无人机的问题

这个问题看到好几天了，一直没有想好到底怎么回答，一方面是接触到的小米无人机资料不够多，一方面是最近在赶论文，现在论文写完了，是可以论一论这个问题了。首先整体来说我对小米还是持欣赏态度的，小米的手环，路由器，手机，机顶盒，游戏手柄我都用过，而且有的一买就是好几个。这里面的东西有好有坏，很难一概而论。这个问题问小米的无人机向大疆的无人机有什么差距，我想应该问的是和 dji 的旗舰款消费机有什么差距吧？毕竟我们不能用一个已经被淘汰的机型和小米新的机型进行比较--虽然他们价钱一样，但是这是很不科学的，因为技术进步的太快，现在看去年 DJI 的产品，和 Phantom 4一比算是十分简陋了，但是去年的时候也觉得当时的 Phantom 3厉害的不行不行的。

第一玩到 P3的时候大概是一年前，当时觉得好激动哇，终于有一个靠谱的可以在室内飞行的飞机了（inspire 1太大了）第一玩到 P3的时候大概是一年前，当时觉得好激动哇，终于有一个靠谱的可以在室内飞行的飞机了（inspire 1太大了）言归正传，先来个宏大叙事，说说宏观上的事情，从我纯粹的个人角度而言，其实对消费无人机这个市场有更多靠谱的参与者本身还是蛮期待的，一方面是新的玩家会带来新的思路，而一家独大的垄断会造成行业领袖走入歧途，而3DR 被干趴下之后大疆确实缺乏一个合格的对手--需要足够的飞行控制经验，软硬结合的能力，人工智能和视觉方面的人才；另一方面是我个人确实喜欢各种各样新鲜的玩具，而我最喜欢的玩具以前是航模，现在是能够自己飞来飞去的无人机。所以小米发布无人机这事儿本身还是蛮期待的。而另一点呢，无人机不同于手机等等，无人机到现在还没有完全脱离安全性的隐忧，不看说明书就蛮干最后引起摔机危害自己和他人安全的在论坛上比比皆是，我们所有人都想把无人机做成一个人人触手可及的生活助手，但是无人机的发展除了个人的奋斗，历史的进程也是很重要的。目前我们刚刚拥有了一定的让无人机安全飞行的能力的萌芽，这个萌芽包括了能够在复杂环境下悬停的能力，飞行器的多路冗余 IMU，飞行中绕开障碍物的能力，像 A3这样的专业飞控还具有断桨保护的能力，而 Phantom 4在丢失信号之后能够『小蝌蚪找妈妈一样』回来的能力（比如这个帖子感谢智能避障，让我没有提控回家 | 大疆社区）。就像是载人飞行器一样，其实一架超轻型的载人飞行器的制造并不难，有很多家庭作坊都有生产它的能力，真正难的是安全。无人机目前的市场也比较脆弱，我记得在直播中，雷军说了一个冷笑话，『无人机就要在无人的地方飞』。其实这句话添加进去一个『没有经验』的 更加符合实际情况一些。说实话，对于小米无人机我是有一些失望的，倒不是他的功能和设计（这个我们之后再谈），而是贯穿发布会的对于安全颇漫不经心的态度，雷军给我们当场示范了如何错误的安装螺旋桨和如何错误的安装云台，这两者都是容易造成飞行事故的，我甚至怀疑小米无人机当天的坠毁事件多半是因为射桨造成的。其实无人机的工程机出点状况确实再正常不过了，『失败是成功之母』嘛，但是小米亲自给用户示范了闹事夜航和炸鸡还是让我这个从小学初中开始接触航模的人心里一寒。无论是避障，悬停，这些东西的第一目的就是无人机能够安全的飞行，而4k 的录像也好这些也要建立在安全飞行的基础上。所以不管怎么样，在此希望小米能够长点心。一个危险的无人机操作可能带来的后果需要玩家和行业整体承担。这里我们举两个例子，第一个例子一个人小伙伴在飞行至500m 高空之后（要知道 DJI App 上明确写了超过120m 高度需要查阅当地的法规，我这里也不鼓励大家尤其是新手飞行到120m 之上）拍摄到了歼击机的身影。 还有，这一事件的直接后果是全华北的无人机被禁飞，很多搞科研的小伙伴都受到了影响，当时在北京六环外租了块玉米地搞开发的 @Botao Amber Hu甚至还接到了当地村委会的通知。

另一个事件是双流机场最近炒的沸沸扬扬的无人机导致航班停飞的，要知道现在的主流飞行控制器都内置了地理围栏系统，避免在机场附近的飞行，消息出来第二天我们就看到了一下的新闻另一个事件是双流机场最近炒的沸沸扬扬的无人机导致航班停飞的，要知道现在的主流飞行控制器都内置了地理围栏系统，避免在机场附近的飞行，消息出来第二天我们就看到了一下的新闻

到底是不是零度惹的祸我不清楚，但是一两个用户作死影响全行业的例子确实不少。到底是不是零度惹的祸我不清楚，但是一两个用户作死影响全行业的例子确实不少。安全，安全，还是安全，如果小米无人机不能保证自己的安全性，一切的比较是缺乏意义的，因为小型无人机绝不是玩具。这里我再举一个例子，我在锻炼时候喜欢蹬自行车，常常会注意到自己的双腿蹬车的功率--巅峰时期仅仅150W 都不到，平时也就70W 上下，而一架 Phantom 4的 功率有多大呢？悬停功率大约在200W-300W，而巅峰时期的功率更高，这相当于至少三个我才能有 Phantom 4上面那几个小电机的功率

（就这个小东西的极限功率比一般成年人都高）。（就这个小东西的极限功率比一般成年人都高）。所以我想，小米无人机也好，各种各样的新式无人机也罢，如果没有尽可能的做到安全二字，是没有比较性能的必要的。当然，另一方面我们要比一比指标了，晚上总喜欢拿小米和2999的 P3S 比，这是非常没有意义的，因为他们俩价位相同，而小米无人机真正售卖的时候后者的价格都不知道降成什么样子了。如果小米还认为自己是价格屠夫的话，我们无妨拿他和 Phantom 4做一比较，这个比较就像是是用1999的小米和4999的 iPhone 比较一样，我想是符合小米『价格屠夫』的定义的。安全性我说了那么多了，那就先说说螺旋桨吧。小米的螺旋桨被我们称作『自紧桨』，是被大疆淘汰的一种螺旋桨，

我们可以看到，这两架飞机上所安装的螺旋桨十分的相似，电机也是同一个尺寸的2212电机。自紧桨是一种很有意思的螺旋桨，我们知道，在飞行器螺旋桨转动的时候，空气会有阻力使得螺旋桨受到一个反方向的力矩，而自紧桨是具有螺纹的螺旋桨，他可以和电机的螺纹配合，在反作用力矩的情况下变得更加『紧』，所以被称作『自紧桨』，可以看下图我们可以看到，这两架飞机上所安装的螺旋桨十分的相似，电机也是同一个尺寸的2212电机。自紧桨是一种很有意思的螺旋桨，我们知道，在飞行器螺旋桨转动的时候，空气会有阻力使得螺旋桨受到一个反方向的力矩，而自紧桨是具有螺纹的螺旋桨，他可以和电机的螺纹配合，在反作用力矩的情况下变得更加『紧』，所以被称作『自紧桨』，可以看下图

这两个电机中右边就是适合『自紧桨』的 Phantom 3 上面的电机，左边则是 Phantom 4上用的电机。可能有朋友要问，为什么这种『自紧桨』设计的如此巧妙，还会被淘汰呢?这其实就牵扯到另一个高中物理问题，螺旋桨在高速旋转时具有巨大的角动量，也就是『维持以这个速度继续旋转的惯性』，而如果电机性能又特别的好，尤其是在今年开始流行的正弦波电调控制的无刷直流电机上，电机的减速性能非常的好，比如本身螺旋桨保持在每分钟一万转，这个电机突然在零点几秒内桨到了七千，那么螺旋桨对于桨轴就会因为顺着转速方向，和上文提到的空气作用方向相反的方向产生巨大的来自于减速的力矩（如果这么说还不懂你们在评论里说，我可以画个图），而这个力矩就可以直接让拧的很紧的自紧桨变松，甚至射桨。

比如上图就是一个射桨时候的情形，我专门问过，为什么在 A3的断桨保护功能的演示视频里面，射桨能控制的如此精确呢，答案是这种自紧桨在电机升级之后只需要一个特殊的控制信号就可以直接射出来。当然这个只是用于演示的特殊功能。比如上图就是一个射桨时候的情形，我专门问过，为什么在 A3的断桨保护功能的演示视频里面，射桨能控制的如此精确呢，答案是这种自紧桨在电机升级之后只需要一个特殊的控制信号就可以直接射出来。当然这个只是用于演示的特殊功能。所以我们知道，如果要在自紧桨上保证安全就必须降低飞行器的性能--因为你需要降低螺旋桨的转速的调节能力，这意味着你必须减少自己控制器的『控制带宽』，控制带宽较低则你的飞机对于高频的扰动响应能力差，对于高频的输入响应能力当然也差；如果这时候飞行器想追求更高的飞行动力性能--比如更高的调节速度，刹车速度，悬停精度--就要承受飞行安全性的挑战。所以题主很怀疑小米在这上面栽了跟头才导致直播当天炸机。好，这个非常小的可能没有人注意到的，只有业内人士才知道怎么回事的细节我说到这里。也是告诉大家，为了无人机的安全性到底有多少工作可以做，必须做。下面我们说说飞行器的智能性，首先我给你们看一张图

这是 P4内部的芯片图，是被电路板包裹的一块电池。上面那个很多纹路的是散热片，上面实际上还有小风扇--那个散热片如果我没有记错的话是一块铝合金整个铣出来的，造价很高。这是 P4内部的芯片图，是被电路板包裹的一块电池。上面那个很多纹路的是散热片，上面实际上还有小风扇--那个散热片如果我没有记错的话是一块铝合金整个铣出来的，造价很高。做一个简单的对比吧，Phantom 4的用于智能视觉任务的摄像头有四个，小米无人机只有一个

注意，两个黑色的显眼的东西是超声波的收发器，超声波收发器的中上那个小黑点是摄像头，可以肯定是，小米无人机用的是简单的光流技术，关于 Phantom 4的可以参见注意，两个黑色的显眼的东西是超声波的收发器，超声波收发器的中上那个小黑点是摄像头，可以肯定是，小米无人机用的是简单的光流技术，关于 Phantom 4的可以参见而 Phantom 3和其他 DJI 的追赶者，没有 GPS 也能悬停其实是在 location 上做了一个妥协，引入了光流算法来控制速度，如果没有光流，GPS，无人机的控制量就是加速度，这是控制一个东西的二阶导数（加速度）还是一阶导数（速度）的区别，显然，对于悬停而言，抑制速度为零效果更好，这会让积分成位置的累计误差尽可能小。而 Phantom 4更上一层，引入了 VO（视觉里程计）进行定位，无 GPS 得观飞控的观测量就直接是位置。所以精度会比 Phantom 3和市面上所有其他拿出来的卖的无人机都好。作者：徐枭涵链接：如何评价DJI大疆创新的Phantom 4 (精灵4)？ - 徐枭涵的回答来源：知乎著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。后来我又写了一篇文章是关于单目和双目技术对比的，我就大段引用在这里了，不感兴趣的读者可以直接跳过要说单目和双目的区别，其实还是得从视觉定位说起。大家最早接触到的单目定位毫无疑问就是鼠标了。

上面这张图片是鼠标的一个示意图，早期光流，比如 PX4Flow 采用的算法和鼠标十分接近，也就是每次比较上一次中心图像在本次成像中的漂移，找到一个和中心图像最相近的图块，认为这就是每次的运动量。看到你观察的目标后退了，又知道目标距离你有多远，那么你自然知道自己走了多少 但是我们需要注意到一个问题，我们所得到的运动量并非是物理上的距离，而是移动在投影平面（即下图的 viewport）中所移动的量，即像素的移动。那么如何获得真实的移动距离呢？

这就是一个SLAM 里面的经典问题了，即所谓的scale （尺度）问题。在鼠标很好解决，我们的鼠标都是贴着平面使用的，可以直接在工厂标定出像素到物理距离的换算，实际上对鼠标来说物理距离移动的尺度并不重要。但是对于飞行器来说，要获得移动量就必须知道自己到被测量表面的距离，从这开始，就是单目光流和双目最本质的区别了。即获得 scale 的方法不同。单目光流比较传统且大规模应用的单目，当然是首推 dji 的 inspire 1了。

下面那两个玩意，就是超声波测距，关于超声波这种用声波传输时间测距的玩意原理我就不赘述了，因为此处换做 tof 之类的也一样。单目光流的算法就是通过摄像头获得地面相对于摄像头移动的角度，然后再乘距离，也就是尺度，获得每一帧移动的距离。 可以看到的是，早期的单目光流有一个非常严重的问题，是没有记忆，每次测得相对距离的过程仅仅和本帧图片，上帧图片相关。而总的位移量则是这个值得积分，这就造成了一个问题，如果这个测量过程出现了误差（这是不可避免的），误差值就会累计累计累计，然后如果这么控飞机，飞机就会飘飘飘。。。。还好在实践中，误差值和飞行速度相关，一旦飞起来误差值就会显著增大，但是用于测量速度，光流还是合格的，这也是为什么把采用光流的无人机称作第三代无人机的主要原因，因为光流算法并没有算的真正的移动距离。当然这里并不是说单目没有这样的能力，事实上单目组合 IMU 的方式也可以获得相当准确的位移。当然随之而来的是巨大的计算量增长。我们所说的没有『记忆能力』仅仅是早期单目光流的问题。双目双目和单目的本质区别是获得 scale 的方式不同，即和人眼相似

因为两边角度不一样，我们又知道基线（比如两眼间距离）的长度，那么就可以根据三角测量计算出目标点到我们的距离。 具体到双目视觉上，我们一般会先获得一个深度图

（我从网上瞎找的）这个时候我们可以检测一些关键点在帧间的移动。

注意一个物体，在单目光流中，往往假设世界是平的，所有的点高度一致，而在双目视觉定位（也包括单目 SLAM 等），目标点是分布在各个高度的，这里假设上是一个很大的进步。如图所示，我们会去追综一些目标点，根据不断的三角测量来估计我们（摄像头）和物体（特征点）的位置，只要物体不移动，我们就可以得到自己的位置。这一算法的显著意义是我们在记忆这些特征点在哪里，这样我们就可以获得一个长期稳定的相对距离，精度远远高于光流算法。一个非常典型的例子是把 Phantom 4 起飞到三十公分高度，拽他的一只脚跑一定距离，P4还会自己跑回去，如果是简单地光流算法是不可能在室内完成这一点的。单目 VIO另一个值得一提的是单目VO，其实单目 VO 除了设备上只有一个摄像头之外，和上面的单目光流根本就不是一个东西。 单目 vo 是根据 IMU（运动传感器）的加速度和角速度积分获得一个尺度（大致的位移），追踪一些特征明显的目标点放在所谓的 sliding window 里面，就是记住他们历史上在图片上的位置。再根据不断地三角测量来更新计算这些目标点的位置，同时也计算自己的位置，最后得到一个非常精确的相对定位。从原理上讲，使用三角测量的单目VIO其实更类似于双目测量而不是单目光流。在定位这个事情上，小米无人机和 Phantom 4的差距在两年左右。而小米没有任何相关的演示视频，这里我想到一个几天前看到的有意思的视频可以让你们了解到悬停性能上没有视觉辅助(Yuneec)-光流视觉(Phantom 3)和 VO（Phantom 4）的差别。［转载］ Typhoon H 和Phantom 3&4 飞行时间对比这段延迟摄影中可以看到，室内依靠手控的 Typhoon 不断晃动，P3在到处飘，P4基本不动，效果十分明显。

而在避障这个事情上，就是有和无的差距了，关于避障技术，我还是引用我在 P4文章里面写过的东西吧而P4里面呈现的主动避障功能就是一种非常非常典型的 slam 的弱应用，无人机只需要知道障碍物在哪，就可以进行 Planning，并且绕开障碍物。当然 SLAM 能做的事情远远不止这些，包括灾区救援，包括探洞，包括人机配合甚至集群，所有的关于无人机的梦想都建立在 SLAM 之上，这是无人机能飞（具有定位，姿态确定以后）的时代以后，无人机最核心的技术。也是现代无人机和玩具的区别。

虽然现在的主动避障还不是很成熟，还是有时会撞到树林里（如果是被动避障则很难撞到障碍物），但是这个美妙少女第一次向大众展示自己的面容本身就是一件十分令人激动的事情。虽然现在的主动避障还不是很成熟，还是有时会撞到树林里（如果是被动避障则很难撞到障碍物），但是这个美妙少女第一次向大众展示自己的面容本身就是一件十分令人激动的事情。就我了解的而言Phantom 4应该是上市产品中第一个引入 mapping 和 planning 无人机产品，甚至是最早引入mapping 的消费电子产品之一（这里我不确定扫地机器人有没有做 mapping）。作者：徐枭涵链接：如何评价DJI大疆创新的Phantom 4 (精灵4)？ - 徐枭涵的回答来源：知乎著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。P4是世界上第一个可以主动的绕开障碍物的无人机，而以前曾被诟病为『一键放生』的『一键返航』功能加入了这个功能以后就变得很有趣了，比如前面我讲过的那个例子感谢智能避障，让我没有提控回家 | 大疆社区，这个文章读完以后我还是小震撼了一把，这差不多是我儿时的梦想，现在居然被我的同事们实现了。经过用户的口说出，一切反而不真实起来。在这个事情上，小米无人机完全没有类似的功能，所以-。-没什么可以说的。想要了解更多可以看看硕哥的文章详解多旋翼飞行器上的传感器技术 - Phantom Y - 知乎专栏还有一个功能就是自动追踪了，P4这边的追踪性能还是相当好的，当然这玩意因为算法和工作模式都太了解了我也不大好评价。P4的追踪是一个很有意思的计算视觉和机器学习加上机器人学的落地产物。相关的介绍还是自行参考我的文章吧。这一段是我在天窗口站着，把我硕大无比12寸的 iPad Pro 支在车顶，让 P4追踪着我们以60码的速度跑，顺便绕过无数的路灯。

我不断地在打杆环绕我不断地在打杆环绕

甚至在我们路过一个路桥的时候，甚至在我们路过一个路桥的时候，

飞机停顿了一会，等车再次出现又追了上去（当然可以改进的更好，让他不停顿，不过这是以后慢慢的算法升级了）。这里我用巨好用的 DJI GO（这是我第一次发现 GO 如此好用）剪了几个视频，在12寸的 iPad Pro上看4K视频效果特别好，回头我传网上再来补个链接。这个东西视频看起来非常有大片电影的感觉。飞机停顿了一会，等车再次出现又追了上去（当然可以改进的更好，让他不停顿，不过这是以后慢慢的算法升级了）。这里我用巨好用的 DJI GO（这是我第一次发现 GO 如此好用）剪了几个视频，在12寸的 iPad Pro上看4K视频效果特别好，回头我传网上再来补个链接。这个东西视频看起来非常有大片电影的感觉。作者：徐枭涵链接：如何评价DJI大疆创新的Phantom 4 (精灵4)？ - 徐枭涵的回答来源：知乎著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。小米的这个功能同样没有任何的范例视频，无从对比。当然了，另一点就是图传，我就说一个例子吧，小米无人机现场炸鸡以后的截图

左边的航拍直播缓慢巍然不动，右边的飞机已经坠落，所以有两个可能性，第一是小米无人机的图传延迟极高2s 或者以上（大疆的现在在100ms 的量级），所以看到的是依旧车水马龙，如果这样的话那么这个图传应该是很失败了，第二是这个视频是发布会之前录好的。。。。。。左边的航拍直播缓慢巍然不动，右边的飞机已经坠落，所以有两个可能性，第一是小米无人机的图传延迟极高2s 或者以上（大疆的现在在100ms 的量级），所以看到的是依旧车水马龙，如果这样的话那么这个图传应该是很失败了，第二是这个视频是发布会之前录好的。。。。。。所以我觉得在这个问题上比较的意义不是很大。相机的话纸面性能我瞄了一眼两边的官网完全一样，样张的话我看 Phantom 4的照片更舒服一点，这个问题就见仁见智了，我就放两张样品。来自小米官网的

下面这张是我和我爸爸拍的

说实话我觉得我这个半吊子用 P4拍的照片比小米官网好看多了。。。。。。说实话我觉得我这个半吊子用 P4拍的照片比小米官网好看多了。。。。。。至于续航，一个28min 一个27min，真没有什么区别。总之小米很多功能都是号称『我们有』，但是没有任何的示例视频，分析起来有一定难度。还有一个很有意思的点事，小米的云台是360度旋转的，而P4的云台锁死了只能看一个狭窄区域，（如果这是差距的话，恐怕这是唯一一个），但是小米的云台转到后面实际上会被起落架挡住啊，总不能飞到空中了靠手来把起落架掰上去来避免这一个问题吗？云台360度有两个用途，一个是如果一人控制飞机一人控制云台的时候，两人可以各玩各的，同时前者不用看屏幕防撞。显然小米没有提供这个功能，另一个是在视觉功能运行的时候云台拿来看看风景--显然这个也不是很适合小米。所以干嘛要360度转云台，转飞机不就行了?-。-总之，最后，我引用一个知乎用户的回答没有什么期待，不要掉下来就好了。----张召忠------------------------后续，根据媒体实测，小米无人机续航只有十几分钟，而且又当场炸了。我真的很担心它会导致国内的政策收紧。-----------------------------有很多朋友质疑炸鸡一次过于夸大，飞机并没有爆炸呀，这一看就是圈外人了。事实上炸鸡（炸机）一词来源于玩航模的模友圈子。早年以固定翼（就是带翅膀的）为主的时候，飞机坠毁有的时候是可以现场修的整件，有时候会摔掉一些附件，常常称作摔机，这种情况都很好修复。而有时候你得提着塑料袋去捡飞机--仅仅是为了环保，飞机碎了一地，自然就是炸鸡了。而多旋翼直升机不像固定翼即使高空失控也可以依照自身动力学滑翔降落，一旦坠毁常常都损失十分严重，另一方面是现在人喜欢在网络上用夸张词，于是基本上不正常降落都被称作炸鸡了。这个词真不是为了黑小米发明的，开始讲的时候小米和大疆都还没有成立呢。