【开源】为 VTOL 和无人机设计的开源自主飞行开发框架

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VTOL

VTOL是“Vertical Take-Off and Landing”（垂直起降）的缩写，指的是一种飞行器能够垂直起飞和降落，而不需要长长的跑道。这种技术对于在城市等空间有限的环境中操作非常有用。VTOL飞行器可以是直升飞机、倾斜旋翼飞机或者带有垂直推力系统的其他飞行器。它们能够在较小的区域内起降，具有很高的灵活性和机动性。VTOL技术在军事和民用领域都有广泛应用。

GAAS 是什么？

GAAS (Generalized Autonomy Aviation System) 是一套开源的无人机自主飞行软件平台。GAAS 致力于为无人机智能应用提供一个泛用的开发架构，以此加速自动驾驶载人 VTOL 的到来。作为一个受 BSD 协议保护的项目，任何企业、研究人员、无人机爱好者都可以合法合规地改动我们的代码来满足其客制化的需求。

我们第一步的目标是让无人机做到真正无人，从而能够为人类进行更多的工作，并且可以让更多程序员和工程师更简单的为无人机编写程序和制作产品。长期目标是将 GAAS 应用在载人 VTOL 上（也许是飞行汽车）。我们现在支持无人和有人的旋翼和直升机驾驶。下一步计划支持 VTOL 和 eVTOL。

项目总览

当前 GAAS 可为无人机提供以下十大功能，其中一些功能仍有待优化：

注意：GAAS beta 版部分功能尚不稳定，请在模拟器中确保稳定性后再在实机操作。

其中自动起飞，降落等功能实现在 software/px4_mavros_scripts；

无 GPS 环境下自主飞行功能的实现在 software/SLAM/ygz_slam_ros, 目前使用的是基于双目光流的 SLAM；

基于双目视觉的避障的实现在 software/Obstacle_Map；

路径规划的实现在 software/Navigator；

场景重识别，即给定一张图片，恢复出当前图片在给定环境中的位置，具体实现在 algorithms/scene_retrieving；

3D 建模，具体实现在 algorithms/sfm；

物体跟踪，具体实现在 algorithms/object_trace_tracking；

物体检测，具体实现在 algorithms/image_detection；



语义分割，具体实现在 algorithms/image_segmentation；

无人机控制 API 及中英文教程，具体在 GAAS/demo 文件夹。我们所用的硬件清单在 GAAS/hardware

使用案例

1.带避障，不依赖 GPS 的路径规划指点飞行。
step<1> 如果是室内环境使用或需要高精度飞行，ROS launch file 加入 SLAM；否则跳过此步骤。
step<2> 对于室外环境，配置 GPS 轨迹(使用地图)。对于室内部分，在 3D 模型中配置轨迹。
step<3> ROS launch file 加入避障部分。
step<4> 启动飞行器，等待 PX4 自检通过。
step<5> 启动 Mavros。
step<6> 开始执行任务。
即将推出：
1. 带避障的视觉跟踪任务
2. 视觉精准降落
3. 区域自动探索建模
4. 多机协同执行任务
开源项目

GAAS（Generalized Autonomy Aviation System）是一个开源的无人机全自主飞行框架，致力于为无人机智能应用提供一个泛用的开发架构。这个项目的主要目的是加速自动驾驶载人VTOL（垂直起降）技术的发展。作为一个受BSD协议保护的项目，GAAS允许任何企业、研究人员、无人机爱好者合法合规地修改代码，以满足个性化的需求。

GAAS项目的核心特点包括其开源设计、泛用性和基于激光雷达技术的稳健全自主飞行能力。这些特点使得无人机能够在复杂环境下实现精准定位、自主导航和避障。此外，GAAS平台还降低了无人机软件开发的成本，并促进了无人机技术的创新。

GAAS平台提供了多种功能模块，如自动起飞、降落、无GPS环境下自主飞行、基于双目视觉的避障、路径规划等。这些模块使得无人机能够在多种应用场景中发挥作用，如物流运输、航拍摄影和农业应用。

对于开发者来说，GAAS平台基于ROS（机器人操作系统）和PX4飞控系统，提供了一个灵活的开发环境。开发者可以使用Python和C++编写代码，实现与无人机的交互和控制。

总的来说，GAAS平台是一个强大的工具，旨在推动无人机技术向更高水平的自主性和应用性能发展。通过开源社区的力量，它为无人机技术的创新和广泛应用提供了丰富的可能性。

VTOL的应用案例

VTOL（垂直起降）技术的应用案例非常广泛，涵盖了军事、商业和民用等多个领域。以下是一些具体的应用案例：

1. 城市空中交通（UAM）：随着大城市人口增加和地面交通拥堵，VTOL技术在城市空中交通领域得到了广泛应用。例如，电动垂直起降（eVTOL）飞行器被设计为高效的城市交通工具，能够在城市低空快速移动和灵活作业，有效缓解地面交通拥堵问题。这些飞行器通常具备垂直起降、智能操作、低成本、低噪音、零排放等特点，适用于城市内部、城郊及城际范围内的空中交通运输作业。

2. 军事应用：VTOL技术在军事领域也发挥着重要作用。例如，垂直起降固定翼无人机因其独特的构型，能够适应复杂地形环境，如航海、山地等，成为军事领域的重要装备。美国空军的“敏捷至上”项目就推进了电动垂直起降eVTOL无人机的军事化应用，这些无人机具备快速迭代能力和广泛的应用潜力。

3. 工业级应用：VTOL技术在工业级应用领域也不断拓展，如巡检、安防监控、农林植保、测绘与地理信息等。这些应用场景利用了VTOL技术的小型化、智能化、低成本等特点，促进了工业无人机的快速发展。

4. 城市基础设施：例如，Volocopter的VoloPort是一个高效、现成的垂直起降机场解决方案，适用于城市eVTOL运营。这种基础设施的设计紧凑、功能独立，有助于加快城市eVTOL基础设施的发展，提高公众对城市空中交通的接受程度。

5. 货运和客运：VTOL技术在货运和客运方面也显示出巨大潜力。例如，Schübeler Technologies专注于研发电力推进风扇以满足VTOL飞机的需求，同时不影响飞机的性能和灵活性。该公司通过创新，提高了电机效率和机械强度，使得VTOL技术在货运和客运方面更容易使用。

总的来说，VTOL技术因其独特的优势，在多个领域都得到了广泛的应用和发展。随着技术的不断进步和应用场景的拓展，VTOL技术有望在未来扮演更加重要的角色。

可试用产品



开源地址
pxfdale/GAAS

作者简介：

张锋，微服务架构实战原创作者，拥有超过10年的软件开发和架构设计经验。他是一位热衷于探索新技术和模式的软件工程师，对微服务架构、容器技术、自动化部署等领域有深入研究。在职业生涯中，他曾任职于多家知名企业，担任过技术团队负责人，带领团队实现了一系列高并发、高可用的微服务架构项目。

张锋老师在微服务架构领域有着丰富的实践经验，他的作品《微服务架构实战》深入浅出地介绍了微服务架构的设计理念、技术栈选择、项目实践等关键环节，广受读者好评。此外，他还活跃在技术社区，分享自己的见解和心得，助力更多开发者掌握微服务架构的精髓。

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