淺談無人機(jī)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)
建設(shè)背景推進(jìn)“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”，發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，是國家核心發(fā)展戰(zhàn)略。建設(shè)新興科技領(lǐng)域新增專業(yè)是職業(yè)學(xué)校與時(shí)俱進(jìn)，感知產(chǎn)業(yè)變化培養(yǎng)具有時(shí)代先進(jìn)性人才的具體體現(xiàn)，無人機(jī)作為國家重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景廣闊，行業(yè)人才需求緊迫。
根據(jù)工信部2017年發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范民用無人機(jī)制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，到2020年，民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)值達(dá)到600億元，年均增速40%以上。到2025年，民用無人機(jī)產(chǎn)值達(dá)到1800億元，年均增速25%以上。而且民用無人機(jī)擁有規(guī)模不亞于軍用無人機(jī)的巨大市場。未來的無人機(jī)將集成更多的機(jī)器人技術(shù)和更先進(jìn)的算法，裝備更多的傳感器，加載更多的任務(wù)載荷設(shè)備，接入外部網(wǎng)絡(luò)，智能化地完成各種復(fù)雜的任務(wù)。
無人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。典型的無人機(jī)系統(tǒng)由飛行平臺(tái)、動(dòng)力裝置、航電系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)等組成。
按用途來看，可以分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)兩大類，其中民用無人機(jī)一般又分為消費(fèi)級(jí)無人機(jī)及工業(yè)級(jí)無人機(jī)。
隨著航空科技進(jìn)步和信息技術(shù)快速發(fā)展，極大地推動(dòng)了無人機(jī)系統(tǒng)跨越發(fā)展。近年來，在信息化戰(zhàn)爭的趨勢下，無人機(jī)等新型裝備需求大幅提升，無人機(jī)年產(chǎn)值（含采購）逐年增長，到2028年產(chǎn)值預(yù)計(jì)達(dá)到147.98億美元，2019年-2028年年產(chǎn)值（含采購）復(fù)合增長率為5.36%。
此外，全球民用無人機(jī)市場也實(shí)現(xiàn)了快速增長，從2015年的215億元人民幣增長至2019年的657億元人民幣，預(yù)計(jì)到2024年增長至4157億元人民幣，年復(fù)合增長率將達(dá)43.03%。
近年來，不論是軍用無人機(jī)還是民品無人機(jī)均發(fā)揮著重要作用，受到各國政府高度重視，對(duì)其需求量呈不斷擴(kuò)大態(tài)勢。不過，中航無人機(jī)在競爭力方面略顯不足，存在一定程度的經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)，還需進(jìn)一步突破窘境，才能盡快在景氣向上的賽道爭取更多的份額。隨著應(yīng)用場景的不斷拓展，工業(yè)無人機(jī)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，預(yù)計(jì)到2021年中國工業(yè)無人機(jī)市場規(guī)模將首次超過消費(fèi)級(jí)無人機(jī)，成為民用無人機(jī)細(xì)分領(lǐng)域的主要市場。到2024年我國工業(yè)無人機(jī)市場規(guī)模將增長至1507.85億元，占中國民用無人機(jī)市場規(guī)模比例由2015年的19%上升至約73%，2015年-2024年年均復(fù)合增長率達(dá)54.52%。
民用無人機(jī)用途極為廣泛，未來市場主要集中于農(nóng)林植保、影視航拍、電力巡檢等領(lǐng)域。借鑒美國對(duì)民用無人機(jī)監(jiān)管逐步放松的歷程，以及國內(nèi)民用無人機(jī)政策的規(guī)范和低空空域改革的深化，我國民用無人機(jī)行業(yè)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。
國內(nèi)無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀。我國民用無人機(jī)產(chǎn)品銷售和服務(wù)總體市場規(guī)模2018年達(dá)到110.9億元，到2020年將達(dá)到465億元，2025年將達(dá)到750億元；其中，航拍及娛樂仍是最大的應(yīng)用領(lǐng)域，市場規(guī)模有望達(dá)300億元。
基于以上描述，顯示無人機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、易操作性，在很多民用領(lǐng)域?qū)o人機(jī)都有著旺盛的需求，然而作為新興科技類專業(yè)，院校在建設(shè)無人機(jī)相關(guān)專業(yè)前期，普遍面臨優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源不豐富、專業(yè)師資力量不雄厚、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)與場景不明確、實(shí)習(xí)就業(yè)渠道不暢通等相關(guān)問題。
建設(shè)目標(biāo)
培養(yǎng)目標(biāo)：掌握無人機(jī)集群控制及相關(guān)編程技術(shù)，能夠運(yùn)用無人機(jī)相關(guān)理論與技術(shù)快速分析與完成無人機(jī)集群控制、編隊(duì)飛行、編隊(duì)表演任務(wù)。以工程思維、計(jì)算機(jī)思維培養(yǎng)，無人機(jī)控制為核心，將工程開發(fā)、編程、無人機(jī)、體育競技、人智能學(xué)習(xí)、自然科學(xué)、藝術(shù)等相結(jié)合，整合各學(xué)科的綜合知識(shí)，通過 PBL 學(xué)習(xí)法，從解決實(shí)際問題出發(fā)，利用編程及工程開發(fā)等手段解鎖無人機(jī)、人工智能， 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、空間思維力、知識(shí)整合應(yīng)用能力。
| 教學(xué)目標(biāo)設(shè)定 | |||
| 序號(hào) | 課程設(shè)置 | 課程基礎(chǔ)掌握描述 | 掌握能力要求與素質(zhì) |
| 1 | 無人駕駛航空器與航空知識(shí)體系認(rèn)知 |
1.航空航天基礎(chǔ)概論； 2.無人駕駛航空器基礎(chǔ)認(rèn)知； 3.無人機(jī)系統(tǒng)認(rèn)知； 4.無人機(jī)維護(hù)及管理。 |
1.培養(yǎng)掌握航空航天基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)航空航天科技素養(yǎng)； 2.培養(yǎng)掌握無人機(jī)基本知識(shí)、基本原理； 3.無人機(jī)飛行基礎(chǔ)； 4.設(shè)備自主維護(hù)及管理能力。 |
| 2 | 基礎(chǔ)編程學(xué)習(xí) |
1.面向性編程原理學(xué)習(xí)認(rèn)知； 2.計(jì)算機(jī)編程邏輯學(xué)習(xí)； 3.編程語言學(xué)習(xí)、認(rèn)知； 4.解釋型語言程序編譯； 5.無人機(jī)控制語言編譯。 |
1.識(shí)辨程序及理解程序能力； 2.常用編程語言仿寫能力，熟知編程邏輯及程序的基本設(shè)計(jì)方法和編寫修改能力； 3.無人機(jī)控制原理及飛行程序語言閱讀能力； 4.無人機(jī)系統(tǒng)編程及任務(wù)設(shè)備設(shè)定能力 |
| 3 |
面向無人機(jī)的 編程學(xué)習(xí) |
1.技術(shù)文件閱讀； 2.各類程序文件閱讀 （DEMO 示例程序、控制程序）； 3.無人機(jī)程序的閱讀 4.無人機(jī)飛行程序編譯； 5.無人機(jī)編隊(duì)編程。 |
1.基礎(chǔ)語言編程能力； 2.熟練使用各類編譯工具； 3.具有通過編程進(jìn)行任務(wù)設(shè)定、達(dá)成的編譯能力； 4.具有通過編程進(jìn)行現(xiàn)實(shí)交互的能力； 5.通過面對(duì)對(duì)象無人機(jī)的編程，控制飛行、完成飛行任務(wù)的能力； 6.通過程序編譯完成任務(wù)搭載設(shè)備使用的能力。 |
| 4 | 售后服務(wù) |
1.客戶使用培訓(xùn)； 2.技術(shù)文件閱讀與審核 （說明書等交付文件）； 3.相關(guān)例程及課程服務(wù) （DEMO、課程例程）； 4.閱讀或修改無人機(jī)設(shè)計(jì)，無人機(jī)參數(shù)設(shè)置； |
1.熟悉公司的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； 2.熟練掌握無人機(jī)各個(gè)部件； 3.具有無人機(jī)操作能力； 4.會(huì)使用常用編譯器及示例 DEMO； 6.熟悉無人機(jī)原理，了解相關(guān)課程知識(shí)； 7.熟悉相關(guān)的飛行操作及集群控制；了解安全飛行知識(shí)。 |
03
建設(shè)模塊
3.1、模塊介紹
| 功能模塊 | 主要功能 | 項(xiàng)目內(nèi)容 |
| 無人機(jī)基礎(chǔ)教學(xué) |
滿足無人機(jī)及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)教學(xué) 提供無人機(jī)展覽、裝配、調(diào)試、仿真等實(shí)訓(xùn)條件 |
無人機(jī)實(shí)訓(xùn) 無人機(jī)編程基礎(chǔ) 物流無人機(jī) 無人機(jī)綜合調(diào)試實(shí)訓(xùn)系統(tǒng) |
| 1+X證書 | 滿足1+X證書考試需求 |
室外實(shí)操教學(xué)六旋翼無人機(jī)飛行平臺(tái) 無人機(jī)電子執(zhí)照考訓(xùn)飛行平臺(tái) 多載荷行業(yè)應(yīng)用多旋翼無人機(jī)飛行平臺(tái) |
| AI視覺無人機(jī)開發(fā)平臺(tái) |
自主定位 自主避障 自主導(dǎo)航 |
AI視覺無人機(jī)開發(fā)平臺(tái) AI視覺無人機(jī)蜂群開發(fā)平臺(tái) |
| 測試場地 | 人員、機(jī)器安全，驗(yàn)證測試場地 |
安全飛行 定位、避障測試 |
應(yīng)用實(shí)訓(xùn)室區(qū)域分布
無人機(jī)理論區(qū)域（學(xué)生可以學(xué)習(xí)無人機(jī)基本知識(shí)以下幾點(diǎn)：
理論：無人機(jī)的發(fā)展歷史、無人機(jī)結(jié)構(gòu)、無人機(jī)系統(tǒng)知識(shí)，無人機(jī)法律法規(guī)、無人機(jī)行業(yè)應(yīng)用等;
拆裝：即無人機(jī)裝配，提供無人機(jī)所有零部件，學(xué)生可以動(dòng)手將所有部件按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書組裝成一架完整的無人機(jī)，通過組裝讓學(xué)生了解并熟悉無人機(jī)的硬件構(gòu)造。
維護(hù)：維護(hù)不僅提高的是學(xué)生的動(dòng)手解決問題能力，更能通過學(xué)習(xí)讓學(xué)生深 入了解無人機(jī)的原理，進(jìn)一步提升學(xué)生的自身技能。
維修：故障檢測是學(xué)生學(xué)習(xí)必不可少的一項(xiàng)環(huán)節(jié)，當(dāng)飛機(jī)出現(xiàn)無法正常工作的狀況時(shí)，借助測試儀器，讓學(xué)生快速查出故障點(diǎn)，從而判斷問題的所在等）。
無人機(jī)調(diào)試、編程及VR模擬飛行區(qū)域（以30 人一班為例，設(shè)置 15-30 臺(tái)電腦，并進(jìn)行相關(guān)軟硬件的安裝）
調(diào)試：即無人機(jī)通過軟硬件調(diào)試，讓學(xué)生更深入的了解無人機(jī)，維護(hù)是為了更好的保持設(shè)備精度，讓飛行更穩(wěn)定。
編程：圖形化編程從零基礎(chǔ)開始，將編程后的程序通過動(dòng)捕系統(tǒng)定位，進(jìn)行驗(yàn)證，軌跡實(shí)時(shí)展示。
無人機(jī)智能飛行區(qū)域
（以動(dòng)捕系統(tǒng)+飛行場地空間為主，主要用于無人機(jī)算法驗(yàn)證、軌跡呈現(xiàn)和飛行評(píng)判為主，可以作為穿越飛行場地、編程試飛場地、編隊(duì)飛行場地來進(jìn)行綜合性使用，建議面積 30-40多平方米。）
展示區(qū)域
實(shí)訓(xùn)室裝修建設(shè)、文化設(shè)計(jì)、功能布局、無人機(jī)擺放等。
3.3、無人機(jī)實(shí)訓(xùn)室功能建設(shè)
整個(gè)無人機(jī)實(shí)訓(xùn)室功能建設(shè)至少包含2個(gè)部分，分別是AI、編程+裝調(diào)飛行實(shí)驗(yàn)室（附帶局域試飛）、飛行訓(xùn)練場。
無人機(jī)編程+仿真飛行實(shí)訓(xùn)室
無人機(jī)編程系統(tǒng)主要是為了讓學(xué)生能夠快速理解并學(xué)習(xí)編程邏輯、語言編譯、面向?qū)ο缶幊�、無人機(jī)飛行程序編譯、無人機(jī)編隊(duì)飛行編程而開發(fā)的一套無人機(jī) 編程控制軟件及操作系統(tǒng)。該軟件具有實(shí)時(shí)仿真、程序判讀、實(shí)時(shí)讀取面向設(shè)備 信息、便于自主學(xué)習(xí)等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)適合學(xué)校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)教學(xué)，教師通過軟件進(jìn) 行無人機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)和操控技巧和與學(xué)生進(jìn)行信息交互。
無人機(jī)室內(nèi)飛行訓(xùn)練場
無人機(jī)室內(nèi)飛行訓(xùn)練部分是為了實(shí)訓(xùn)無人機(jī)的基礎(chǔ)檢測工作、無人機(jī)起飛、無人機(jī)降落懸停、編程無人機(jī)任務(wù)飛行、無人機(jī)集群控制編隊(duì)飛行等提供空間， 通過練習(xí)無人機(jī)的各項(xiàng)控制課程與編程任務(wù)項(xiàng)目，能夠培養(yǎng)學(xué)生操控興趣及激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)減少室外無序飛行所帶來的安全隱患。
各系統(tǒng)建設(shè)本著實(shí)用為主，技術(shù)領(lǐng)先的原則，充分考慮信息技術(shù)與教育領(lǐng)域業(yè)務(wù)的深度融合，依托開源系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)，搭建無人機(jī)實(shí)訓(xùn)、教學(xué)需要的軟、硬件環(huán)境，學(xué)生通過在實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)下將無人機(jī)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)與社會(huì)發(fā)展需求對(duì)接，以此來實(shí)現(xiàn)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、開發(fā)能力和就業(yè)能的提升。