無(wú)人機(jī)應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案
2024-05-26 06:56
一、背景介紹
近年來(lái)隨著無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用，由于操作人員訓(xùn)練不到位、操作水平參差不齊。各類失控?cái)_航、墜機(jī)等飛行事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)公共安全造成極大威脅。本項(xiàng)目以半實(shí)物仿真技術(shù)、仿真建模技術(shù)、人工智能技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)仿真要素進(jìn)行精細(xì)化建模，模擬無(wú)人機(jī)真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，為無(wú)人機(jī)訓(xùn)練和操作技巧提供有效的仿真手段。有效解決傳統(tǒng)訓(xùn)練中真機(jī)設(shè)備不足、以及場(chǎng)地限制、真機(jī)磨損、真機(jī)操作安全事故等問(wèn)題。
二、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
無(wú)人機(jī)應(yīng)用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)使用全新的3A級(jí)3D引擎進(jìn)行場(chǎng)景還原，打造逼真的應(yīng)用場(chǎng)景，基于先進(jìn)的物理仿真引擎還原無(wú)人機(jī)的飛行特性，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)無(wú)人機(jī)相同的操作感受�？商岣呷∽C通過(guò)率，同時(shí)供取得證書的新手操作人員反復(fù)練習(xí)使用，訓(xùn)練操作人員飛行技能、緊急情況應(yīng)對(duì)、無(wú)人機(jī)組裝及維護(hù)以及不同科目演練，在本系統(tǒng)訓(xùn)練合格后，操作人員能夠熟練掌握操作要點(diǎn)、緊急情況應(yīng)對(duì)技巧以及無(wú)人機(jī)組裝維護(hù)技能。極大的減少操作人員由于經(jīng)驗(yàn)不足造成的經(jīng)濟(jì)損失甚至是人員受傷，為后續(xù)真機(jī)飛行提供有力保障。三、系統(tǒng)特色
（一）逼真的場(chǎng)景系統(tǒng)使用3A級(jí)3D引擎UE4打造逼真訓(xùn)練場(chǎng)景。營(yíng)造出逼真的作業(yè)環(huán)境，打造沉浸式飛行體驗(yàn)。
（二）真實(shí)的操控
本設(shè)備集成先進(jìn)的自動(dòng)駕駛仿真引擎AirSim模擬無(wú)人機(jī)飛行特性，并采用真實(shí)無(wú)人機(jī)遙控器與飛控進(jìn)行控制，與飛手操作真實(shí)無(wú)人機(jī)的感覺相同，系統(tǒng)目前涵蓋了四軸飛行器、六軸飛行器等常用機(jī)型。
（三）豐富的功能
1.訓(xùn)練模式：結(jié)合具體任務(wù)，逐步引導(dǎo)受訓(xùn)員工完成任務(wù)，并在飛行過(guò)程中提示要點(diǎn)與注意事項(xiàng)；
2.考核模式：模擬實(shí)際巡線作業(yè)流程，考核學(xué)員巡線技能及對(duì)相關(guān)規(guī)定的理解程度，并對(duì)其飛行技能進(jìn)行評(píng)分。
3.基礎(chǔ)飛行：根據(jù)民航局無(wú)人機(jī)執(zhí)照取證要求，設(shè)計(jì)了單通道懸停、多通道懸停、多通道飛行訓(xùn)練等飛行技能。
4.應(yīng)急處理：針對(duì)動(dòng)力缺失、信號(hào)干擾等多種情況進(jìn)行了操作模擬，讓學(xué)員積累更多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
5.飛行視角切換：提供飛手視角、圖傳視角、跟隨視角，創(chuàng)造沉浸式飛行體驗(yàn)。
（四）豐富的模塊
1. 無(wú)人機(jī)飛行訓(xùn)練模塊
無(wú)人機(jī)飛行訓(xùn)練模塊包含多機(jī)型仿真飛行訓(xùn)練功能，包含直升機(jī)，多旋翼等 3 種以上機(jī)型，場(chǎng)景可定制更換，無(wú)人機(jī)飛行有聲音提醒，場(chǎng)景內(nèi)有無(wú)人機(jī)電子圍欄，飛機(jī)飛出指定區(qū)域撞毀，可以一鍵重置飛行，功能設(shè)計(jì)駕駛員和機(jī)長(zhǎng)考試模式，飛機(jī)可實(shí)現(xiàn) GPS 和姿態(tài)兩種模式飛行，考核模式結(jié)束可查看詳細(xì)分?jǐn)?shù)，軟件包含定點(diǎn)自旋 360°考核和水平八字考核，符合民航局考試要求。
2.無(wú)人機(jī)應(yīng)急救援模塊
無(wú)人機(jī)應(yīng)急救援模塊至少包含三種多旋翼救援機(jī)型，三種不同場(chǎng)景，匹配救援環(huán)境，應(yīng)急救援模塊的主要功能是對(duì)樓宇、森林、倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所的火災(zāi)進(jìn)行模擬救援，可根據(jù)火災(zāi)類型、火勢(shì)選用不同的無(wú)人機(jī)及滅火裝備（消防水管、滅火彈、滅火球、干粉滅火器）進(jìn)行救援。
3. 無(wú)人機(jī)農(nóng)林植保模塊
無(wú)人機(jī)農(nóng)林質(zhì)保植保模塊提供模擬無(wú)人植保機(jī)自主規(guī)劃線路，添加藥物，調(diào)節(jié)行間距，作業(yè)高度等，提供三種機(jī)型，三種場(chǎng)景自主切換，提供自主規(guī)劃，手動(dòng)規(guī)劃和 AB 點(diǎn)植保模式，匹配不同藥物，不同農(nóng)作物，噴霧效果會(huì)根據(jù)風(fēng)向自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)人機(jī)撞入農(nóng)田會(huì)銷毀，當(dāng)電量耗盡或則藥水耗盡，無(wú)人機(jī)會(huì)自動(dòng)返航。
4. 無(wú)人機(jī)電力巡檢模塊
無(wú)人機(jī)電力巡檢模塊包含三種多旋翼巡檢機(jī)型，三種不同場(chǎng)景，匹配多種不同等級(jí)的電力桿塔，無(wú)人機(jī)防撞預(yù)警，場(chǎng)景內(nèi)的樹木桿塔撞到會(huì)損毀無(wú)人機(jī)，新手引導(dǎo)模式教授學(xué)員如何到達(dá)指定位置進(jìn)行按鍵拍照，考核模式根據(jù)學(xué)員的拍照識(shí)別情況打分，有 GPS 和姿態(tài)兩種模式飛行。
5. 無(wú)人機(jī)物流配送模塊
無(wú)人機(jī)物流配送模塊至少包含三種多旋翼機(jī)型，三種不同場(chǎng)景仿真配送練習(xí)，軟件可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)、場(chǎng)景自由組合，物流配送流程模擬訓(xùn)練、可自動(dòng)規(guī)劃路徑進(jìn)行物流配送，可實(shí)現(xiàn)小地圖顯示配送路徑、保存及查看歷史配送記錄，查看無(wú)人機(jī)速度、高度、位置、地形場(chǎng)景名稱、航向角等飛行信息。
6. 無(wú)人機(jī)裝配教學(xué)模塊
無(wú)人機(jī)裝配教學(xué)模塊包含固定翼無(wú)人機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)以及無(wú)人直升機(jī)的裝配教學(xué)演示與裝配訓(xùn)練，能夠進(jìn)行裝配環(huán)節(jié)測(cè)試，并進(jìn)行實(shí)時(shí)打分，生成測(cè)試分?jǐn)?shù)，并能對(duì)扣分環(huán)節(jié)進(jìn)行解釋。
四、系統(tǒng)參數(shù)
| 序號(hào) | 模塊 | 項(xiàng)目 | 技術(shù)參數(shù) |
| 1 |
飛行 訓(xùn)練 |
場(chǎng)地類型 | 可選學(xué)校、城市場(chǎng)景，場(chǎng)景內(nèi)有八字飛行引導(dǎo)軌跡線和雪糕筒。 |
| 可選機(jī)型 | 支持八旋翼無(wú)人機(jī)、行業(yè)應(yīng)用無(wú)人機(jī)、直升機(jī)、農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)、垂起固定翼機(jī)型。 | ||
| 練習(xí)模式 | 支持訓(xùn)練和考核兩種練習(xí)模式，在訓(xùn)練模式下可單獨(dú)進(jìn)行無(wú)人機(jī)360°自旋和八字飛行科目的飛行，可通過(guò)小地圖查看飛行軌跡，同時(shí)給出實(shí)時(shí)評(píng)分以及高度、水平、速度、角度誤差，飛行結(jié)束可查看綜合評(píng)分。考核模式下，可模擬民航局無(wú)人機(jī)執(zhí)照考試流程，可在3次機(jī)會(huì)下依次完成360°自旋和八字飛行科目，考核結(jié)束將給出評(píng)分和是否通過(guò)評(píng)定。 | ||
| 考評(píng)參數(shù) | 可自定義考核難度，實(shí)現(xiàn)不同難度的訓(xùn)練。自定義參數(shù)包括最大高度誤差、最大水平誤差、最低和最高飛行速度、最大方向誤差。 | ||
| 2 |
應(yīng)急 救援 |
救援場(chǎng)景 | 支持城市場(chǎng)景、工廠場(chǎng)景、山林場(chǎng)景，每個(gè)場(chǎng)景下均提供不同位置的起火點(diǎn)。 |
| 滅火負(fù)載 | 無(wú)人機(jī)可以搭載滅火彈、干粉、水槍負(fù)載，對(duì)起火點(diǎn)實(shí)施空中滅火，不同場(chǎng)景和負(fù)載可以任意進(jìn)行組合。 | ||
| 救援模擬 | 支持小地圖引導(dǎo)無(wú)人機(jī)前往救援點(diǎn)，同時(shí)顯示當(dāng)前火勢(shì)、以及滅火進(jìn)度。到達(dá)起火點(diǎn)上方，可以手動(dòng)觸發(fā)不同負(fù)載的滅火功能。滅火彈發(fā)射后若擊中著火點(diǎn)，可逐漸減弱火勢(shì)。干粉和水槍滅火負(fù)載則需要對(duì)準(zhǔn)起火點(diǎn)持續(xù)噴灑，直至火勢(shì)熄滅。 | ||
| 負(fù)載參數(shù) | 在救援過(guò)程中，可對(duì)不同滅火負(fù)載的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。支持調(diào)節(jié)滅火彈發(fā)射的壓力大小，實(shí)現(xiàn)滅火彈發(fā)射速度的調(diào)整。干粉和水槍支持噴射壓力大小調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同距離的噴灑。 | ||
| 可選機(jī)型 | 支持多旋翼、直升機(jī)、垂起固定翼。 | ||
| 3 |
農(nóng)業(yè) 植保 |
作業(yè)模式 | 提供植保無(wú)人機(jī)手動(dòng)作業(yè)、AB點(diǎn)作業(yè)、航線規(guī)劃三種噴灑飛行模式的仿真模擬。 |
| 手動(dòng)噴灑 | 可手動(dòng)控制無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)地塊進(jìn)行噴灑作業(yè)，支持一鍵開啟和關(guān)閉噴灑系統(tǒng)； | ||
| AB點(diǎn)噴灑 | 支持操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行場(chǎng)地A點(diǎn)、B點(diǎn)標(biāo)定，標(biāo)定完成后前后推桿無(wú)人機(jī)自動(dòng)鎖定沿AB線段朝向飛行，左右撥桿可按設(shè)定的行間距自動(dòng)換行； | ||
| 自主航線規(guī)劃 | 可添加和移除地塊邊界點(diǎn)，自動(dòng)按照噴灑參數(shù)生成弓字型作業(yè)飛行航線； | ||
| 可設(shè)定噴灑流速、水平噴幅、航線角度、飛行高度、飛行速度參數(shù)，自動(dòng)生成滿足要求的植保飛行航線。 | |||
| 可顯示任務(wù)詳情，動(dòng)態(tài)更新當(dāng)前航線計(jì)算出的作業(yè)面積、航線長(zhǎng)度、預(yù)計(jì)飛行航時(shí)、以及預(yù)估的藥量； | |||
| 斷點(diǎn)續(xù)噴 | 支持模擬斷藥斷電返航后的斷點(diǎn)續(xù)噴功能。 | ||
| 換藥換電 | 支持模擬植保無(wú)人機(jī)換電、換藥邏輯。 | ||
| 飛行儀表 | 顯示飛行速度、模式、藥量、電量、高度、噴速、已噴灑面積；能夠模擬和現(xiàn)實(shí)植保無(wú)人機(jī)前后視角圖像； | ||
| 4 |
電力 巡檢 |
桿塔類型 | 支持220kv單回路直線塔、220kv雙回路直線塔、500kv單回路耐張塔、500kv雙回路耐張塔。 |
| 引導(dǎo)巡檢 | 可按《電力行業(yè)無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)人員培訓(xùn)考核規(guī)范》(T/CEC 193-2018)規(guī)范，引導(dǎo)操控?zé)o人機(jī)對(duì)桿塔本體及部件進(jìn)行巡檢拍照。每個(gè)步驟可顯示該部件的名稱、拍攝角度要求、位置要求，并可實(shí)時(shí)更新當(dāng)前拍攝的覆蓋率水平及巡檢進(jìn)度，并最終給出評(píng)價(jià)總分。 | ||
| 仿真界面 | 支持模擬DJI M300 RTK使用界面，可顯示飛行信息，包括飛行模式、電量等。使用界面支持觸發(fā)降落、返航、拍照等功能。 | ||
| 態(tài)勢(shì)感知 | 支持模擬DJI M300 RTK態(tài)勢(shì)感知功能，可實(shí)時(shí)顯示飛行器周圍障礙物的分布及距離。 | ||
| 5 |
物流 配送 |
配送場(chǎng)景 | 支持快遞、外賣、醫(yī)藥無(wú)人機(jī)配送場(chǎng)景 |
| 可選機(jī)型 | 支持八旋翼、直升機(jī)、垂起固定翼。 | ||
| 航線規(guī)劃 | 支持手動(dòng)添加航點(diǎn)，可以設(shè)置飛行高度及速度。 | ||
| 配送信息 | 可查看配送訂單信息，包括訂單編號(hào)、配送內(nèi)容、目的地、預(yù)計(jì)飛行時(shí)間。 | ||
| 歷史訂單 | 可查看歷史配送訂單 | ||
| 自動(dòng)飛行 | 支持無(wú)人機(jī)按預(yù)設(shè)航點(diǎn)執(zhí)行自動(dòng)配送任務(wù)，也可手動(dòng)操控?zé)o人機(jī)沿預(yù)設(shè)航線進(jìn)行飛行配送。 | ||
| 6 |
組裝 調(diào)試 |
可選機(jī)型 | 支持四旋翼、直升機(jī)、垂起固定翼的拆裝。 |
| 零件認(rèn)知 | 可對(duì)飛機(jī)進(jìn)行零件拆解，并對(duì)每個(gè)零件的名稱、作用進(jìn)行學(xué)習(xí)。 | ||
| 飛機(jī)組裝 | 可按步驟對(duì)飛機(jī)零件進(jìn)行拖動(dòng)組裝無(wú)人機(jī)，可對(duì)組裝過(guò)程進(jìn)行評(píng)分，當(dāng)組裝出錯(cuò)可提示原因。 | ||
| PID調(diào)試 | 可通過(guò)曲線實(shí)時(shí)顯示飛機(jī)橫滾、升降、油門、方向的響應(yīng)情況，并可單獨(dú)調(diào)整每個(gè)軸的P/I/D參數(shù)，使飛機(jī)操作手感發(fā)生變化。 | ||
| 風(fēng)力模擬 | 可設(shè)置八個(gè)不同方位的風(fēng)力，驗(yàn)證飛機(jī)PID的調(diào)試性能。 | ||
| 特殊工況 | 可模擬電機(jī)停轉(zhuǎn)、IMU震動(dòng)過(guò)大的情況，驗(yàn)證飛機(jī)性能。 |