无人机应用仿真实验室建设方案
2024-05-26 06:56
一、背景介绍
近年来随着无人机广泛应用，由于操作人员训练不到位、操作水平参差不齐。各类失控扰航、坠机等飞行事故时有发生，对公共安全造成极大威胁。本项目以半实物仿真技术、仿真建模技术、人工智能技术和虚拟现实技术为基础，通过对多旋翼无人机仿真要素进行精细化建模，模拟无人机真实应用场景，为无人机训练和操作技巧提供有效的仿真手段。有效解决传统训练中真机设备不足、以及场地限制、真机磨损、真机操作安全事故等问题。
二、系统简介
无人机应用仿真培训系统使用全新的3A级3D引擎进行场景还原，打造逼真的应用场景，基于先进的物理仿真引擎还原无人机的飞行特性，实现与真实无人机相同的操作感受。可提高取证通过率，同时供取得证书的新手操作人员反复练习使用，训练操作人员飞行技能、紧急情况应对、无人机组装及维护以及不同科目演练，在本系统训练合格后，操作人员能够熟练掌握操作要点、紧急情况应对技巧以及无人机组装维护技能。极大的减少操作人员由于经验不足造成的经济损失甚至是人员受伤，为后续真机飞行提供有力保障。三、系统特色
（一）逼真的场景系统使用3A级3D引擎UE4打造逼真训练场景。营造出逼真的作业环境，打造沉浸式飞行体验。
（二）真实的操控
本设备集成先进的自动驾驶仿真引擎AirSim模拟无人机飞行特性，并采用真实无人机�？仄饔敕煽亟锌刂�，与飞手操作真实无人机的感觉相同，系统目前涵盖了四轴飞行器、六轴飞行器等常用机型。
（三）丰富的功能
1.训练模式：结合具体任务，逐步引导受训员工完成任务，并在飞行过程中提示要点与注意事项；
2.考核模式：模拟实际巡线作业流程，考核学员巡线技能及对相关规定的理解程度，并对其飞行技能进行评分。
3.基础飞行：根据民航局无人机执照取证要求，设计了单通道悬停、多通道悬停、多通道飞行训练等飞行技能。
4.应急处理：针对动力缺失、信号干扰等多种情况进行了操作模拟，让学员积累更多实践经验。
5.飞行视角切换：提供飞手视角、图传视角、跟随视角，创造沉浸式飞行体验。
（四）丰富的�？�
1. 无人机飞行训练�？�
无人机飞行训练�？榘嗷头抡娣尚醒盗饭δ埽鄙�，多旋翼等 3 种以上机型，场景可定制更换，无人机飞行有声音提醒，场景内有无人机电子围栏，飞机飞出指定区域撞毁，可以一键重置飞行，功能设计驾驶员和机长考试模式，飞机可实现 GPS 和姿态两种模式飞行，考核模式结束可查看详细分数，软件包含定点自旋 360°考核和水平八字考核，符合民航局考试要求。
2.无人机应急救援�？�
无人机应急救援�？橹辽侔侄嘈砭仍�，三种不同场景，匹配救援环境，应急救援模块的主要功能是对楼宇、森林、仓库等场所的火灾进行模拟救援，可根据火灾类型、火势选用不同的无人机及灭火装备（消防水管、灭火弹、灭火球、干粉灭火器）进行救援。
3. 无人机农林植保�？�
无人机农林质保植保模块提供模拟无人植�；灾鞴婊呗罚砑右┪�，调节行间距，作业高度等，提供三种机型，三种场景自主切换，提供自主规划，手动规划和 AB 点植保模式，匹配不同药物，不同农作物，喷雾效果会根据风向自动调节，无人机撞入农田会销毁，当电量耗尽或则药水耗尽，无人机会自动返航。
4. 无人机电力巡检模块
无人机电力巡检�？榘侄嘈硌布旎停植煌【�，匹配多种不同等级的电力杆塔，无人机防撞预警，场景内的树木杆塔撞到会损毁无人机，新手引导模式教授学员如何到达指定位置进行按键拍照，考核模式根据学员的拍照识别情况打分，有 GPS 和姿态两种模式飞行。
5. 无人机物流配送模块
无人机物流配送�？橹辽侔侄嘈砘停植煌【胺抡媾渌土废�，软件可实现无人机、场景自由组合，物流配送流程模拟训练、可自动规划路径进行物流配送，可实现小地图显示配送路径、保存及查看历史配送记录，查看无人机速度、高度、位置、地形场景名称、航向角等飞行信息。
6. 无人机装配教学�？�
无人机装配教学�？榘潭ㄒ砦奕嘶�、多旋翼无人机以及无人直升机的装配教学演示与装配训练，能够进行装配环节测试，并进行实时打分，生成测试分数，并能对扣分环节进行解释。
四、系统参数
| 序号 | �？� | 项目 | 技术参数 |
| 1 |
飞行 训练 |
场地类型 | 可选学校、城市场景，场景内有八字飞行引导轨迹线和雪糕筒。 |
| 可选机型 | 支持八旋翼无人机、行业应用无人机、直升机、农业植保无人机、垂起固定翼机型。 | ||
| 练习模式 | 支持训练和考核两种练习模式，在训练模式下可单独进行无人机360°自旋和八字飞行科目的飞行，可通过小地图查看飞行轨迹，同时给出实时评分以及高度、水平、速度、角度误差，飞行结束可查看综合评分。考核模式下，可模拟民航局无人机执照考试流程，可在3次机会下依次完成360°自旋和八字飞行科目，考核结束将给出评分和是否通过评定。 | ||
| 考评参数 | 可自定义考核难度，实现不同难度的训练。自定义参数包括最大高度误差、最大水平误差、最低和最高飞行速度、最大方向误差。 | ||
| 2 |
应急 救援 |
救援场景 | 支持城市场景、工厂场景、山林场景，每个场景下均提供不同位置的起火点。 |
| 灭火负载 | 无人机可以搭载灭火弹、干粉、水枪负载，对起火点实施空中灭火，不同场景和负载可以任意进行组合。 | ||
| 救援模拟 | 支持小地图引导无人机前往救援点，同时显示当前火势、以及灭火进度。到达起火点上方，可以手动触发不同负载的灭火功能。灭火弹发射后若击中着火点，可逐渐减弱火势。干粉和水枪灭火负载则需要对准起火点持续喷洒，直至火势熄灭。 | ||
| 负载参数 | 在救援过程中，可对不同灭火负载的设备参数进行调整。支持调节灭火弹发射的压力大小，实现灭火弹发射速度的调整。干粉和水枪支持喷射压力大小调节，实现不同距离的喷洒。 | ||
| 可选机型 | 支持多旋翼、直升机、垂起固定翼。 | ||
| 3 |
农业 植保 |
作业模式 | 提供植保无人机手动作业、AB点作业、航线规划三种喷洒飞行模式的仿真模拟。 |
| 手动喷洒 | 可手动控制无人机对目标地块进行喷洒作业，支持一键开启和关闭喷洒系统； | ||
| AB点喷洒 | 支持操控无人机进行场地A点、B点标定，标定完成后前后推杆无人机自动锁定沿AB线段朝向飞行，左右拨杆可按设定的行间距自动换行； | ||
| 自主航线规划 | 可添加和移除地块边界点，自动按照喷洒参数生成弓字型作业飞行航线； | ||
| 可设定喷洒流速、水平喷幅、航线角度、飞行高度、飞行速度参数，自动生成满足要求的植保飞行航线。 | |||
| 可显示任务详情，动态更新当前航线计算出的作业面积、航线长度、预计飞行航时、以及预估的药量； | |||
| 断点续喷 | 支持模拟断药断电返航后的断点续喷功能。 | ||
| 换药换电 | 支持模拟植保无人机换电、换药逻辑。 | ||
| 飞行仪表 | 显示飞行速度、模式、药量、电量、高度、喷速、已喷洒面积；能够模拟和现实植保无人机前后视角图像； | ||
| 4 |
电力 巡检 |
杆塔类型 | 支持220kv单回路直线塔、220kv双回路直线塔、500kv单回路耐张塔、500kv双回路耐张塔。 |
| 引导巡检 | 可按《电力行业无人机巡检作业人员培训考核规范》(T/CEC 193-2018)规范，引导操控无人机对杆塔本体及部件进行巡检拍照。每个步骤可显示该部件的名称、拍摄角度要求、位置要求，并可实时更新当前拍摄的覆盖率水平及巡检进度，并最终给出评价总分。 | ||
| 仿真界面 | 支持模拟DJI M300 RTK使用界面，可显示飞行信息，包括飞行模式、电量等。使用界面支持触发降落、返航、拍照等功能。 | ||
| 态势感知 | 支持模拟DJI M300 RTK态势感知功能，可实时显示飞行器周围障碍物的分布及距离。 | ||
| 5 |
物流 配送 |
配送场景 | 支持快递、外卖、医药无人机配送场景 |
| 可选机型 | 支持八旋翼、直升机、垂起固定翼。 | ||
| 航线规划 | 支持手动添加航点，可以设置飞行高度及速度。 | ||
| 配送信息 | 可查看配送订单信息，包括订单编号、配送内容、目的地、预计飞行时间。 | ||
| 历史订单 | 可查看历史配送订单 | ||
| 自动飞行 | 支持无人机按预设航点执行自动配送任务，也可手动操控无人机沿预设航线进行飞行配送。 | ||
| 6 |
组装 调试 |
可选机型 | 支持四旋翼、直升机、垂起固定翼的拆装。 |
| 零件认知 | 可对飞机进行零件拆解，并对每个零件的名称、作用进行学习。 | ||
| 飞机组装 | 可按步骤对飞机零件进行拖动组装无人机，可对组装过程进行评分，当组装出错可提示原因。 | ||
| PID调试 | 可通过曲线实时显示飞机横滚、升降、油门、方向的响应情况，并可单独调整每个轴的P/I/D参数，使飞机操作手感发生变化。 | ||
| 风力模拟 | 可设置八个不同方位的风力，验证飞机PID的调试性能。 | ||
| 特殊工况 | 可模拟电机停转、IMU震动过大的情况，验证飞机性能。 |