【教評航天教室】走近光影舞者：探秘無人機表演
近年來，無人機群飛表演的技術發展漸趨成熟，在內地和香港兩地綻放異彩，成為各項大型活動的亮點，如本年度5月和7月，千架無人機化身為家傳戶曉的「多啦A夢」；9月底的「香港馬騰盛世」無人機表演，1,500架無人機猶如天際畫筆，巧妙地演繹國畫大師徐悲鴻的四幅藝術作品，慶祝國慶。
相信各位也很好奇，「光影舞者」無人機是如何保持高度協調一致，在空中繪製出如此精美的圖案？ 這些璀璨奪目的表演背後，蘊藏着怎樣精密的技術？所謂的「電離層閃爍」為什麼會影響無人機的表演？本期專欄，筆者將與大家一起一探究竟。
專為表演設計 重量約為500克
無人機群飛表演中，使用的大多為是四軸飛行器，這種飛行器能透過四個旋翼的不同旋轉方向及速度，從而實現不同方向的移動及旋轉，以及定高。室外表演用的無人機比起傳統拍攝用的無人機，機身的設計大為不同。首先，為了能於夜空中綻放亮光，每部室外表演用的無人機均配置高亮度的LED燈於機身的中間位置。
其次，為了具較長的續航時間用作表演之用，室外表演用的無人機不會配置避障用的攝像鏡頭及起落架，同時使用輕盈的物料製作一體化的保護罩，所以室外表演用的無人機一般重量約500克左右，比起傳統拍攝用的無人機輕上不少，從而達至30分鐘的續航時間。
中央系統控制
衛星精準定位
室外表演用的無人機主要由中央系統控制，並非由人手一部部地去操控。每次的無人機群飛表演，均是通過特定的電腦設計軟件，計算並規劃出每一部無人機合適的飛行路徑，並透過無線網絡的形式每一部無人機分別分配獨特的飛行路徑，從而展示出不同動態及靜態的圖案。
然而，單靠預先編寫的飛行路徑也不足夠，無人機群飛時要確保所有無人機間保持安全距離，避免相撞。實際飛行期間，無人機會因風力或其他原因偏離預定位置，因此為了達至精準的定位，使各個無人機能互相協調，除了配置了多項傳感器外，同時也會使用全球導航衛星系统(GNSS)的信號進行定位，當中包含常見的GPS定位系統及我國的北斗衛星導航系統，再透過於表演場地設置的基準站，利用「即時動態定位技術」(RTK)，透過差分計算參考站與移動站接收衛星資料的資料，從而達至厘米級精準定位。
因此，各位讀者於早前聽到關於部分國慶無人機表演因受到「電離層閃爍」影響而取消表演，主要便是因為「電離層閃爍」會使無人機無法接收到良好的衛星定位訊號，定位的誤差增大使無人機間相撞的風險提高。
隨着技術的不斷進步，與過往的煙花匯演不同，無人機群飛表演正在開創全新的視覺藝術形式，不僅展現了現代科技的魅力，更為傳統文化表達開闢了嶄新途徑。筆者寄語，相信未來香港大力發展低空經濟後，無人機更會漸漸地應用與各位日常生活當中，開創更多新機遇。
●陳恩鴻 香港道教聯合會圓玄學院第三中學STEAM教育統籌主任
