北航高低無(wú)人機(jī)協(xié)同導(dǎo)航方案：高空掌全局+低空查細(xì)節(jié)
無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中不怕迷失方向了
無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中不怕迷失方向了，迅速找到目標(biāo)！
北航劉偲教授團(tuán)隊(duì)提出高低無(wú)人機(jī)協(xié)同導(dǎo)航新范式，兩臺(tái)無(wú)人機(jī)分工配合：高空無(wú)人機(jī)作為“全景指揮官”，負(fù)責(zé)全局感知與推理；低空無(wú)人機(jī)作為“地面?zhèn)刹靻T”，執(zhí)行精細(xì)導(dǎo)航與目標(biāo)搜索，兩者協(xié)同快速找到目標(biāo)。
話(huà)不多說(shuō)，來(lái)看實(shí)例。想讓無(wú)人機(jī)“去湖邊指定房子附近找到那輛停在樹(shù)下的汽車(chē)”，單臺(tái)無(wú)人機(jī)要么飛得太高，看不到樹(shù)下的汽車(chē)；要么飛得太低，顧不上房子、湖泊這些宏觀地標(biāo)。單臺(tái)無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中容易迷失方向，但當(dāng)高低空無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，就能快速找到目標(biāo)：
如下三張圖分別從“前視圖、高低無(wú)人機(jī)軌跡、概率預(yù)測(cè)圖”角度，展示此方案如何工作：
像找小狗這樣的小型目標(biāo)，也能快速配合完成定位：
若目標(biāo)物標(biāo)有特定字母、文字描述也可精準(zhǔn)匹配：
依據(jù)目標(biāo)人物周邊環(huán)境的細(xì)節(jié)特征，也能完成精準(zhǔn)識(shí)別：
為支持該任務(wù)，團(tuán)隊(duì)基于UAV-Need-Help構(gòu)建了HaL-13k數(shù)據(jù)集，并設(shè)計(jì)了協(xié)作框架AeroDuo。他們?cè)贠penuav仿真環(huán)境對(duì)AeroDuo測(cè)評(píng)，驗(yàn)證了其高低協(xié)同在環(huán)境覆蓋、導(dǎo)航精度與自主性之間的有效平衡。
團(tuán)隊(duì)表示，本文研究成果將發(fā)表于ACM MM 2025。以下是更多細(xì)節(jié)。
數(shù)據(jù)集構(gòu)建
考慮到UAV-Need-Help數(shù)據(jù)集中僅包含單無(wú)人機(jī)信息，研究團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充采集了高空無(wú)人機(jī)的軌跡與感知數(shù)據(jù)，并優(yōu)化部分原始軌跡，構(gòu)建出HaL-13k數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集構(gòu)建示意圖如下：
高空無(wú)人機(jī)規(guī)劃策略
為提升高低無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的感知與決策能力，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了多模態(tài)統(tǒng)一框架Pilot-LLM，利用大語(yǔ)言模型進(jìn)行多模態(tài)推理。
其中，為了更好地整合高空無(wú)人機(jī)歷史信息，研究團(tuán)隊(duì)提出全局地圖構(gòu)建模塊，通過(guò)正射投影消除畸變，并拼接歷史圖像生成統(tǒng)一坐標(biāo)系下的地圖，提升環(huán)境理解與目標(biāo)定位能力。
此外，為避免精確坐標(biāo)預(yù)測(cè)誤差，采用輕量解碼器生成目標(biāo)概率分布圖，兼顧探索能力與空間建模效果。
低空無(wú)人機(jī)導(dǎo)航搜尋策略
低空無(wú)人機(jī)采用三階段導(dǎo)航搜索策略：首先，根據(jù)高空無(wú)人機(jī)的預(yù)測(cè)概率圖選取高置信度區(qū)域的質(zhì)心作為導(dǎo)航目標(biāo)并結(jié)合A*算法規(guī)劃關(guān)鍵航點(diǎn)；隨后，利用基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的避障策略，實(shí)現(xiàn)安全靈活的路徑執(zhí)行；最后，通過(guò)視覺(jué)語(yǔ)言模型進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)與定位。
團(tuán)隊(duì)表示，未來(lái)這套協(xié)同模式能輕松擴(kuò)展到多機(jī)協(xié)作——在高空無(wú)人機(jī)預(yù)測(cè)出目標(biāo)概率分布圖后，它可以提取多個(gè)潛在目標(biāo)位置，并借助優(yōu)化算法（如匈牙利算法）將這些任務(wù)分配給各個(gè)低空無(wú)人機(jī)。
同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化動(dòng)作控制確保安全避障，補(bǔ)充真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，也有助于將高低無(wú)人機(jī)系統(tǒng)從仿真環(huán)境中遷移到現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。
項(xiàng)目主頁(yè)：https://rey-nard.github.io/AeroDuo_project/
