劉哲軒：構建基於無人機的物聯網

無人機過去十年最大的變化在於它具備了聯機能力，這讓無人機能像智能手機一樣，可以連接人、物、網路，並進行信息交換和通信，從而構建出一個以無人機為主的物聯網信息世界。

今天鍾德夫給大家帶來的是劉哲軒在杭州氪空間分享的《構建基於無人機的物聯網》演講主題。他分別從感知層、網路層、平台層和應用層的角度闡釋了無人機物聯網系統架構。

劉哲軒，本科畢業於美國威斯康星大學麥迪遜校區 CS 專業，碩士畢業於美國喬治亞理工學院機器學習與計算機視覺方向。畢業後，在微軟雲與企業服務部門擔任軟體開發工程師。於 2017 年加入奇志科技，負責公司人工智慧相關開發。

以下，enjoy：

大家好，今天很榮幸在這裡和大家分享一下我對無人機和物聯網的一些淺見，以及我們的產品 Mesh 在這之中發揮的作用。

首先我們從物聯網說起。物聯網是現在非常火熱的話題了，一句話概括就是萬物相聯。可是為什麼我們需要它，或者說它們能為我們帶來什麼呢？現在對於物聯網的解讀非常多，我始終覺得 Kevin Ashton 在 2009 年的一次評論中的觀點非常有啟發，這裡也借他的話來拋磚引玉一下。

其實 IoT，Internet of Things 這個詞就是 Kevin Ashton 在 1999 年的一次演講中提出的，那時候的目的還是為了將供應鏈和方興未艾的互聯網結合起來。十年之後，在 2009 年他又一次闡述了自己對於物聯網的看法：在那個時候，互聯網的基礎建設已經非常完善。電腦與電腦的連接，通過路由器，通過各類協議相互連接以及交換由人類及人類社會產生的信息。這張巨大的網路已經鋪滿了整個世界，中間有數不清的節點，可是卻漏掉了一個環節 —— 人。可是人偏偏是不擅長消化這些存在於數字領域的信息的，我們看不懂任何一個位元組，更不能以它們為食。物聯網的存在就是為了解決這裡的矛盾，在把人納入這個信息網路的同時，儘可能地去解放人的時間和精力，讓信息的傳遞更有效率。IoT 概念里有一句話叫「Anything that can be connected, will be connected.」，其實你和我也在這其中。

比如說，從你起床到出門，鬧鈴響起後會自動逐步調亮卧室到廁所的燈光，告訴咖啡機算好時間給你倒上咖啡，又或是馬雲爸爸提到過的智慧城市的概念。

那麼怎麼做到呢？其實很簡單，讓機器能理解它所存在的世界，能主動地去收集、分析和輸出數據，而不再是被動地依賴人來進行數據的輸入和統籌。當越來越多這樣的機器，甚至是機器上的一個個部件被連接起來之後，能給我們的工作和生活帶來極大的便利、以及效率的提升。

下面我將通過我們公司的產品 Mesh 來將構建物聯網的過程展示出來，同時將我們看到的，其中的價值與大家分享。

概括地說，就是我們提綱中提到的：

• 感知層 - 感測器在此的參與度非常高，解決的問題是【我是誰，我在哪兒？】
• 網路層 - 我怎麼把我知道的、我做了的事情告訴大家
• 平台層 - 其實是一次分工，不同的物體專註做它們的事情，在平台中處理、交換信息
• 應用層 - 這樣一個體系，在具體的市場和場景中，帶來的定製化服務能產生巨大的價值和效應

感知層

首先我們來解剖一下無人機，無人機是什麼呢？很簡單，就是沒有人在上面的飛機嘛，然後由人通過遠程遙控技術對它進行操控。其實無人機就是一個空中的機器人，是接入物聯網的一環。好，我們從無人機上來看看它是怎麼樣解決【我是誰？我在哪兒？】這個宇宙級的哲學問題的。

無人機身上有非常多的感測器，比如陀螺儀，加速度計、IMU、磁場感應器、斜度感應器、GPS等等，加上一台照相機，其實就構成了一個非常簡化版的我們的頭部——它能「看」到、能「感覺」到它周遭的世界，它不一定知道這些東西是什麼——這些需要我們人來教授它，但它能感知到這些東西的存在。可以把它想像為一個兩三歲的嬰兒，它還能保證自己走路是平穩的，是走直線的，但是它還不知道什麼東西是有害的，什麼東西是有益的。

可是，擁有這些設備的它，採集回來的信息將是非常豐富的 —— 我們能通過相機知道它看到了什麼，能通過陀螺儀、加速度計和 IMU 知道它的飛行姿態、特徵和路徑，能通過斜度計來知道它的飛行高度，能通過 GPS 來知道它的具體定位。而這些信息結合起來，又可以知道它「看」到的東西在什麼具體的位置，結合計算機視覺的技術，又能夠知道它「看」到的東西是什麼。這麼一個動態循環的過程，它其實就逐步繪製出了自己所在的世界，也完成了對周遭環境數據的一次採集。

這之中還能涉及到非常多的其他設備，比如紅外熱像儀，能夠得到紅外熱成像的視頻和圖像；比如雲台，能夠增加無人機相機鏡頭的穩定性、兼容性、旋轉角度等等。這些設備都在處理硬體層面的信息交互。一般來說，它們組合在一起形成了一個完整的飛控系統，並由無人機生產方在具體操作系統（如 iOS）上接入它們，提供更便捷的介面給使用者，比如 DJI GO。

還有的無人機廠商，如 DJI 和 Parrot 將這些硬體的介面封裝成了 SDK 並開放了出來。事實上，這是一個趨勢。我們的 Mesh 產品就有針對這些 SDK 做二次開發。二次開發之後，我們能提供 DJI GO 所有的功能 —— 基本的操控，以及更多定製化的操作和服務。同時，我們也會對這些介面二次封裝，讓更多的開發者能通過 javascript 來調用底層的介面。

網路層

當我們能夠幫助用戶和開發者通過無人機採集到這些數據之後，我們要做的就是將信息和數據流向其他端點，比如將無人機的照片從我的手機端流到你的手機端，就是一次圖傳；比如將你對無人機的操作從你的手機端流向我再流向無人機，就是一次多人基於無人機的協作；比如將多台機子收集到的數據同步到遠程的桌面端，再經由雲端來進行運算處理、返回結果、生成模型。可以看到，在這個過程中，數據的流動是貫穿全程的關鍵詞，也是我們 Mesh「一切皆流」的意思。

這之中會涉及到許多的通信技術和協議。目前 DJI 它們自己研發出了傳輸的硬體，保證了從無人機到遙控器之間數據的流通，而我們 Mesh 里除了 http 之外，我們還會使用 udp 來進行圖傳和多人協作中消息的傳遞。會用到 WebRTC 的技術來做多節點之間數據的同步。除此之外，還會通過 WiFi/藍牙等實現極端條件下短距離的數據傳輸。

這樣規模和體量的通信過程中需要克服的難點很多，穩定性、抗毀性、覆蓋面積都是需要不斷提升的。在 Mesh 里我們會實現基於無人機的自組織網路。所謂自組織網路就是無中心的網路結構。每一台無人機既是主機也是路由，作為主機可以執行面向用戶的各項程序和任務，作為路由則又是整個網路信息交換的節點。

平台層

在保證了數據和信息可以在這張網之中暢通流動之後，我們又能做什麼呢？按照我們上面提到的物聯網的意義的思路，就是去幫助人們去不斷地消化這些海量的信息，將人也納入網路中來，優化人們的體驗。說到處理海量信息，首先去想用的就是雲計算的平台了。雲計算在物聯網中也可以被看作一個大的節點，它裡面可以有更細化的功能性的分工，但作為一個節點來說它們各有各的任務。

在 Mesh 里，我們提供的雲計算平台服務，能夠對輸入的數據進行處理消化，輸出成能夠直接或間接提升人們體驗的實體，比如二維/三維的建模，比如全景圖的生成，比如計算機視覺對物體進行實時識別的模型等等。而且數據的流動並不在這裡停止，它輸出的信息會在其他節點中轉化成反饋，幫助在未來輸出更優質、準確的信息。

應用層

說到這裡，好像已經說完了，我們展示了 Mesh 是怎樣從無人機這一個點，連通更多的設備和服務，組成一張網路的。但其實，我們的願景遠不如此。

上面說到的這些，都是我們定下的一張物聯網藍圖，它的節點互相連通，可是並不固步自封地選擇在自己的網路中閉合。因為我們意識到，這樣一張藍圖，接入到應用層，接入到企業服務中會產生巨大的效應。

可以看到，這樣的一張網路是看不到止境的，因為它只止於我們的想像力。同樣的，無人機也只是 Mesh 切入物聯網的一個點，我們的願景和物聯網的初衷是一致的，就是連通更多的智能設備，在具體的企業化服務中、或者人們的生活場景中，提高信息傳遞和消化的效率，提供更便捷的服務。

最後，我們可以通過點擊下面的鏈接觀看到完整版的現場分享，可溫故，亦可知新：

[DroneSalon] 劉哲軒：構建基於無人機的物聯網

相關閱讀

1. 文紹斌：無人機+程序猿==啥
2. 李秉駿：消費級無人機的技術及商業分析