淺談無人機實訓(xùn)室的建設(shè)
建設(shè)背景推進“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”，發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，促進經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級，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)校與時俱進，感知產(chǎn)業(yè)變化培養(yǎng)具有時代先進性人才的具體體現(xiàn)，無人機作為國家重點發(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)于促進和規(guī)范民用無人機制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，到2020年，民用無人機產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)值達到600億元，年均增速40%以上。到2025年，民用無人機產(chǎn)值達到1800億元，年均增速25%以上。而且民用無人機擁有規(guī)模不亞于軍用無人機的巨大市場。未來的無人機將集成更多的機器人技術(shù)和更先進的算法，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。典型的無人機系統(tǒng)由飛行平臺、動力裝置、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和民用無人機兩大類，其中民用無人機一般又分為消費級無人機及工業(yè)級無人機。
隨著航空科技進步和信息技術(shù)快速發(fā)展，極大地推動了無人機系統(tǒng)跨越發(fā)展。近年來，在信息化戰(zhàn)爭的趨勢下，無人機等新型裝備需求大幅提升，無人機年產(chǎn)值（含采購）逐年增長，到2028年產(chǎn)值預(yù)計達到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，全球民用無人機市場也實現(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)計到2024年增長至4157億元人民幣，年復(fù)合增長率將達43.03%。
近年來，不論是軍用無人機還是民品無人機均發(fā)揮著重要作用，受到各國政府高度重視，對其需求量呈不斷擴大態(tài)勢。不過，中航無人機在競爭力方面略顯不足，存在一定程度的經(jīng)營風(fēng)險，還需進一步突破窘境，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)無人機實現(xiàn)快速發(fā)展，預(yù)計到2021年中國工業(yè)無人機市場規(guī)模將首次超過消費級無人機，成為民用無人機細分領(lǐng)域的主要市場。到2024年我國工業(yè)無人機市場規(guī)模將增長至1507.85億元，占中國民用無人機市場規(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54.52%。
民用無人機用途極為廣泛，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。借鑒美國對民用無人機監(jiān)管逐步放松的歷程，以及國內(nèi)民用無人機政策的規(guī)范和低空空域改革的深化，我國民用無人機行業(yè)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。
國內(nèi)無人機發(fā)展現(xiàn)狀。我國民用無人機產(chǎn)品銷售和服務(wù)總體市場規(guī)模2018年達到110.9億元，到2020年將達到465億元，2025年將達到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300億元。
基于以上描述，顯示無人機的經(jīng)濟性、安全性、易操作性，在很多民用領(lǐng)域?qū)o人機都有著旺盛的需求，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、實訓(xùn)環(huán)節(jié)與場景不明確、實習(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)：掌握無人機集群控制及相關(guān)編程技術(shù)，能夠運用無人機相關(guān)理論與技術(shù)快速分析與完成無人機集群控制、編隊飛行、編隊表演任務(wù)。以工程思維、計算機思維培養(yǎng)，無人機控制為核心，將工程開發(fā)、編程、無人機、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，通過 PBL 學(xué)習(xí)法，從解決實際問題出發(fā)，利用編程及工程開發(fā)等手段解鎖無人機、人工智能， 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、空間思維力、知識整合應(yīng)用能力。
| 教學(xué)目標(biāo)設(shè)定 | |||
| 序號 | 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體系認知 |
1.航空航天基礎(chǔ)概論； 2.無人駕駛航空器基礎(chǔ)認知； 3.無人機系統(tǒng)認知； 4.無人機維護及管理。 |
1.培養(yǎng)掌握航空航天基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)航空航天科技素養(yǎng)； 2.培養(yǎng)掌握無人機基本知識、基本原理； 3.無人機飛行基礎(chǔ)； 4.設(shè)備自主維護及管理能力。 |
| 2 | 基礎(chǔ)編程學(xué)習(xí) |
1.面向性編程原理學(xué)習(xí)認知； 2.計算機編程邏輯學(xué)習(xí)； 3.編程語言學(xué)習(xí)、認知； 4.解釋型語言程序編譯； 5.無人機控制語言編譯。 |
1.識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)計方法和編寫修改能力； 3.無人機控制原理及飛行程序語言閱讀能力； 4.無人機系統(tǒng)編程及任務(wù)設(shè)備設(shè)定能力 |
| 3 |
面向無人機的 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.無人機程序的閱讀 4.無人機飛行程序編譯； 5.無人機編隊編程。 |
1.基礎(chǔ)語言編程能力； 2.熟練使用各類編譯工具； 3.具有通過編程進行任務(wù)設(shè)定、達成的編譯能力； 4.具有通過編程進行現(xiàn)實交互的能力； 5.通過面對對象無人機的編程，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.閱讀或修改無人機設(shè)計，無人機參數(shù)設(shè)置； |
1.熟悉公司的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； 2.熟練掌握無人機各個部件； 3.具有無人機操作能力； 4.會使用常用編譯器及示例 DEMO； 6.熟悉無人機原理，了解相關(guān)課程知識； 7.熟悉相關(guān)的飛行操作及集群控制；了解安全飛行知識。 |
03
建設(shè)模塊
3.1、模塊介紹
| 功能模塊 | 主要功能 | 項目內(nèi)容 |
| 無人機基礎(chǔ)教學(xué) |
滿足無人機及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)教學(xué) 提供無人機展覽、裝配、調(diào)試、仿真等實訓(xùn)條件 |
無人機實訓(xùn) 無人機編程基礎(chǔ) 物流無人機 無人機綜合調(diào)試實訓(xùn)系統(tǒng) |
| 1+X證書 | 滿足1+X證書考試需求 |
室外實操教學(xué)六旋翼無人機飛行平臺 無人機電子執(zhí)照考訓(xùn)飛行平臺 多載荷行業(yè)應(yīng)用多旋翼無人機飛行平臺 |
| AI視覺無人機開發(fā)平臺 |
自主定位 自主避障 自主導(dǎo)航 |
AI視覺無人機開發(fā)平臺 AI視覺無人機蜂群開發(fā)平臺 |
| 測試場地 | 人員、機器安全，驗證測試場地 |
安全飛行 定位、避障測試 |
應(yīng)用實訓(xùn)室區(qū)域分布
無人機理論區(qū)域（學(xué)生可以學(xué)習(xí)無人機基本知識以下幾點：
理論：無人機的發(fā)展歷史、無人機結(jié)構(gòu)、無人機系統(tǒng)知識，無人機法律法規(guī)、無人機行業(yè)應(yīng)用等;
拆裝：即無人機裝配，提供無人機所有零部件，學(xué)生可以動手將所有部件按照實驗指導(dǎo)書組裝成一架完整的無人機，通過組裝讓學(xué)生了解并熟悉無人機的硬件構(gòu)造。
維護：維護不僅提高的是學(xué)生的動手解決問題能力，更能通過學(xué)習(xí)讓學(xué)生深 入了解無人機的原理，進一步提升學(xué)生的自身技能。
維修：故障檢測是學(xué)生學(xué)習(xí)必不可少的一項環(huán)節(jié)，當(dāng)飛機出現(xiàn)無法正常工作的狀況時，借助測試儀器，讓學(xué)生快速查出故障點，從而判斷問題的所在等）。
無人機調(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 臺電腦，并進行相關(guān)軟硬件的安裝）
調(diào)試：即無人機通過軟硬件調(diào)試，讓學(xué)生更深入的了解無人機，維護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捕系統(tǒng)定位，進行驗證，軌跡實時展示。
無人機智能飛行區(qū)域
（以動捕系統(tǒng)+飛行場地空間為主，主要用于無人機算法驗證、軌跡呈現(xiàn)和飛行評判為主，可以作為穿越飛行場地、編程試飛場地、編隊飛行場地來進行綜合性使用，建議面積 30-40多平方米。）
展示區(qū)域
實訓(xùn)室裝修建設(shè)、文化設(shè)計、功能布局、無人機擺放等。
3.3、無人機實訓(xùn)室功能建設(shè)
整個無人機實訓(xùn)室功能建設(shè)至少包含2個部分，分別是AI、編程+裝調(diào)飛行實驗室（附帶局域試飛）、飛行訓(xùn)練場。
無人機編程+仿真飛行實訓(xùn)室
無人機編程系統(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缶幊獭o人機飛行程序編譯、無人機編隊飛行編程而開發(fā)的一套無人機 編程控制軟件及操作系統(tǒng)。該軟件具有實時仿真、程序判讀、實時讀取面向設(shè)備 信息、便于自主學(xué)習(xí)等優(yōu)點。該系統(tǒng)適合學(xué)校和培訓(xùn)機構(gòu)教學(xué)，教師通過軟件進 行無人機基礎(chǔ)教學(xué)和操控技巧和與學(xué)生進行信息交互。
無人機室內(nèi)飛行訓(xùn)練場
無人機室內(nèi)飛行訓(xùn)練部分是為了實訓(xùn)無人機的基礎(chǔ)檢測工作、無人機起飛、無人機降落懸停、編程無人機任務(wù)飛行、無人機集群控制編隊飛行等提供空間， 通過練習(xí)無人機的各項控制課程與編程任務(wù)項目，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，同時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)，搭建無人機實訓(xùn)、教學(xué)需要的軟、硬件環(huán)境，學(xué)生通過在實驗教師指導(dǎo)下將無人機的實訓(xùn)教學(xué)與社會發(fā)展需求對接，以此來實現(xiàn)學(xué)生動手實踐能力、開發(fā)能力和就業(yè)能的提升。