淺談無(wú)人機實(shí)訓室的建設
建設背景
推進(jìn)“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”，發(fā)展戰略性新興產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)經(jīng)濟轉型升級，是國家核心發(fā)展戰略。建設新興科技領(lǐng)域新增專(zhuān)業(yè)是職業(yè)學(xué)校與時(shí)俱進(jìn)，感知產(chǎn)業(yè)變化培養具有時(shí)代先進(jìn)性人才的具體體現，無(wú)人機作為國家重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景廣闊，行業(yè)人才需求緊迫。
根據工信部2017年發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)和規范民用無(wú)人機制造業(yè)發(fā)展的指導意見(jiàn)》，到2020年，民用無(wú)人機產(chǎn)業(yè)持續快速發(fā)展，產(chǎn)值達到600億元，年均增速40%以上。到2025年，民用無(wú)人機產(chǎn)值達到1800億元，年均增速25%以上。而且民用無(wú)人機擁有規模不亞于軍用無(wú)人機的巨大市場(chǎng)。未來(lái)的無(wú)人機將集成更多的機器人技術(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)載荷設備，接入外部網(wǎng)絡(luò )，智能化地完成各種復雜的任務(wù)。
無(wú)人機是利用無(wú)線(xiàn)電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。典型的無(wú)人機系統由飛行平臺、動(dòng)力裝置、航電系統、任務(wù)載荷系統、地面系統、綜合保障系統等組成。
按用途來(lái)看，可以分為軍用無(wú)人機和民用無(wú)人機兩大類(lèi)，其中民用無(wú)人機一般又分為消費級無(wú)人機及工業(yè)級無(wú)人機。
隨著(zhù)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(wú)人機系統跨越發(fā)展。近年來(lái)，在信息化戰爭的趨勢下，無(wú)人機等新型裝備需求大幅提升，無(wú)人機年產(chǎn)值（含采購）逐年增長(cháng)，到2028年產(chǎn)值預計達到147.98億美元，2019年-2028年年產(chǎn)值（含采購）復合增長(cháng)率為5.36%。
此外，全球民用無(wú)人機市場(chǎng)也實(shí)現了快速增長(cháng)，從2015年的215億元人民幣增長(cháng)至2019年的657億元人民幣，預計到2024年增長(cháng)至4157億元人民幣，年復合增長(cháng)率將達43.03%。
近年來(lái)，不論是軍用無(wú)人機還是民品無(wú)人機均發(fā)揮著(zhù)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(guò)，中航無(wú)人機在競爭力方面略顯不足，存在一定程度的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險，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(zhù)應用場(chǎng)景的不斷拓展，工業(yè)無(wú)人機實(shí)現快速發(fā)展，預計到2021年中國工業(yè)無(wú)人機市場(chǎng)規模將首次超過(guò)消費級無(wú)人機，成為民用無(wú)人機細分領(lǐng)域的主要市場(chǎng)。到2024年我國工業(yè)無(wú)人機市場(chǎng)規模將增長(cháng)至1507.85億元，占中國民用無(wú)人機市場(chǎng)規模比例由2015年的19%上升至約73%，2015年-2024年年均復合增長(cháng)率達54.52%。
民用無(wú)人機用途極為廣泛，未來(lái)市場(chǎng)主要集中于農林植保、影視航拍、電力巡檢等領(lǐng)域。借鑒美國對民用無(wú)人機監管逐步放松的歷程，以及國內民用無(wú)人機政策的規范和低空空域改革的深化，我國民用無(wú)人機行業(yè)將呈現爆發(fā)式增長(cháng)。
國內無(wú)人機發(fā)展現狀。我國民用無(wú)人機產(chǎn)品銷(xiāo)售和服務(wù)總體市場(chǎng)規模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(lè )仍是最大的應用領(lǐng)域，市場(chǎng)規模有望達300億元。
基于以上描述，顯示無(wú)人機的經(jīng)濟性、安全性、易操作性，在很多民用領(lǐng)域對無(wú)人機都有著(zhù)旺盛的需求，然而作為新興科技類(lèi)專(zhuān)業(yè)，院校在建設無(wú)人機相關(guān)專(zhuān)業(yè)前期，普遍面臨優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源不豐富、專(zhuān)業(yè)師資力量不雄厚、實(shí)訓環(huán)節與場(chǎng)景不明確、實(shí)習就業(yè)渠道不暢通等相關(guān)問(wèn)題。
建設目標
培養目標：掌握無(wú)人機集群控制及相關(guān)編程技術(shù)，能夠運用無(wú)人機相關(guān)理論與技術(shù)快速分析與完成無(wú)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，無(wú)人機控制為核心，將工程開(kāi)發(fā)、編程、無(wú)人機、體育競技、人智能學(xué)習、自然科學(xué)、藝術(shù)等相結合，整合各學(xué)科的綜合知識，通過(guò) PBL 學(xué)習法，從解決實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，利用編程及工程開(kāi)發(fā)等手段解鎖無(wú)人機、人工智能， 培養學(xué)生的創(chuàng )造力、空間思維力、知識整合應用能力。
| 教學(xué)目標設定 | |||
| 序號 | 課程設置 | 課程基礎掌握描述 | 掌握能力要求與素質(zhì) |
| 1 | 無(wú)人駕駛航空器與航空知識體系認知 | 1.航空航天基礎概論； 2.無(wú)人駕駛航空器基礎認知； 3.無(wú)人機系統認知； 4.無(wú)人機維護及管理。 | 1.培養掌握航空航天基礎知識，培養航空航天科技素養； 2.培養掌握無(wú)人機基本知識、基本原理； 3.無(wú)人機飛行基礎； 4.設備自主維護及管理能力。 |
| 2 | 基礎編程學(xué)習 | 1.面向性編程原理學(xué)習認知； 2.計算機編程邏輯學(xué)習； 3.編程語(yǔ)言學(xué)習、認知； 4.解釋型語(yǔ)言程序編譯； 5.無(wú)人機控制語(yǔ)言編譯。 | 1.識辨程序及理解程序能力； 2.常用編程語(yǔ)言仿寫(xiě)能力，熟知編程邏輯及程序的基本設計方法和編寫(xiě)修改能力； 3.無(wú)人機控制原理及飛行程序語(yǔ)言閱讀能力； 4.無(wú)人機系統編程及任務(wù)設備設定能力 |
| 3 | 面向無(wú)人機的 編程學(xué)習 | 1.技術(shù)文件閱讀； 2.各類(lèi)程序文件閱讀 （DEMO 示例程序、控制程序）； 3.無(wú)人機程序的閱讀 4.無(wú)人機飛行程序編譯； 5.無(wú)人機編隊編程。 | 1.基礎語(yǔ)言編程能力； 2.熟練使用各類(lèi)編譯工具； 3.具有通過(guò)編程進(jìn)行任務(wù)設定、達成的編譯能力； 4.具有通過(guò)編程進(jìn)行現實(shí)交互的能力； 5.通過(guò)面對對象無(wú)人機的編程，控制飛行、完成飛行任務(wù)的能力； 6.通過(guò)程序編譯完成任務(wù)搭載設備使用的能力。 |
| 4 | 售后服務(wù) | 1.客戶(hù)使用培訓； 2.技術(shù)文件閱讀與審核 （說(shuō)明書(shū)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(wú)人機設計，無(wú)人機參數設置； | 1.熟悉公司的質(zhì)量標準； 2.熟練掌握無(wú)人機各個(gè)部件； 3.具有無(wú)人機操作能力； 4.會(huì )使用常用編譯器及示例 DEMO； 6.熟悉無(wú)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
建設模塊
3.1、模塊介紹
| 功能模塊 | 主要功能 | 項目?jì)热?/span> |
| 無(wú)人機基礎教學(xué) | 滿(mǎn)足無(wú)人機及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)教學(xué) 提供無(wú)人機展覽、裝配、調試、仿真等實(shí)訓條件 | 無(wú)人機實(shí)訓 無(wú)人機編程基礎 物流無(wú)人機 無(wú)人機綜合調試實(shí)訓系統 |
| 1+X證書(shū) | 滿(mǎn)足1+X證書(shū)考試需求 | 室外實(shí)操教學(xué)六旋翼無(wú)人機飛行平臺 無(wú)人機電子執照考訓飛行平臺 多載荷行業(yè)應用多旋翼無(wú)人機飛行平臺 |
| AI視覺(jué)無(wú)人機開(kāi)發(fā)平臺 | 自主定位 自主避障 自主導航 | AI視覺(jué)無(wú)人機開(kāi)發(fā)平臺 AI視覺(jué)無(wú)人機蜂群開(kāi)發(fā)平臺 |
| 測試場(chǎng)地 | 人員、機器安全，驗證測試場(chǎng)地 | 安全飛行 定位、避障測試 |
3.2、無(wú)人機應用技術(shù)實(shí)訓基地區域及功能
應用實(shí)訓室區域分布
無(wú)人機理論區域（學(xué)生可以學(xué)習無(wú)人機基本知識以下幾點(diǎn)：
理論：無(wú)人機的發(fā)展歷史、無(wú)人機結構、無(wú)人機系統知識，無(wú)人機法律法規、無(wú)人機行業(yè)應用等;
拆裝：即無(wú)人機裝配，提供無(wú)人機所有零部件，學(xué)生可以動(dòng)手將所有部件按照實(shí)驗指導書(shū)組裝成一架完整的無(wú)人機，通過(guò)組裝讓學(xué)生了解并熟悉無(wú)人機的硬件構造。
維護：維護不僅提高的是學(xué)生的動(dòng)手解決問(wèn)題能力，更能通過(guò)學(xué)習讓學(xué)生深 入了解無(wú)人機的原理，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)習必不可少的一項環(huán)節，當飛機出現無(wú)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(wèn)題的所在等）。
無(wú)人機調試、編程及VR模擬飛行區域（以30 人一班為例，設置 15-30 臺電腦，并進(jìn)行相關(guān)軟硬件的安裝）
調試：即無(wú)人機通過(guò)軟硬件調試，讓學(xué)生更深入的了解無(wú)人機，維護是為了更好的保持設備精度，讓飛行更穩定。
編程：圖形化編程從零基礎開(kāi)始，將編程后的程序通過(guò)動(dòng)捕系統定位，進(jìn)行驗證，軌跡實(shí)時(shí)展示。
無(wú)人機智能飛行區域
（以動(dòng)捕系統+飛行場(chǎng)地空間為主，主要用于無(wú)人機算法驗證、軌跡呈現和飛行評判為主，可以作為穿越飛行場(chǎng)地、編程試飛場(chǎng)地、編隊飛行場(chǎng)地來(lái)進(jìn)行綜合性使用，建議面積 30-40多平方米。）
展示區域
實(shí)訓室裝修建設、文化設計、功能布局、無(wú)人機擺放等。
3.3、無(wú)人機實(shí)訓室功能建設
整個(gè)無(wú)人機實(shí)訓室功能建設至少包含2個(gè)部分，分別是AI、編程+裝調飛行實(shí)驗室（附帶局域試飛）、飛行訓練場(chǎng)。
無(wú)人機編程+仿真飛行實(shí)訓室
無(wú)人機編程系統主要是為了讓學(xué)生能夠快速理解并學(xué)習編程邏輯、語(yǔ)言編譯、面向對象編程、無(wú)人機飛行程序編譯、無(wú)人機編隊飛行編程而開(kāi)發(fā)的一套無(wú)人機 編程控制軟件及操作系統。該軟件具有實(shí)時(shí)仿真、程序判讀、實(shí)時(shí)讀取面向設備 信息、便于自主學(xué)習等優(yōu)點(diǎn)。該系統適合學(xué)校和培訓機構教學(xué)，教師通過(guò)軟件進(jìn) 行無(wú)人機基礎教學(xué)和操控技巧和與學(xué)生進(jìn)行信息交互。
無(wú)人機室內飛行訓練場(chǎng)
無(wú)人機室內飛行訓練部分是為了實(shí)訓無(wú)人機的基礎檢測工作、無(wú)人機起飛、無(wú)人機降落懸停、編程無(wú)人機任務(wù)飛行、無(wú)人機集群控制編隊飛行等提供空間， 通過(guò)練習無(wú)人機的各項控制課程與編程任務(wù)項目，能夠培養學(xué)生操控興趣及激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng )新意識，同時(shí)減少室外無(wú)序飛行所帶來(lái)的安全隱患。
各系統建設本著(zhù)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(kāi)源系統和相關(guān)技術(shù)，搭建無(wú)人機實(shí)訓、教學(xué)需要的軟、硬件環(huán)境，學(xué)生通過(guò)在實(shí)驗教師指導下將無(wú)人機的實(shí)訓教學(xué)與社會(huì )發(fā)展需求對接，以此來(lái)實(shí)現學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、開(kāi)發(fā)能力和就業(yè)能的提升。