金屬樂隊metallica的歐洲世界無線巡演上周四在哥本哈根的皇家競技場開幕，15000個座位爆滿，最令人驚艷的是，現(xiàn)場有一大群微型機器人在樂隊頭上飛舞。在樂隊完成火爆單曲“Moth Into Flame”之后，數(shù)十架微型無人機從舞臺上起飛，在舞臺上空形成了一個旋轉的圓圈。隨著音樂響起，越來越多的無人機加入了這個隊伍，在空中的造型越來越復雜，最后形成了三個相互交錯的圓形。

這是無人機群首次出現(xiàn)在一次重大巡回演出中。跟以前的無人機表演不同的是，這次表演是在室內(nèi)，并且無人機就在表演者以及演唱會觀眾的頭頂上。無人機在觀眾身旁飛舞，跟室外無人機相比感覺更親密。同樣的，近身飛行更有利于呈現(xiàn)3D立體效果，這也是金屬樂隊metallica想要呈現(xiàn)給觀眾的360度舞臺效果。

在這樣一個環(huán)境中，飛行的無人機如此接近觀眾，是一個巨大的挑戰(zhàn)。跟室外不一樣，室內(nèi)無人機無法依賴GPS信號，這些信號在室內(nèi)環(huán)境中會嚴重退化，不能滿足自主無人機的導航需求。在高壓、現(xiàn)場活動環(huán)境中，數(shù)十架無人機在接近人群時飛行的安全問題，給他們帶來了進一步的挑戰(zhàn)。由于在巡回演出中改變演出條件而帶來的不確定性，以及無人機系統(tǒng)組件和傳感器，包括數(shù)百個驅動無人機的馬達的變化，是這種無人機演出系統(tǒng)的另一個必要條件。

演出中使用的無人機生產(chǎn)商Verity Studios的創(chuàng)始人Raffaello D’Andrea表示，“安全性和可靠性是擺在首位的。” D’Andrea很清楚他在說什么：之前創(chuàng)立的公司Kiva system，2012年被電子商務巨頭亞馬遜以7.75億美元收購了，在那家公司，D’Andrea和他的團隊創(chuàng)造了自主倉儲機器人，他們可以在倉庫中全天候地工作。該公司后來更名為Amazon Robotics，現(xiàn)在一個倉庫內(nèi)最多可運行10000個機器人。

這是如何實現(xiàn)的？

簡而言之：Verity Studios的無人機表演系統(tǒng)是一個采用分布式人工智能、機器人技術和復雜算法來實現(xiàn)現(xiàn)場娛樂業(yè)所需要的強大性能和安全性的先進演出自動化系統(tǒng)。憑借其在百老匯大約7000次自主飛行的紀錄，在398場現(xiàn)場表演中，Verity Studios已經(jīng)在更大的Stage Flyer無人機上取得成功，它不是這個行業(yè)的新兵。

要進行這樣的無人機表演需要很多要素，無人機本身只是其中一個方面。Verity的無人機是自主的，由一個人監(jiān)管，不需要單獨控制無人機的動作。相反，操作員只發(fā)出諸如“起飛”或“著陸”的高級命令，一次監(jiān)管多個無人機的運動，并對應對異常狀況。換句話說，Verity先進的自動化系統(tǒng)替代了很多人類操作員的角色，對無人機進行標準的遠程控制。無人機是飛行機器人，在人類的監(jiān)管下可以自主導航、自動駕駛。自主無人機的動作及其照明設計由Verity的創(chuàng)意人員編排。

為了實現(xiàn)自主導航，無人機需要一種可靠的方法來確定他們在空中的位置。如上所述，雖然無人機在室外可以使用GPS進行自主導航，但是GPS在室內(nèi)并不是可行的選項：GPS信號在大型結構（如高層建筑物）附近會產(chǎn)生降級，在室內(nèi)環(huán)境中通常不可用或嚴重退化。由于退化的GPS可能會導致自主飛行的不可靠或不安全，Verity無人機采用專有的室內(nèi)定位技術。
 

它由一個可靠的室內(nèi)定位系統(tǒng)和智能自主無人機以及一個合適的操作界面組成，允許metallica表演的唯一操作員同事控制多個無人機協(xié)調(diào)運動。這種方法不僅僅能提高效率和效能（誰希望需要幾十名操作員在現(xiàn)場），而且也是一項關鍵的安全要求：操作員出錯是許多現(xiàn)場活動中無人機事故的重要原因。隨著無人機數(shù)量的增加，安全風險迅速增加，導致飛行計劃更加復雜，空中相撞的危險也增大。自主控制讓操作員更安全地遠程控制多個無人機，特別是在很小的空域中操作時。

盡管可能存在其他潛在故障（包括無線干擾，硬件或軟件組件故障，斷電或惡意中斷/黑客攻擊），Verity的系統(tǒng)也必須進行安全設計。在百老匯的398次表演中，面臨的最大安全挑戰(zhàn)是：人為失誤。 在百老匯劇院工作人員操作的時候，Verity的系統(tǒng)五次糾正了人為失誤，并且阻止了有關無人機的飛行（在這些場合，這個演出持續(xù)了六或七架而不是這次的八架無人機，只有一次沒有任何無人機作為安全措施，即無人機表演的“正常運行時間”為99.7％）。 正如我和我的同事在最近公布的有關無人機表演最佳實踐的概述文件中描述的那樣，在現(xiàn)場活動中使用無人機，安全是一項艱巨的任務。

Verity表演創(chuàng)作過程中的另一個關鍵因素是無人機創(chuàng)作工具。規(guī)劃像metallica巡回演唱會那樣的演出，需要工具來高效地創(chuàng)建大量的無人機軌跡。這些軌跡必須考慮到無人機的實際飛行動力學，考慮到執(zhí)行機構的限制，以及空氣動力學效應，如空氣湍流或升力。由這些工具產(chǎn)生的無人機動作需要無碰撞并允許進行緊急操作。為了創(chuàng)造引人注目的效果，無人機創(chuàng)作工具還需要了解無人機的所有動態(tài)性能，這是D’Andrea團隊在創(chuàng)建Verity Studios錢就有著豐富經(jīng)驗的另一個領域，因此，作為研究的一部分，在瑞士聯(lián)邦理工學院的Flying Machine Arena實驗室進行。

創(chuàng)造一個引人注目的無人機表演需要的不僅是無人機表演系統(tǒng)本身。為了這次巡演，Verity Studio與世界領先的舞臺自動化公司TAIT Towers合作，將無人機融合到舞臺上，并解決與此次巡演相關的一系列其他技術挑戰(zhàn)。

雖然技術是關鍵的推動者，但Verity的演出出發(fā)點和關鍵驅動因素是非技術性的。相反，表演是由表演設計者的創(chuàng)意意圖驅動的。這包括定義表演無人機在現(xiàn)場表演中的作用，以及確定他們與演出創(chuàng)意概念的視覺和音樂圖案的融合。 對于metallica，無人機的飛行軌跡和照明是由Verity的編舞團隊創(chuàng)建的，并結合了metallica產(chǎn)品團隊和樂隊的反饋信息。