐减少PC板和元器件的重量，乃至通过调整布线和螺丝选择的方式减重 。
当单架无人机具备自主飞行能力后，接下来的目标是由点及面，确保更多无人机在一个小范围区域内协同作业时，依然能够有条不紊地高效安全飞行 。
在专业人士看来，用遥控器指挥一架无人机配送，和全自动化系统调度多架无人机运送，之间的技术难度相差至少是3-4个数量级 。同时从全球来看，无人机全自动化系统背后的科技含量，可以说是处在这个领域的珠峰峰顶 。
为了让无人机能够稳定协同作业，美团专门打造了一套空中调度系统（UTM），配合自动化调度系统为服务区域内的无人机自动规划航线，安排派送任务 。 
无人机|美团“上天”
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美团UTM系统工作状态
而与传统外卖调度系统固定派送路线的设计思路不同，考虑到无人机配送可能出现航线占用的情况，新系统加入了实时重新规划航线的功能，确保整体效率最优 。
黄国权还进一步分析称，空中调度系统的真正难点在于算法和工程两个方面：
算法方面，当城市低空无人机配送真正走入生活时，美团可能就要面对每天超百万笔的无人机配送订单，这就要求系统必须在高并发情况下，快速得到最优决策规划，解决大规模调度优化问题，“而这个快速的概念一般就是几百毫秒” 。除此之外，无人机在自主飞行过程中会受到天气、空域、地理环境等因素变化影响，也会大幅增加实时规划调度的难度 。
工程方面，无人机飞行会涉及到监管问题、信息安全问题、与其它无人机和地勤人员通讯及交互问题等，并非仅通过技术即可解决 。这些问题的复杂程度甚至堪比现实生活中的民航系统 。
尽管业务规模还未达到日均百万单的水平，但黄国权他们希望能最先按照这个思路，打造出一套标准的空中调度系统供行业参考，推动整个城市低空经济的发展 。 
为中国城市低空场景编织无人机安全网
发展城市低空经济的挑战，当然不会只限于产业经济系统内部 。
根据飞行高度，国内无人机可分为低空无人机（100米-1000米之间）、中空无人机（1000米至7000米之间）、高空无人机（7000米至18000米之间）以及超高空无人机（高于18000米） 。美团无人机的主要工作环境，大约在100米附近 。
而按照主流应用场景进行划分，无人机还可大致分为航拍、植物保护、电力巡检、环保检测等专业无人机 。但相比城市低空场景，上述无人机的作业环境确实会更简单，且对飞行安全性的挑战更低 。
具体而言，上述无人机飞行环境大多位于郊区及空旷场所，周围人类活动少，无人机受到的影响就少 。而移至城市内，复杂的建筑物分布以及密布的人群，都会让无人机的飞行难度成指数级增长 。所以行业侧公认，在无人机所有的应用场景中，城市低空物流是最难的 。


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