浅谈无人机实训室的建设

建设背景

推进“中国制造2025”“互联网+”，发展战略性新兴产业，促进经济转型升级，是国家核心发展战略。建设新兴科技领域新增专业是职业学校与时俱进，感知产业变化培养具有时代先进性人才的具体体现，无人机作为国家重点发展产业，发展前景广阔，行业人才需求紧迫。
根据工信部2017年发布的《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》，到2020年，民用无人机产业持续快速发展，产值达到600亿元，年均增速40%以上。到2025年，民用无人机产值达到1800亿元，年均增速25%以上。而且民用无人机拥有规模不亚于军用无人机的巨大市场。未来的无人机将集成更多的机器人技术和更先进的算法，装备更多的传感器，加载更多的任务载荷设备，接入外部网络，智能化地完成各种复杂的任务。
无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。典型的无人机系统由飞行平台、动力装置、航电系统、任务载荷系统、地面系统、综合保障系统等组成。

按用途来看，可以分为军用无人机和民用无人机两大类，其中民用无人机一般又分为消费级无人机及工业级无人机。

随着航空科技进步和信息技术快速发展，极大地推动了无人机系统跨越发展。近年来，在信息化战争的趋势下，无人机等新型装备需求大幅提升，无人机年产值（含采购）逐年增长，到2028年产值预计达到147.98亿美元，2019年-2028年年产值（含采购）复合增长率为5.36%。

此外，全球民用无人机市场也实现了快速增长，从2015年的215亿元人民币增长至2019年的657亿元人民币，预计到2024年增长至4157亿元人民币，年复合增长率将达43.03%。

近年来，不论是军用无人机还是民品无人机均发挥着重要作用，受到各国政府高度重视，对其需求量呈不断扩大态势。不过，中航无人机在竞争力方面略显不足，存在一定程度的经营风险，还需进一步突破窘境，才能尽快在景气向上的赛道争取更多的份额。随着应用场景的不断拓展，工业无人机实现快速发展，预计到2021年中国工业无人机市场规模将首次超过消费级无人机，成为民用无人机细分领域的主要市场。到2024年我国工业无人机市场规模将增长至1507.85亿元，占中国民用无人机市场规模比例由2015年的19%上升至约73%，2015年-2024年年均复合增长率达54.52%。
民用无人机用途极为广泛，未来市场主要集中于农林植保、影视航拍、电力巡检等领域。借鉴美国对民用无人机监管逐步放松的历程，以及国内民用无人机政策的规范和低空空域改革的深化，我国民用无人机行业将呈现爆发式增长。
国内无人机发展现状。我国民用无人机产品销售和服务总体市场规模2018年达到110.9亿元，到2020年将达到465亿元，2025年将达到750亿元；其中，航拍及娱乐仍是最大的应用领域，市场规模有望达300亿元。

基于以上描述，显示无人机的经济性、安全性、易操作性，在很多民用领域对无人机都有着旺盛的需求，然而作为新兴科技类专业，院校在建设无人机相关专业前期，普遍面临优质教学资源不丰富、专业师资力量不雄厚、实训环节与场景不明确、实习就业渠道不畅通等相关问题。

建设目标

培养目标：掌握无人机集群控制及相关编程技术，能够运用无人机相关理论与技术快速分析与完成无人机集群控制、编队飞行、编队表演任务。以工程思维、计算机思维培养，无人机控制为核心，将工程开发、编程、无人机、体育竞技、人智能学习、自然科学、艺术等相结合，整合各学科的综合知识，通过 PBL 学习法，从解决实际问题出发，利用编程及工程开发等手段解锁无人机、人工智能，培养学生的创造力、空间思维力、知识整合应用能力。

教学目标设定

序号

课程设置

课程基础掌握描述

掌握能力要求与素质

无人驾驶航空器与航空知识体系认知

1.航空航天基础概论；
2.无人驾驶航空器基础认知；
3.无人机系统认知；
4.无人机维护及管理。

1.培养掌握航空航天基础知识，培养航空航天科技素养；
2.培养掌握无人机基本知识、基本原理；
3.无人机飞行基础；
4.设备自主维护及管理能力。

基础编程学习

1.面向性编程原理学习认知；
2.计算机编程逻辑学习；
3.编程语言学习、认知；
4.解释型语言程序编译；
5.无人机控制语言编译。

1.识辨程序及理解程序能力；
2.常用编程语言仿写能力，熟知编程逻辑及程序的基本设计方法和编写修改能力；
3.无人机控制原理及飞行程序语言阅读能力；
4.无人机系统编程及任务设备设定能力

面向无人机的
编程学习

1.技术文件阅读；
2.各类程序文件阅读
（DEMO 示例程序、控制程序）；
3.无人机程序的阅读
4.无人机飞行程序编译；
5.无人机编队编程。

1.基础语言编程能力；
2.熟练使用各类编译工具；
3.具有通过编程进行任务设定、达成的编译能力；
4.具有通过编程进行现实交互的能力；
5.通过面对对象无人机的编程，控制飞行、完成飞行任务的能力；
6.通过程序编译完成任务搭载设备使用的能力。

售后服务

1.客户使用培训；
2.技术文件阅读与审核
（说明书等交付文件）；
3.相关例程及课程服务
（DEMO、课程例程）；
4.阅读或修改无人机设计，无人机参数设置；

1.熟悉公司的质量标准；
2.熟练掌握无人机各个部件；
3.具有无人机操作能力；
4.会使用常用编译器及示例 DEMO；
6.熟悉无人机原理，了解相关课程知识；
7.熟悉相关的飞行操作及集群控制；了解安全飞行知识。

03
建设模块

3.1、模块介绍

功能模块

主要功能

项目内容

无人机基础教学

满足无人机及相关专业的专业教学
提供无人机展览、装配、调试、仿真等实训条件

无人机实训
无人机编程基础
物流无人机
无人机综合调试实训系统

1+X证书

满足1+X证书考试需求

室外实操教学六旋翼无人机飞行平台
无人机电子执照考训飞行平台
多载荷行业应用多旋翼无人机飞行平台

AI视觉无人机开发平台

自主定位
自主避障
自主导航

AI视觉无人机开发平台
AI视觉无人机蜂群开发平台

测试场地

人员、机器安全，验证测试场地

安全飞行
定位、避障测试

3.2、无人机应用技术实训基地区域及功能
应用实训室区域分布

无人机理论区域（学生可以学习无人机基本知识以下几点：
理论：无人机的发展历史、无人机结构、无人机系统知识，无人机法律法规、无人机行业应用等;
拆装：即无人机装配，提供无人机所有零部件，学生可以动手将所有部件按照实验指导书组装成一架完整的无人机，通过组装让学生了解并熟悉无人机的硬件构造。
维护：维护不仅提高的是学生的动手解决问题能力，更能通过学习让学生深入了解无人机的原理，进一步提升学生的自身技能。
维修：故障检测是学生学习必不可少的一项环节，当飞机出现无法正常工作的状况时，借助测试仪器，让学生快速查出故障点，从而判断问题的所在等）。
无人机调试、编程及VR模拟飞行区域（以30 人一班为例，设置 15-30 台电脑，并进行相关软硬件的安装）
调试：即无人机通过软硬件调试，让学生更深入的了解无人机，维护是为了更好的保持设备精度，让飞行更稳定。
编程：图形化编程从零基础开始，将编程后的程序通过动捕系统定位，进行验证，轨迹实时展示。
无人机智能飞行区域
（以动捕系统+飞行场地空间为主，主要用于无人机算法验证、轨迹呈现和飞行评判为主，可以作为穿越飞行场地、编程试飞场地、编队飞行场地来进行综合性使用，建议面积 30-40多平方米。）
展示区域
实训室装修建设、文化设计、功能布局、无人机摆放等。
3.3、无人机实训室功能建设
整个无人机实训室功能建设至少包含2个部分，分别是AI、编程+装调飞行实验室（附带局域试飞）、飞行训练场。
无人机编程+仿真飞行实训室
无人机编程系统主要是为了让学生能够快速理解并学习编程逻辑、语言编译、面向对象编程、无人机飞行程序编译、无人机编队飞行编程而开发的一套无人机编程控制软件及操作系统。该软件具有实时仿真、程序判读、实时读取面向设备信息、便于自主学习等优点。该系统适合学校和培训机构教学，教师通过软件进行无人机基础教学和操控技巧和与学生进行信息交互。
无人机室内飞行训练场
无人机室内飞行训练部分是为了实训无人机的基础检测工作、无人机起飞、无人机降落悬停、编程无人机任务飞行、无人机集群控制编队飞行等提供空间，通过练习无人机的各项控制课程与编程任务项目，能够培养学生操控兴趣及激发学生自主创新意识，同时减少室外无序飞行所带来的安全隐患。

各系统建设本着实用为主，技术领先的原则，充分考虑信息技术与教育领域业务的深度融合，依托开源系统和相关技术，搭建无人机实训、教学需要的软、硬件环境，学生通过在实验教师指导下将无人机的实训教学与社会发展需求对接，以此来实现学生动手实践能力、开发能力和就业能的提升。