大规模无人机展示是如何工作的?

澳大利亚经历了2019年毁灭性的黑色夏季在Change.org网站上流传的一份请愿书呼吁取消悉尼新年前夜的烟花表演。尽管自1976年以来，燃放壮观的烟火一直是每年的传统，但有些人认为，在持续的森林大火中，烟火会毫无味道。人们还普遍担心在炎热干燥的天气中发射火星的安全问题。

“是时候改变了，”组织者琳达·麦考密克在网站上写道。“澳大利亚已经受够了火!”

活动最终进行了下去，但请愿书收集了超过37万个签名，并引发了关于潜在替代方案的讨论。其中一个最受欢迎的建议是无人机灯光展示:协调的空中展示，以众多四轴飞行器一起工作，在光点的天空中创建形状。

“你不能指望人们对烟花负责，”在请愿书中签名的苏珊·费伊(Susan Fahey)评论道。“当你可以有令人惊叹的无人机灯光表演时，烟花表演就没有必要了。”

这听起来是一个显而易见的解决方案。可重复使用的无人机比烟花的火灾危险小得多，同时也可能令人眼花缭乱。然而，将重心转向无人机要比最初看起来复杂得多。

无人机下

“你在澳大利亚找不到无人机灯光秀方面的专家，”全球无人机解决方案公司首席执行官马哈茂德·侯赛因说。“原因很简单，这是一项相对较新的技术。”

全球无人机解决方案(Global Drone Solutions)是一家澳大利亚公司，为国内无人机飞行员提供培训。然而，尽管多年来无人机灯光秀一直是一种可能，但该公司还没有在这个专业领域提供任何课程。新加坡在2020年举办了一场500架无人机的灯光秀，今年9月，中国的一场展示了3051架无人机，创造了同时飞行次数最多的无人机的记录。无人机出现在2019年美国超级碗和2020年11月拜登总统的获胜演讲中。但澳大利亚仍主要专注于探索无人机技术更直接的实用功能。

侯赛因说:“一些流行的应用是在采矿、石油和天然气勘探、建筑、农业和基础设施行业。”“过去五年，无人机应用的数量呈爆炸式增长。”

到目前为止，在澳大利亚，用无人机进行灯光表演要少见得多。比如，2016年，英特尔(Intel)在“生动的悉尼”(Vivid Sydney)期间举办了一场100架无人机的表演，将悉尼歌剧院(Opera House)的造型剪影飞过悉尼港(Sydney Harbour)。但仍有许多障碍阻碍了这项技术的推广，包括高昂的成本、严格的监管要求，以及这项技术仍处于起步阶段的事实。

尽管如此，侯赛因认为澳大利亚的无人机使用只会增加。他已经在无人机行业工作了7年，他乐观地预测，无人机灯光秀将很快在澳大利亚占据一席之地。

“我能看到烟花在未来几年所取代,许多大型组织和大学已经开始投资这一领域,无人驾驶飞机的成本和软件变得更便宜,和计算机技术更喜欢5克肯定会使它成为一个可行的选择,”侯赛因说。“我们不能忘记，它是环保的。”

无人机展示

烟花的视觉、声音和火药气味总是会带来独特的刺激。然而，无人机灯光秀提供了烟火表演无法比拟的控制、定制和复杂性。为了进行无人机表演，多架四轴飞行器在事先设定好的模式下协调飞行，在天空中描绘出形状，这些形状通常是根据音乐编排的。无人机上安装了灯光，结果看起来就像色彩鲜艳的移动恒星，或者是分辨率非常低的动画像素艺术。

总部位于美国密歇根的Firefly Drone shows联合创始人瑞安•西格蒙(Ryan Sigmon)表示:“无人机秀可以完全定制，创造任何可以想象的东西，而且还提供了显著的环境优势。”“我们注意到大品牌对无人机灯光秀很感兴趣，因为它们的信息可以在天空中清晰地再现。我们还看到大城市采用无人机灯光表演，以避免大型烟花表演留下的污染空气和碎片。”

虽然无人机的灯光显示大小差异很大，但Verge航空公司首席执行官尼尔斯•索尔jussen认为150至200架无人机是“最佳位置”。这家总部位于宾夕法尼亚州的公司在这方面有多年的经验。Thorjussen说道:“我们可以利用这些内容创造出大量内容。

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Verge Aero和Firefly的无人机数量都达到了300架，不过Firefly计划很快增加这一数量。不过，西格蒙同意，不需要大量无人机就能产生影响。

他表示:“我们的客户已经意识到，从创意的角度来看，100或200架无人机可以大有帮助。”“我们的100架无人机的表演通常包括大约150米的编队。”

大多数灯光表演使用小型四旋翼直升机的机群——有四个旋翼的直升机。每个四轴飞行器都安装了一个明亮的LED灯，可以打开和关闭，以及在需要时改变颜色。无人机也相对较轻，因为它们不需要携带摄像机或其他设备。英特尔的“流星”无人机仅重330克，比一罐Vegemite还轻。这意味着它们在大小、形状和重量上与用于测量、摄影或运送的无人机有很大不同。

无人机越轻，升空所需的动力就越少。然而，这就变成了一个平衡的问题。电池越大的无人机储存的能量越多，但由于重量的关系，它们也会消耗更多的能量。电池更小的无人机能量更少，但更轻的重量意味着它们不需要那么多的电力就能飞行。

“无人机表演动画是一个新领域。这意味着在互联网上没有最佳实践或教程。你想出的每一个技巧或方法都是一种创新。”

这种二分法决定了无人机可以在空中停留多长时间，从而决定了一场表演可以持续多长时间。Verge Aero的节目平均大约10到12分钟，他们的无人机最多能在空中飞行15分钟。Firefly提供长达15分钟的无人机展示。

西格蒙表示:“电池寿命是飞机飞行时间的主要驱动因素。”他指出，Firefly正在开发新的硬件，将飞行时间延长至20分钟以上。

15分钟似乎并不长。但悉尼新年前夜的烟花通常持续约12分钟，这表明有足够的时间让人群眼花缭乱。这完全取决于你用它来做什么。

光俱乐部

理论上，无人机灯光秀看起来很简单，只需预先给几百架四轴飞行器编程，然后让它们飞起来。事实上，这是一项极其复杂的工作，涉及许多新兴技术，正如基地运动(Base Motion)的无人机秀首席动画师马丁·乌皮蒂斯(Martins Upitis)所解释的那样。“无人机表演动画是一个新领域。这意味着在互联网上没有最佳实践或教程。你想出的每一个技巧或方法都是一种创新。”

没有标准的方法，就没有正确或错误的方式来上演一场表演。即便如此，大多数显示器都有一些共同的步骤。

1.晴朗的天空之前

“我们总是先确认一个符合安全要求的地点，”西格蒙说。这并不像找到一片晴朗的天空那么简单，因为相关航空部门必须感到满意。在美国，这是联邦航空管理局，其规定禁止无人机在人群和人群上空飞行，并要求在任何表演周围设置很大的安全范围。

“这有时会给在人口密集地区飞行带来挑战，”西格蒙说。“我们经常关闭水道或道路，以确保我们的安全区的安全。”

澳大利亚民航安全局(CASA)负责执行相关法律。任何驾驶无人机用于商业目的的人都必须持有远程驾驶执照，并持有或为持有远程驾驶执照的机构工作。此外，由于无人机灯光秀涉及不止一架无人机，那些希望举办无人机灯光秀的人还需要获得CASA的具体批准。

CASA的彼得·吉布森说:“无人机灯光秀很可能会变得更加普遍，CASA将在申请过程中仔细评估。宇宙．“我们的目标是不妨碍创新无人机的使用，当然，确保公共安全不会面临不可接受的风险。”

2.跟上进度

如果你成功地应对了监管的挑战，并且有信心警察不会在你的派对开始之前就把它关掉，那么你的表演就必须有故事板。在这一步骤中，显示的形状、音乐和同步都被设计出来了，无论是电影标志、求婚还是巨大的互联网meme。

然后根据这个故事板制作一个电脑动画，提供展示的预览，允许设计师在无人机起飞前将其可视化并进行调整。这也可以让他们解决任何问题，潜在的碰撞，甚至潜在的视角。

西格蒙说:“我们的动画预览会逐字逐句地反映出在夜空中会看到什么。”事实上，制作无人机灯光秀的许多基本步骤与制作动画电影的步骤惊人地相似。3D动画软件经常被使用，无人机显示软件(Drone Show software)等程序将动画直接转换为命令和无人机要遵循的飞行路径。由于缺乏行业标准工具，Firefly和Verge Aero等公司开始开发自己的软件，但基本原理是一样的。

“这就像3D动画，”Thorjussen说。“软件做了所有的工作!”

尽管有相似之处，但从迪士尼转向无人机并非易事，对于希望在不同媒介之间实现飞跃的动画师来说，学习曲线依然陡峭。就像给杂志模特穿裙子一样，3D动画师可以利用角度和框架将凌乱的元素隐藏起来，但在无人机动画中却无处可藏。每个节目都必须从各个角度来设计，所以动画师需要确保它们没有不好的一面。

再加上无人机性能方面的工作相对匮乏，人们没有太多的动力转行——这只是帮助这个行业保持小规模和高稀缺性的又一个因素。

3.飞的高

协调150名飞行员同时驾驶150架无人机将是一场后勤噩梦。幸运的是，并不是灯光秀中的每一架无人机都需要自己的飞行员。相反，它们是由中央计算机控制的，依靠紧急群体技术来完成工作。因此，负责执行任务的地勤人员只需要人数相对较少。

蜂群技术使多架无人机能够像蜜蜂一样相互交流，共同朝着一个共同的最终目标而工作，而不是让每架无人机各自指定飞行路径。利用GPS或无线电频率来定位自己，无人机可以彼此无线聊天，以确保它们保持距离，避免碰撞。他们还可以确定哪种无人机最适合表演所需的每一项工作。

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所有这些自动化并没有将人类排除在外。除了CASA需要一名飞行员在场之外，人们还需要确定无人机的位置，并随时准备进行任何最后的调整。

“尽管表演是预先编程的，但发射和表演的位置必须在现场计算，”西格蒙说。“我们进行了各种现场测试，以确保观众获得最佳体验。”

天上掉馅饼?

尽管无人机灯光秀可能令人眼花缭乱，但仍有一些重大障碍阻止它们得到更广泛的应用。除了严格的法规和缺乏具备相关培训或经验的工人，无人机表演的高昂成本也是一个强大的威慑。烟花表演的价格可能只是价格的一小部分。

据Thorjussen称，小型无人机灯光秀的成本约为2.5万美元，平均价格从6.5万美元到13万美元不等。英特尔的200架无人机的起价为13万美元，而且这仅涉及2D形状。

西格蒙说:“无人机灯光秀的成本往往会有所不同，因为总会涉及很多因素。”“为一场活动飞行的无人机数量，以及定制动画的数量，往往是我们最大的驱动因素。”

烟花的未来

尽管许多观众将无人机灯光表演视为烟花的替代品或竞争对手，但并非所有行业专业人士都认为这是一个或另一个问题。新加坡的新年前夜可能是用无人机在滨海湾上空漂浮一个巨大的鱼尾狮来庆祝的，但它与该国更传统的烟花表演同时出现。

无人机灯光秀并没有取代烟火表演，而是被视为对它们炽烈的前辈的一种补充——增添了一点情趣。

“Firefly从未打算取代或与烟火行业竞争，”西格蒙说。“相反，我们想向世界介绍一种全新的娱乐形式，让消费者自己做决定。”

“我认为，随着时间的推移，预算将从烟花转向无人机，”Thorjussen说。“烟花表演已经被取代了。这种趋势只会加速。但这并不意味着烟花很快就会熄灭。”

无人机灯光秀可能至少还需要几年时间才能纳入悉尼的新年庆祝活动，更不用说完全取代烟花了。即便如此，他们可能会比你想象的更早加入这个行列。

吉布森说:“在一些情况下，比如新年前夜的表演，大部分活动都在港口，风险可能不会太复杂，无法成功管理。”

无人机灯光秀在普及之前仍有许多障碍需要克服。传统很难打破，新技术需要时间来完善。但未来总是比我们预期的来得更快。

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本文转载自2021年冬季91期，今天订阅我们的季刊，并获得我们的印刷版或电子版杂志，以及所有过期的《宇宙》杂志。