【欄目引言】隨著低空經(jīng)濟(jì)的快速崛起，無人機(jī)物流、低空旅游、應(yīng)急救援等新業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)，但低空環(huán)境的復(fù)雜性——多變的氣流、突發(fā)的氣象、密集的障礙物等，始終是制約低空經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的核心瓶頸。如何在地面精準(zhǔn)復(fù)刻低空復(fù)雜環(huán)境，為低空裝備研發(fā)、性能測試提供可靠支撐？近日，我們走進(jìn)某重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，專訪了低空復(fù)雜環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置負(fù)責(zé)人李教授，帶大家揭開這臺(tái)“低空環(huán)境復(fù)印機(jī)"的神秘面紗。
記者：李教授，您好！首先能否請(qǐng)您用通俗的語言給我們介紹一下，低空復(fù)雜環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置到底是什么？它核心要解決什么問題？
李教授：您好！簡單來說，這臺(tái)裝置就是在實(shí)驗(yàn)室里“造"出一個(gè)和真實(shí)低空一模一樣的復(fù)雜環(huán)境，讓各類低空裝備在這個(gè)“人造環(huán)境"里先“闖關(guān)"、做測試。我們知道，真實(shí)低空環(huán)境特別復(fù)雜，比如城市上空有高樓產(chǎn)生的亂流、山谷里有突發(fā)的陣風(fēng)、沿海地區(qū)有鹽霧和強(qiáng)風(fēng)，還有雨、雪、霧等惡劣氣象條件。如果直接讓新研發(fā)的無人機(jī)、低空飛行器去真實(shí)環(huán)境測試，不僅風(fēng)險(xiǎn)高、成本大，而且環(huán)境參數(shù)無法控制，很難精準(zhǔn)判斷裝備的性能短板。
這臺(tái)裝置核心要解決的，就是“環(huán)境可控、參數(shù)可復(fù)現(xiàn)"的問題。它能把真實(shí)低空的各類復(fù)雜因素——從風(fēng)速、風(fēng)向的細(xì)微變化，到雨霧、沙塵的強(qiáng)度，再到建筑物、電線等障礙物的分布，都精準(zhǔn)模擬出來，讓研發(fā)人員可以在安全、可控的條件下，全面測試裝備的飛行穩(wěn)定性、抗干擾能力、避障性能等關(guān)鍵指標(biāo)，為低空裝備的研發(fā)迭代和安全認(rèn)證提供科學(xué)依據(jù)。
記者：聽起來這臺(tái)裝置的技術(shù)含量很高。能否具體說說，它都能模擬哪些復(fù)雜的低空環(huán)境？在技術(shù)上有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢？
李教授：我們這臺(tái)裝置的模擬能力覆蓋了低空環(huán)境的“全要素"，主要分為三大類：一是氣流環(huán)境，這是低空飛行最核心的影響因素。我們能模擬從微風(fēng)到12級(jí)強(qiáng)風(fēng)的不同風(fēng)速，還能精準(zhǔn)復(fù)刻城市亂流、山谷陣風(fēng)、尾流干擾等不規(guī)則氣流，甚至可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)向的毫秒級(jí)突變，還原真實(shí)飛行中遇到的“突發(fā)氣流沖擊"。二是氣象環(huán)境，我們集成了雨、雪、霧、沙塵、鹽霧等多種氣象模擬系統(tǒng)，比如模擬暴雨時(shí)的降水強(qiáng)度、霧天的能見度，這些都是低空飛行中影響視野和裝備可靠性的關(guān)鍵因素。三是障礙物環(huán)境，我們通過高精度機(jī)械裝置和數(shù)字孿生技術(shù)，在模擬空間內(nèi)構(gòu)建出高樓、橋梁、電線、樹木等真實(shí)場景的物理模型，同時(shí)結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，拓展出更大范圍的復(fù)雜障礙物場景，測試裝備的避障決策和路徑規(guī)劃能力。
技術(shù)上的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先是“高精度"，比如風(fēng)速控制精度能達(dá)到0.1米/秒，氣象參數(shù)的模擬誤差小于5%，能精準(zhǔn)匹配真實(shí)環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)；其次是“全耦合"，我們不是單獨(dú)模擬某一種環(huán)境因素，而是讓氣流、氣象、障礙物等因素相互作用、協(xié)同模擬，比如模擬“大風(fēng)+暴雨+高樓亂流"的復(fù)合環(huán)境，這更貼近真實(shí)低空的實(shí)際情況；最后是“可定制"，針對(duì)不同的應(yīng)用場景，比如城市物流、山區(qū)救援、海上作業(yè)，我們可以快速調(diào)整模擬參數(shù)，定制專屬的測試環(huán)境，滿足不同類型低空裝備的測試需求。
記者：這些技術(shù)優(yōu)勢背后，肯定離不開團(tuán)隊(duì)的大量投入。能否分享一下，在裝置研發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)遇到的最da挑戰(zhàn)是什么？是如何克服的？
李教授：最da的挑戰(zhàn)確實(shí)是“多環(huán)境因素的協(xié)同控制"。真實(shí)低空環(huán)境中，氣流、氣象、障礙物之間是相互影響的，比如強(qiáng)風(fēng)會(huì)改變雨滴的運(yùn)動(dòng)軌跡，高樓會(huì)擾亂氣流方向，這些相互作用非常復(fù)雜。一開始，我們嘗試分別控制各個(gè)環(huán)境系統(tǒng)，但發(fā)現(xiàn)模擬出來的環(huán)境和真實(shí)情況偏差很大，無法滿足測試需求。
為了克服這個(gè)問題，我們團(tuán)隊(duì)聯(lián)合了流體力學(xué)、氣象學(xué)、控制工程等多個(gè)領(lǐng)域的專家，經(jīng)過三年多的攻關(guān)，研發(fā)出了一套“多場耦合控制算法"。這套算法能精準(zhǔn)計(jì)算出不同環(huán)境因素之間的相互作用關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流、氣象、障礙物等系統(tǒng)的協(xié)同控制。比如，當(dāng)模擬“陣風(fēng)+霧天"環(huán)境時(shí)，算法會(huì)根據(jù)陣風(fēng)的風(fēng)速和方向，實(shí)時(shí)調(diào)整霧滴的濃度和分布，讓模擬環(huán)境更貼近真實(shí)情況。同時(shí)，我們還通過大量的真實(shí)低空環(huán)境數(shù)據(jù)采集，建立了龐大的環(huán)境數(shù)據(jù)庫，為模擬精度的提升提供了數(shù)據(jù)支撐。可以說，這臺(tái)裝置的每一個(gè)技術(shù)參數(shù)，都凝聚著團(tuán)隊(duì)的心血。
記者：目前這臺(tái)裝置的應(yīng)用情況如何？它對(duì)推動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展有哪些重要意義？
李教授：目前，這臺(tái)裝置已經(jīng)為國內(nèi)多家無人機(jī)企業(yè)、科研院所提供了測試服務(wù)，涉及工業(yè)巡檢無人機(jī)、物流無人機(jī)、應(yīng)急救援直升機(jī)等多種低空裝備。比如，某物流企業(yè)研發(fā)的城市配送無人機(jī)，在我們這里完成了“高樓亂流+小雨"環(huán)境下的飛行測試，發(fā)現(xiàn)了其避障系統(tǒng)的短板，經(jīng)過優(yōu)化后，該無人機(jī)的飛行安全性大幅提升，目前已經(jīng)在多個(gè)城市投入試點(diǎn)運(yùn)營。還有某應(yīng)急救援團(tuán)隊(duì)的直升機(jī)，通過在我們這里模擬的“山區(qū)陣風(fēng)+低能見度"環(huán)境測試，完善了飛行操控策略，為后續(xù)在復(fù)雜山區(qū)開展救援任務(wù)提供了安全保障。
它對(duì)低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展的意義，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，讓低空裝備企業(yè)不用再花費(fèi)大量的時(shí)間和資金去真實(shí)環(huán)境中反復(fù)測試；二是提升裝備安全性能，通過全面、嚴(yán)苛的模擬測試，提前發(fā)現(xiàn)裝備的安全隱患，減少實(shí)際飛行中的事故率；三是規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，隨著低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，低空裝備的安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)越來越重要，這臺(tái)裝置能為制定科學(xué)、合理的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)支撐，推動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展。
記者：展望未來，團(tuán)隊(duì)對(duì)這臺(tái)裝置還有哪些升級(jí)規(guī)劃？
李教授：未來，我們主要有兩個(gè)升級(jí)方向：一是拓展模擬范圍，目前我們的裝置主要模擬中低空環(huán)境，下一步我們計(jì)劃提升裝置的高度模擬能力，覆蓋更高的低空區(qū)域，同時(shí)增加對(duì)極duan環(huán)境的模擬，比如強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、暴雪、強(qiáng)電磁干擾等，滿足更多特殊場景低空裝備的測試需求；二是融合更多新技術(shù)，比如AI技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)，通過AI算法自動(dòng)優(yōu)化測試方案，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬的模擬空間，實(shí)現(xiàn)“物理模擬+虛擬仿真"的雙重測試，進(jìn)一步提升測試效率和精度。我們希望，這臺(tái)裝置能持續(xù)為低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展保駕護(hù)航，讓更多安全、可靠的低空裝備走進(jìn)我們的生活。
記者：非常感謝李教授的精彩分享！通過您的介紹，我們不僅了解了低空復(fù)雜環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置的神奇之處，也看到了科研團(tuán)隊(duì)為推動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展所做的努力。相信在這樣的“硬核"科技支撐下，我國低空經(jīng)濟(jì)一定能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。
【欄目結(jié)語】從實(shí)驗(yàn)室里的“人造低空"到現(xiàn)實(shí)中的“飛行自由"，低空復(fù)雜環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置的研發(fā)和應(yīng)用，為低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展打通了關(guān)鍵瓶頸。隨著科技的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，未來低空領(lǐng)域?qū)⒂楷F(xiàn)出更多新業(yè)態(tài)、新模式，為我們的生活帶來更多便利和驚喜。
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