周翊民：致力於無人機編隊用於生命搜救的研究
「現有的無人機，還需要人用方向盤來操縱指揮它的行動路線，未來的無人機將實現全自主飛行，尤其在地震、山體滑坡等自然災害事件發生後，無人機可以組成小分隊到現場進行生命搜救，這在未來3-5年將得到實現和廣泛應用。」深圳先進院集成所周翊民博士描繪著無人機美好的應用前景。
擁有牛津大學博士學位的周翊民，從2011年回國後做了哪些方面的研究？她為何對無人機的獨特場景應用技術情有獨鍾？近日，小鉅有幸與周博士面對面聊起她的求學和科研經歷。
牛津博士發力智能電網研究
周翊民有一份閃閃發光的求學簡歷：2008年畢業於英國牛津大學工程科學系, 曾在英國拉夫堡大學電子電氣工程系從事博士後研究工作，研究方向主要包括工業控制、故障診斷與容錯技術、感測器配置、模糊神經網路與機器人自學習等領域的研究；參與許多工程項目的開發與研究工作，如智能電網的能量優化控制、基於空調系統的緩變故障、磁懸浮系統的感測器優化配置、基於神經網路自學習晶元的優化演算法等。
2011年8月，周翊民博士加盟深圳先進院集成所，在這裡的研究工作始於智能電網。她把研究目光投向了方興未艾的電動汽車用電領域，針對我市電動汽車用電需求、分布現狀及配電網設施發展規劃，基於神經網路的無監督式學習演算法設計一種能夠監測感測器數據進行趨勢分析的需求側能量管理系統，考慮輸電網和用戶側利益，從時間和空間分布上多目標優化電力調度策略，比如，針對我市電動汽車出行特點以及電網配套的規劃布局，研究利用神經網路等AI技術定量分析大規模電動汽車充電對電網的影響並研發一種可用於電動汽車充電管理的優化策略，旨在最小化總供給電量和最大化用電利用率，解決大規模電動汽車入網充電可靠性問題；又如，針對我市電動汽車空間分布及區域配電網負載容量發展特點，研發一個適用於評估快速充電站建設的地點和規模的模型，分析快速充電站對電網造成的影響，解決如何有效布局快速充電站的規劃問題，為我市進一步推廣電動汽車進行技術儲備。
周翊民博士所在的科研團隊。
毫無疑問，周翊民博士的研究是超前的，也符合國際智能電網研究的潮流。2017年5月底，由中國科學院和歐盟聯合研究中心舉辦的中歐智能電網研討會在義大利伊斯普拉聯合研究中心召開，周翊民博士出席此次會議，並在會上就電動汽車和相關能量管理研究工作做了主題報告。6月2日，在布魯塞爾歐盟總部簽訂了中歐合作框架協議，此後，周翊民參與了中科院國際合作項目——基於電動汽車的低碳智慧交通若干問題研究的項目研究，這項研究目前還在進行中。
面向生命搜尋的微型飛行器技術研究獲資助
中國科學院科研人員的研究觸角一方面與國際學術前沿接軌，另一方面與國民經濟發展的現實需求接軌，正所謂「頂天立地」。從2016年開始，周翊民博士開始切入無人機在一些特殊場景中的應用研究，由於項目的技術先進性和深遠的社會意義，獲得廣東省和深圳市科技主管部門的資助。
周翊民解釋說：「目前，無人機硬體技術很成熟了，但如何應用到特殊場景發揮更大作用，還需要我們深入研究，比如，在海事方面，無人機可以巡查海岸線，可以進行空中救援，但這需要利用高級控制演算法，攻克無人機全自主飛行的關鍵技術，實現無人機自主避障、自主規劃路徑；在應急救援方面，小型無人機可以組成一支搜救編隊，利用基於5G技術的編隊通訊，保證通訊有效性，及時發現生命跡象，保證更多生命獲得及時救援。」
圖：多旋翼無人機通用航空飛行模擬系統
說明：研製模擬空管系統軟體，依據給定閾值實時完成碰撞檢測與報警，同時依據避撞演算法實現動態規避飛行控制指令生成，並通過地面站將控制指令序列向無人機實時注入。整個通用航空模擬驗證飛行過程所產生的飛行數據由地面站記錄，供後續演算法評估與系統分析使用。
小鉅看到用於搜救的微型四旋翼無人機，是一種具有四個固定螺旋槳交叉分布，並且通過四個螺旋槳提供動力來實現各種姿態飛行的無人飛行器。外圍載入有視覺、光流、超聲等核心感測器，還可擴展激光、空速計等感測器。同時為實現全自主功能，平台有配套的地面站，可進行參數調節、任務的規劃，飛行數據分析與監測。其體積小、結構簡單、安全性高，可以完成超低空偵察、監視、生命探索等許多複雜任務。
周翊民介紹，一支飛行編隊中，有一架無人機屬於領導者，它負責與地面站通訊，並和編隊成員機保持通訊，由於無人機飛行時間較短，在另一個時間段，由另一架無人機擔任領導者，這樣可以保證多架無人機通過集體力量來完成搜救任務。
圖：人、車同時識別結果展示
近幾年，周翊民團隊在控制技術方面注重經典控制、現代控制與智能演算法相結合，開發了基於全狀態信息的感測器選擇演算法、基於神經模糊關係模型的滑模控制器並用於故障識別、基於改進粒子群的能量優化演算法等一系列優化控制演算法。
「面向生命搜尋的微型飛行器技術研究」剛剛獲批深圳市2018年知識創新計劃基礎研究（學科布局）項目。目前，科研人員已經完成了無GPS的組合導航技術，採用BP神經網路與Kalman 濾波器相結合的綜合導航演算法，實現在無GPS 信號的基於INS/BPNN的導航功能。2019年底，該團隊將有望實現微型飛行器技術實施生命搜救的任務。
人物簡介
周翊民博士，現任中國科學院深圳先進技術研究院的副研究員，於2008年畢業於英國牛津大學工程科學系, 曾在英國拉夫堡大學電子電氣工程系從事博士後研究工作。研究方向主要包括工業控制，故障診斷與容錯技術，感測器配置，模糊神經網路與機器人自學習等領域的研究；參與許多工程項目的開發與研究工作，如智能電網的能量優化控制，基於空調系統的緩變故障，磁懸浮系統的感測器優化配置，基於神經網路自學習晶元的優化演算法等。2015年評為深圳市孔雀人才B類。發表60餘篇SCI/EI 高水平文章，申請專利10餘項，出版英文專著3本，組織多個國際會議，擔任第二屆DEIS和第三屆AIPR 國際會議主席，並擔任RAICT雜誌編委、及美國數字信息與無線通訊協會（SDIWC）協會的委員會成員及雜誌編委、及多個著名雜誌和會議的審稿人，與世界著名大學有著良好的合作。
本文作者：小鉅，一個有志於做最會講科技人士創新故事的新媒體人。如有轉載本文，請註明出處，轉自「鉅弘文化」。
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