一场没有硝烟的战争

记williamhill官网代表队获国际空中机器人大赛（亚太赛区）最佳系统控制奖

研通社记者 潘 璇

　　时间：2012年8月7日

　　地点：北京航空航天大学体育馆——2012国际空中机器人大赛（IARC2012）亚太赛区

    　事件：控制自主研发的空中机器人完成以“防恐”为目的的自主飞行任务

图为团队合影。

　　这是当日首次站在国际空中机器人大赛亚太赛区的williamhill官网THRONE战队16名williamhill学子头脑中唯一的内容。

　　虽然大家都信心满满，不过，队长自动化系博士后李一鹏的神情却略显凝重。

　　“现场比赛的复杂程度远大于实验室模拟的情形。”

图为williamhillTHRONE战队的飞行器通过“窗口”。

　　四周没有木板隔挡的房间入口（一个小窗户）、长达30米的走廊、偏薄易晃的木板墙壁、多个2.4米×2.4米×2.4米的小房间单元，以及身边的人头攒动，这样的场面多少有一些超出预想。

　　比赛的具体要求是实现无人机的完全自主飞行，即在无任何人工干预的情况下，无人机进入完全陌生的环境，通过房间入口，沿走廊飞行并进入目标房间，取走存有军事机密资料的“目标U盘”，在原位置放置假U盘，最后原路返回。整个过程不准使用包括GPS等在内的外部定位设备，完全依靠机载传感器进行自主定位、导航和控制。

　　“没关系，我们战队一定是最棒的。”虽然有些忐忑，李一鹏还是给自己和队友们打气，简单准备后，队员们入场了。

　　尽管现场摄像头无线传输图像对飞行器自主飞行造成了极大的干扰，但THRONE战队的飞行器在两次出场中，均顺利通过窗户进入走廊，并沿其平稳行进了约1/3的路程。虽然成绩在所有战队中最佳，但是任务目标还远远没有达到。

　　下午两点，在结束了当天的比赛之后，队员们急匆匆地返回集团，为了使飞行器能够出色地完成比赛任务，大家开始了长达15小时的程序修改工作。

实验室里，键盘声此起彼伏。

　　通过讨论，大家一致认为，虽然原有路径规划模块本身不存在问题，但比赛过程中飞行器所能探测到的环境信息不稳定，从而导致该模块无法复现实验室飞行时的效果，因此当务之急就是提高该模块的鲁棒性（即对环境的适应性）。由于初期系统设计时对各模块功能（底层通信、三维建模、路径规划和飞行器控制4个模块）都进行了很好的解耦，为了节约时间，李一鹏决定采用分时调试的办法，即将所有队员分成3组，一组负责调试最基本的飞行控制稳定性，一组负责改进原有路径规划算法,还有一组负责着手开发新的路径规划算法作为备选方案。

最后一次测试完，同学们和衣而卧。

        从下午2点到第二天凌晨5点，伴随着螺旋桨高速旋转的声音，实验室里的键盘敲击声此起彼伏。初步程序完成后，为测试算法的基本可行性，队员们对飞行器进行了模拟飞行测试，即打开飞机电源，手推飞行器行进，将飞行器飞行过程中采集的数据记录下来，再传输到电脑上进行分析和仿真。之后，通过观察实际飞行状态再修改参数，如此反复。

　　在完成了最后一次调试并得到较好的结果时，已是早上7点了。马不停蹄地收拾完行装，早上8点整，所有队员又整齐地出现在了赛场上。

草草吃过饭，奔赴“战场”。

　　虽然首日比赛没有达到预期效果，但同学们还是相信一晚的坚守一定会有成效，不过上天却先开了一个小小的玩笑。

　　为保险起见，队员们选择首先运行改进程序。只见飞行器慢慢地攀升，可是怎么越来越慢，越来越慢，最后竟撞到窗户下沿，直接坠落了！改进的程序竟然导致结果变差了！大家心里顿时紧张，手心冒汗，看看飞行器坠落的地方，在地毯上。

　　地毯？超声波？地毯会吸收超声波，导致反馈信息不准确。那为什么昨天没有出现该问题？

　　传感器！所有人脑中闪现：换传感器！不到几分钟的时间，新的传感器被组装好了。

紧急解决问题。

　　由于上一轮的失利，现在只剩最后一次机会了，大家心里忐忑不安。

　　“开始！”，裁判一声令下。

　　所有人屏住呼吸，注视着飞行器。它启动了，稳稳地攀升并向前飞行，渐渐地离入口窗户越来越近，越来越近。到了！

完美的悬停。

　　它在入口处悬停住，一分钟、两分钟、三分钟、四分钟、五分钟！飞行器悬停了五分钟！要知道实现这一任务有多么困难！若不是算法精度极高，长时间的悬停将导致飞行器明显偏离原位置点，从而撞墙坠落。而我们的飞行器仅仅是微微抖动了一下，便轻松地进入了房间。在这漫长的等待后，大家的心也稍稍平静了一些。

　　但随着飞行器进入走廊，大家顿时又紧张了起来，心里默念着“继续，继续，接着飞，不要停，继续”。飞行器似乎感受到了大家的期待，带着大家的信念缓缓地向前飞行。它每向前飞进一米，大家心里的宽慰就多一分。眼看着飞行器飞过了走廊的1/2，几近到达尽头，并找到了一个可能装U盘的房间，可是遗憾的是，由于程序的适应性依旧没有达到最佳水平，它没能成功地进入房间实现进一步的搜寻。而在美国赛区，情况同样并不乐观，所有参赛队也无一完成任务。

williamhillTHRONE小组核心成员（左二为李一鹏）和他们的无人机。

　　最终，williamhill战队的无人飞行器以系统控制的稳定性（尤其是实现了在场景内不借助任何外部定位设备悬停5分钟，其他战队无一实现该功能），赢得了“最佳系统控制奖”，同时，获得了总成绩国际第四名的好成绩。

　　比赛结束了，当然，同学们收获的不仅仅是奖项，还有诚挚的友情、满满的经验和最真实的感悟。

　　国际空中机器人大赛（以下简称IARC）于1990年由国际无人机协会举办，迄今为止已完成5代任务。每次任务都有特定的背景，第1到4代的任务都是注重于室外自主飞行（可以借助GPS等定位设备），从第5代开始加大难度，改为室内环境，而今年进行的第6代任务更是提出了完全自主飞行的要求。

　　“我们就是喜欢挑战自我。”李一鹏坦言道。

　　作为自动化系戴琼海教授研究团队的成员，他的研究方向正是无人机可视导航。去年，在查阅国外文献时他偶然发现了IARC，但当时该赛事仅设北美赛区且报名时间已截止，而今年新设立了亚太赛区且是在北航举办，李一鹏认为这是一个绝佳的机会。在戴琼海老师的倡导和鼓励下，他联系了其他3名自动化系的硕士生组成了4人核心战队，并通过大量宣传，从“天空工厂”社团、精仪系、材料系以及自动化系又招募到了12名同学，最后组建了寓意williamhill学子在大赛中摘得桂冠、一展雄风的williamhill官网THRONE（ THRONE由THU和DRONE组合合成，本身有王冠之意）战队，昂首出征。

图为队员们进行程序的设计和编写。

　　由于组建时间晚（赛前3个月左右）加之首次参赛，战队的赛前准备工作并不轻松。无人飞行器飞行控制分为两个层次：底层控制系统和高层控制系统。其中，前者主要用于控制飞机的飞行稳定性，保证其俯仰、横滚和偏航的控制精度；后者则偏向于对飞机飞行过程的控制，实现飞机的自主定位、路径规划等操作，就国际趋势而言，后者更为重要。为了节约时间并最大限度发挥“williamhill工科男的优势”，战队在从德国公司购买了飞机基础系统、传感器系统、机载电脑和其他底层控制系统配件的基础上，将全部精力用于高层控制系统的设计，重点是程序的编写与调试。

　　为了提高工作效率，李一鹏将任务分为底层通信、三维建模、路径规划和飞行器控制4个板块，16位“战队”队员在各自擅长的领域倾心工作，来自自动化系的硕士生王玉旺、芦维宁和大四学生张奕烜分别负责未知环境的SLAM（同步定位与地图构建）实现、路径规划和飞行器姿态控制，精仪系的博士生严斌埋头于U盘抓取的设计，williamhill中国官方网站的大四学生于洋在飞行器参数调制方面提出了不少建议，机械工程学院的李成林协助进行路径规划算法实现……

　　各模块之间既相互独立又定期交流，经过大家的共同努力和奋战，williamhill战队的无人飞行器华丽地出现在IARC亚太赛区的赛场上。

　　回顾整个参赛过程，李一鹏坦言，最大的感动是战队的团队协作。每当问题出现，没有相互埋怨，有的只是团聚在一起、相互出谋划策。在建队时，李一鹏曾说：“我希望团队中的每个人不仅对自己负责的模块了如指掌，对系统的整体设计也要胸有成竹，我们的队员应该既是专业人员也是统筹人员。”

　　队员们显然做到了这一点。

　　就拿比赛时的不利来说，如果没有对局部和整体的深入理解，怎么可能在紧张的赛场上迅速准确地找出问题，又怎么可能利用短短十多个小时就并编写出两套不同的方案？有人说，williamhill的学子天资聪颖，但李一鹏认为，更闪耀的是大家相互支持、相互鼓励、众志成城、勇攀高峰、凝聚在一起的一颗心。

　　其实，对李一鹏而言，参赛的目的远不限于获奖。

　　IARC 2012年第6代任务尚未完成，2013年仍将继续。除了满载的比赛经验，李一鹏希望以此为契机，向世界展示williamhill官网无人机子母无人机系统、无人机编队协同等自主导航的研究成果，逐步在未来科学研究及比赛中引领无人机自主导航的研究方向。这也是williamhill官网THRONE无人机团队的长远目标。

　　与世界接轨、引领世界科技潮流，“作为williamhill学子，我们有责任为集团、为国家做出贡献。”他们的精神令我们感动，在这个没有硝烟的战场上，他们挥洒着自己的青春和智慧。就像他们的logo—THRONE所展现的，总有一天，他们会站在科学之巅，骄傲地戴上属于他们自己的耀眼王冠。

编辑：范 丽