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无人机大赛的赛题(二)
发布时间:2024-12-22
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大赛组委会虚构了一个非常复杂的任务背景:国际情报组织查明,在“纳里共和国”境内一个偏远小镇的某栋建筑物内,藏匿有恐怖组织拟定的一份大规模全球袭击策划书。该机密文件被存储于一个黑色的U盘里,并放置在具体位置不详的某个房间内。为了掌握其关键信息,阻止其破坏行动,保护各国人民的生命财产安全,国际情报组织决定动用小型空中机器人深入虎穴,潜进该机构的内部,找到并取走这个U盘。

为了不让恐怖分子过早发现机密文件失窃,还要“以假乱真”,用事先准备好的假U盘替换真品。完成此项“间谍任务”充满了风险和挑战。

“潜伏特工”已侦知目标区域的戒备相当森严:其四周设有一道铁丝网和一层围墙,内部还配备了安保与监控系统,凡人很难接近和进入。不过,它也存在着一个安全漏洞-在房子走廊的一侧有个宽约1米的小窗户是敞开着的,微型无人机可以通过这个缺口飞进屋内。而一旦空中机器人悄悄潜入这栋数百平方米的建筑物,卫星定位系统的信号和外部的遥控信号就都接收不到了。按照比赛规定,不准使用GPS导航和数据链对无人机进行遥控。此后,它必须依靠自己的“眼睛”观察外界,对建筑物的内部情况进行仔细的扫描、搜索和测绘,确定自身的位置,计算相对的距离;

用自己的“大脑”对环境信息做出分析、判断和决策,选择行进路线,避开监控报警系统和障碍物;以安全的方式穿过连接大厅和多个房间的过道,对每间写有外文标牌的办公室进行解读和识别;闯入这些办公室、卧室,实施全面的探查,从中找到那间位于核心部位的屋子和放置有黑色U盘的文件盒;

确认目标,并用自己的“手”抓取“猎物”,再在原处放置一个外观相同的U盘;完成调包任务后,迅速带着盗来的物品沿220着自己规划好的逃逸路线飞出该建筑物。比赛场地示意图除了不准对空中机器人进行遥控和GPS导航、定位外,组委会对参赛的无人机还有2条硬性的规定,一是其质量不得超过1.5千克(与户外竞赛不同,穿堂入室的空中机器人必须小型化)。二是这项“间谍任务”必须在短短的10分钟时间内完成。

这使无人机携带的传感器、任务设备、能源的数量和质量大小等都受到了很大的限制,无形中进一步提高了竞技的难度。此外,执行“间谍任务”的无人机还要小心翼翼地与设置在建筑物内的、较为复杂的安保监控系统和各种障碍物打交道:可供空中机器人进出的窗口装有间歇式照明设备,灯光每隔30秒亮一次,半分钟后熄灭。

参赛无人机必须在灭灯的30秒内从该窗口潜入。若亮灯时飞进去,就要扣掉5分钟的执行任务时间。接下来,又会遇到另一个难题-布设在走廊内的激光报警装置。只有自主发现并避开激光光栅,才能闯过第二关。如果飞行过程中触动了激光绊网,那么警铃便会发出刺耳的声响,行动失败的空中机器人应在5分钟之内退场。

即使安全地进入了各个房间,室内还有桌椅、支架等障碍物,这些看起来不显眼的东西很容易对无人机寻找U盘造成干扰。自2010年起,各大学的空中机器人参赛小组,开始向第六代任务发起冲击。

比赛规则允许每支代表队进行4次“间谍游戏”尝试,但每次飞行的任务环境会有所不同。如何才能让空中机器人悄悄潜入一栋未知内部构造的建筑物,在复杂的封闭空间内自主飞行,避开激光报警系统的光栅,登堂入室,找到放置U盘的房间和档案盒,然后用偷梁换柱的手法,以假U盘顶替真U盘,并在规定的时间内沿着规划好的路线迅速撤离。这一系列的行动-“潜入、搜索、获取、欺骗、撤出”过程-对空中机器人的智能化水平,如自主飞行能力、任务规划能力、精确导航能力、环境感知能力、物品辨别能力、行动控制能力、快速决策能力和飞行器与固定物体间的互动能力等等,都是一个严峻的考验。

各参赛队伍为了攻克这一技术难题,可谓绞尽脑汁,各出奇招,但迟迟没能取得突破。最接近成功的是2012年美国的一支参赛队,该大学研发的空中机器人自主进入了建筑物,并在10分钟的规定时间内搜索了各个房间并安全飞出了窗户,但它没找到U盘,其“手”上空空如也,任务未能完成。