5、自主弹性四旋翼飞行器任务规划平台：FLYAQ的创新与应用

自主弹性四旋翼飞行器任务规划平台：FLYAQ的创新与应用

1. 引言

四旋翼飞行器和无人机在环境监测任务中展现出了巨大的潜力，成为安全高效执行此类任务的有吸引力的工具。在专业应用中，四旋翼通常由专业操作员通过遥控器手动控制；而在研究领域，虽有多个项目为任务执行提供了不同程度的自动化，但这些项目所使用的编程语言与实际领域的利益相关者（如消防员、警察等）的背景相差甚远，这不仅增加了编程的出错概率，还要求程序员深入了解四旋翼的动力学和技术特性，使得非技术用户难以进行任务规划，阻碍了技术的推广。

为解决这些问题，本文提出了FLYAQ平台。它是一个开源平台，支持环境监测任务的规划与执行。该平台提供了一种图形化语言，能在地面站以高级抽象的方式指定任务，并与Open Street Map集成，让现场操作员能查看待监测的地理点。平台会自动分解任务，配置相关四旋翼以完成任务，通过模型转换、代码生成和形式推理，将任务规范转换为四旋翼平台的低级指令。此外，FLYAQ平台还设计了一个重新配置引擎，确保系统具有所需的弹性，能应对故障和外部事件，甚至在一定限制下允许在运行时更改任务。

2. 环境监测任务的特点与问题

环境监测任务包括紧急情况下的连续数据采集（如火灾或地震）、长期观察环境特定参数的变化（如空气质量测量）等。然而，这类任务通常面临以下问题：
- 成本高 ：需要大量人员前往监测现场，且团队同步所需的通信开销大。
- 安全性低 ：现场人员面临重大风险，如火灾、地震和洪水等。
- 耗时久 ：监测活动非常耗时，工作人员需长时间轮班，且夜间