王 芳  干思思

天阴着，云层低而厚重，不远处山岚四起。云雾缭绕的背景中，一只红色的“云雀”嗡嗡飞升。海拔6000米，廓琼岗日冰川区，在令人望而生畏的高海拔、低压、缺氧及翻脸无情的多变气候中，飞行机器人“云雀”完成了冰面温度热红外影像监测、冰川三维地形勘测与建模、高空大气温湿压与黑碳通量垂直廓线监测工作，成为我国首款可适应极高海拔环境的科考机器人。

这意味着，艰苦的高原科考工作，飞行机器人终于可以助其一臂之力，青藏科考终于从以肉身搏自然，往无人化、立体化、网络化又推进了一步。尽管站在寒冷的冰川上良久，但杨丽英带领的机器人化科考队员们心中无比激动，他们对未来极端环境下的科考和飞行机器人在各行各业的应用生出了无尽畅想……

科研观

2011年，杨丽英从中国科学院沈阳自动化研究所模式识别与智能系统专业毕业，获工学博士学位。同年，她任职于沈阳自动化研究所，迄今已过十载春秋。这十年，是无人机产业从萌芽探索到蓬勃发展的十年。从2015年国务院《中国制造2025》发展规划提出“推进干支线飞机、直升机、无人机和通用飞机产业化”的发展战略，到2017年《关于印发新一代人工智能发展规划的通知》提出“发展消费类和商用类无人机”的政策，显示了我国政府将无人机产业作为重点支持产业，坚定开拓无人机市场的决心。从被誉为“会飞的照相机”的航拍无人机到在农业、测绘、警用、电力等行业广泛应用的工业级无人机，无人机也正用自己独特的魅力和广阔的应用前景创造历史。踏浪而行，杨丽英在这一行业耕耘出亮眼的成果。

沈阳自动化研究所的科研人员都有一个“实干”的共性。早年，无人机技术发展有限，科研人员对理论研究较多，杨丽英在硕博期间主要研究无人机自主性和智能性提升的相关理论。后来，无人机技术越来越成熟，将理论与实践相结合，从实际需求出发，对技术和理论进行创新提升，成为大家的共识。“云鸮100”和“云雀”两架无人机就是杨丽英作为主导技术负责人对实事求是科研观的践行。研发过程中的遗憾和教训，更成为她和伙伴们对质量进行严格管控的动力。

诗意“云雀”

自主行为是指在未知、动态、非机构环境下，在尽量少的人为干预的情况下，以优化方式完成使命的能力。“起初，无人机的应用简单且初级，主要进行图像和视频的采集。当时，应用环境简单，一般为空旷的环境，无任何障碍物。但是随着行业和技术系统的进步，对无人机应用提出了更高要求。比如它在执行任务时的可靠性、智能性和环境适应性等。”在杨丽英看来，无人机只有体现出它能够代替或辅助人类完成困难任务的能力，才算真正实现自身价值。关于高原辅助值守机器人的研究，也正是以此为出发点。

神秘的青藏高原蕴含着丰富的生态、水域和动植物等资源，是理想的科研圣地。在这里，板块碰撞、山峦隆起，河流与冰川、季风、气候变化相互影响，吸引着来自地质学、气象学、地球物理学、生物学等领域的科学家。帮助科学家更高效地开展科考工作，减少人员伤亡，是“云雀”飞行机器人的使命。

然而，当无人机在稀薄的空气中飞行时，旋翼转速增加，电流增大，续航时间会相应减少；风速超过4级，将影响到飞行的稳定性；变化多端的地形则给路径规划带来挑战……种种技术难点摆在眼前，杨丽英带领小组成员走上辛苦的技术攻坚之路。最终，他们攻克了“稀薄大气中的高效升力系统设计”“高原强风干扰下的自主控制”等技术瓶颈，使“云雀”实现了空气稀薄、强风扰等极端环境下的自主起降、定点/航迹飞行、仿地飞行、动静态障碍物避碰等自主功能。“云雀”具备了“携带5公斤科考载荷、抵御7级大风，在海拔6000米的高度飞行近30分钟”的综合能力。

杨丽英曾先后4次带着“云雀”前往青藏高原协助科考队完成任务。小小“云雀”增稳悬停在灾后的雅鲁藏布江大峡谷色东普沟上方，进行图像实时采集与环境监控任务；在海拔4370米的雪域圣湖纳木错，它完成了深部水体样品自动化采集和湖水温度垂直剖面实时监测工作；在金色魂山阿尼玛卿，在维格勒当雄冰川，在廓琼岗日冰川……“云雀”用实力证明，它的自主作业能力已经可以覆盖青藏高原所有野外科考站和绝大部分冰川区。

从嫦娥偷食长生药飞上月宫，到敦煌壁画上畅游于天地间的婀娜“飞天”；从黄帝乘龙升天，到洛神驾六龙云车返回仙界；从墨子、鲁班为木鸢，到诸葛亮制作孔明灯……关于飞行这一梦想，古人已经创造出太多奇幻的实现方式，而“云雀”既继承了古典浪漫，又在雪域秘境书写出了自己的诗意。

多面“云鸮”

与轻盈诗意、专门针对高原科考研发出来的“云雀”不同，“云鸮100”是一架在各行各业应用非常广泛的无人直升机，载重可达30公斤，续航2小时。这是杨丽英所在团队第一款全自主研发的无人机，她表示：“在‘云鸮100’无人机的研发过程中，从采购配件到装配生产，再到最后的实验，我们实现了完整的质量管控。”

之所以这样强调，是因为刚开始工作的几年里，杨丽英曾经历过两次惊心动魄的百公斤级无人机坠毁事件。“有一次，无人机在野外测试飞行中由于飞机本体振动较大引起零件松动、线路中断，导致信号传输受阻。无人机在空中突然失控了！但是我当时心里想的是，千万飞回来，不要飞太远，因为不知道它会不会掉落在未知的地方，对别人造成二次伤害。”后来那架无人机掉落在杨丽英50米开外的地方，那种揪心和惊惧令她久久不能忘怀。

“其实原因在于，我们一开始经验不足，人手也相对缺乏。一个10人左右的团队要负责包括无人机的机体自主设计、飞控系统的研发、系统集成、外场测试及应用一整套流程。这么大体量的任务，为了追赶进度，就会出现做得不严谨和不细致的地方。”但是经历了两次这样的坠机损毁事件后，组内成员开始意识到质量管控的重要性。熬了那么多日日夜夜做出来的“大家伙”，说毁就毁了，这样的事情，杨丽英再也不想发生在自己的项目组中，而这些心思也都体现在了“云鸮100”的研发过程中。

“‘云鸮100’攻克了长续航、强抗风、高可靠本体设计，复杂气流中的自主稳定飞行控制，动态环境中自主轨迹规划与跟踪，多机编队飞行，以及双机自主避碰等多项关键技术，解决了动态平台自主起降，高海拔环境、低温环境自适应飞行等难点问题。”并且，它在国内率先开展了灾难救援、电力巡检与架设、精准农业等行业应用。在芦山4·20地震救援现场，它为人员救助提供了信息保障；在大连新港输油管线爆炸后的现场，它完成了国内无人机首次溢油监测工作；在电力应用领域，它实现了无人机巡线和电力架设，创造经济效益超过3亿元；在农业应用方面，它创新采用了一种超低空超微量施药方式，大大提高了农药效用，在全国各地建立了130多平方千米示范应用基地……

做项目，解新题，杨丽英与组内成员一直致力于无人机的智能化提升。“我们还想做更有技术含量的工作，比如让‘云鸮100’无人机实现‘子母型’系统集成，在空中释放和回收小型多旋翼无人机；给‘云雀’无人机装上手臂在高原进行冰川样本采集，我们还有很长的路要走，我们不怕吃苦。”

（责编：王芳）