如何擺脫GPS的局限性來搜尋無人機

無人機作為新科技的產兒，已經成為被普遍使用的搜尋和救援工具，但在森林中執行搜尋任務時，濃密的樹冠覆蓋面會影響其GPS信號。日前，MIT研究人員提出了一套解決方案：利用自主系統使無人機艦隊在密集的森林冠層下協同搜索，無人機只需要配置機載計算和無線通訊就可以擺脫GPS的限制了。

在執行搜尋任務過程中，每架無人機配備激光測距儀用于位置估計、定位和路徑規劃，在飛行中創建單獨的3D地形圖，運用算法識別未探索和已探索的區域，直至完全映射指定的劃分區域。依此類推，整個無人機艦隊最后將各自創建的地形圖整合形成一個全方位的3D地形圖，以最少的成本梳理出大片森林的全地形，供救援人員進行監測。在實際應用中，無人機配置物像識別系統識別搜尋對象，并在全方位3D地形圖中標記出走失或受傷的救援對象的方位，而救援人員將根據這些信息實施救援。

每架無人機均安裝了一個激光雷達系統，該系統通過發射激光束和測量反射脈沖來對周圍的障礙物進行2D掃描。研究人員對這些無人機進行編程來識別不同樹木的方向，當激光雷達信號映射一個樹簇時，算法會自動計算樹木之間的角度和距離作為區分樹簇的參數，同時也確定無人機自身的方位。這種特征檢測技術也有助于精確地合并不同無人機創建的地形圖。

傳統上使用無人機進行搜尋和救援時，無人機總是被指令搜索最接近的可能未知區域，而這個未知區域也許在無人機所處位置的任何一個方向上，因此，無人機通常需要飛行少許距離，然后停頓，接著再選擇下一個新的方向，這種方式浪費了一定的時間和能量。在實際的營救任務中，每一分鐘都及其珍貴，因此，MIT研究人員創建了一種更有效率的搜尋策略，即盡可能地保存多架無人機同時工作的勢頭，形成螺旋狀的模式來提高覆蓋搜尋區域的速度，而不是簡單地讓無人機去覆蓋未探測的地區。

這項技術現階段仍存在一點亟待突破的限制：當前系統需要一個外部的地面站來合成單獨的地形圖，MIT研究人員在戶外的實驗中，必須建立一個無線路由器來連接每架無人機和地面站。他們希望在將來通過設計，使無人機在彼此靠近時能自動進行無線通信并融合地形圖，彼此分開時則切斷通信，在這種情況下，地面站的作用就只是用來監視實時的全方位地形圖。