一、背景介紹
近年來隨著無人機廣泛應(yīng)用，由于操作人員訓練不到位、操作水平參差不齊。各類失控擾航、墜機等飛行事故時有發(fā)生，對公共安全造成極大威脅。本項目以半實物仿真技術(shù)、仿真建模技術(shù)、人工智能技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對多旋翼無人機仿真要素進行精細化建模，模擬無人機真實應(yīng)用場景，為無人機訓練和操作技巧提供有效的仿真手段。有效解決傳統(tǒng)訓練中真機設(shè)備不足、以及場地限制、真機磨損、真機操作安全事故等問題。
二、系統(tǒng)簡介
無人機應(yīng)用仿真培訓系統(tǒng)使用全新的3A級3D引擎進行場景還原，打造逼真的應(yīng)用場景，基于先進的物理仿真引擎還原無人機的飛行特性，實現(xiàn)與真實無人機相同的操作感受。可提高取證通過率，同時供取得證書的新手操作人員反復練習使用，訓練操作人員飛行技能、緊急情況應(yīng)對、無人機組裝及維護以及不同科目演練，在本系統(tǒng)訓練合格后，操作人員能夠熟練掌握操作要點、緊急情況應(yīng)對技巧以及無人機組裝維護技能。極大的減少操作人員由于經(jīng)驗不足造成的經(jīng)濟損失甚至是人員受傷，為后續(xù)真機飛行提供有力保障。三、系統(tǒng)特色
（一）逼真的場景系統(tǒng)使用3A級3D引擎UE4打造逼真訓練場景。營造出逼真的作業(yè)環(huán)境，打造沉浸式飛行體驗。
（二）真實的操控
本設(shè)備集成先進的自動駕駛仿真引擎AirSim模擬無人機飛行特性，并采用真實無人機遙控器與飛控進行控制，與飛手操作真實無人機的感覺相同，系統(tǒng)目前涵蓋了四軸飛行器、六軸飛行器等常用機型。
（三）豐富的功能
1.訓練模式：結(jié)合具體任務(wù)，逐步引導受訓員工完成任務(wù)，并在飛行過程中提示要點與注意事項；
2.考核模式：模擬實際巡線作業(yè)流程，考核學員巡線技能及對相關(guān)規(guī)定的理解程度，并對其飛行技能進行評分。
3.基礎(chǔ)飛行：根據(jù)民航局無人機執(zhí)照取證要求，設(shè)計了單通道懸停、多通道懸停、多通道飛行訓練等飛行技能。
4.應(yīng)急處理：針對動力缺失、信號干擾等多種情況進行了操作模擬，讓學員積累更多實踐經(jīng)驗。
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。
（四）豐富的模塊
1. 無人機飛行訓練模塊
無人機飛行訓練模塊包含多機型仿真飛行訓練功能，包含直升機，多旋翼等 3 種以上機型，場景可定制更換，無人機飛行有聲音提醒，場景內(nèi)有無人機電子圍欄，飛機飛出指定區(qū)域撞毀，可以一鍵重置飛行，功能設(shè)計駕駛員和機長考試模式，飛機可實現(xiàn) GPS 和姿態(tài)兩種模式飛行，考核模式結(jié)束可查看詳細分數(shù)，軟件包含定點自旋 360°考核和水平八字考核，符合民航局考試要求。
2.無人機應(yīng)急救援模塊
無人機應(yīng)急救援模塊至少包含三種多旋翼救援機型，三種不同場景，匹配救援環(huán)境，應(yīng)急救援模塊的主要功能是對樓宇、森林、倉庫等場所的火災(zāi)進行模擬救援，可根據(jù)火災(zāi)類型、火勢選用不同的無人機及滅火裝備（消防水管、滅火彈、滅火球、干粉滅火器）進行救援。
3. 無人機農(nóng)林植保模塊
無人機農(nóng)林質(zhì)保植保模塊提供模擬無人植保機自主規(guī)劃線路，添加藥物，調(diào)節(jié)行間距，作業(yè)高度等，提供三種機型，三種場景自主切換，提供自主規(guī)劃，手動規(guī)劃和 AB 點植保模式，匹配不同藥物，不同農(nóng)作物，噴霧效果會根據(jù)風向自動調(diào)節(jié)，無人機撞入農(nóng)田會銷毀，當電量耗盡或則藥水耗盡，無人機會自動返航。
4. 無人機電力巡檢模塊
無人機電力巡檢模塊包含三種多旋翼巡檢機型，三種不同場景，匹配多種不同等級的電力桿塔，無人機防撞預(yù)警，場景內(nèi)的樹木桿塔撞到會損毀無人機，新手引導模式教授學員如何到達指定位置進行按鍵拍照，考核模式根據(jù)學員的拍照識別情況打分，有 GPS 和姿態(tài)兩種模式飛行。
5. 無人機物流配送模塊
無人機物流配送模塊至少包含三種多旋翼機型，三種不同場景仿真配送練習，軟件可實現(xiàn)無人機、場景自由組合，物流配送流程模擬訓練、可自動規(guī)劃路徑進行物流配送，可實現(xiàn)小地圖顯示配送路徑、保存及查看歷史配送記錄，查看無人機速度、高度、位置、地形場景名稱、航向角等飛行信息。
6. 無人機裝配教學模塊
無人機裝配教學模塊包含固定翼無人機、多旋翼無人機以及無人直升機的裝配教學演示與裝配訓練，能夠進行裝配環(huán)節(jié)測試，并進行實時打分，生成測試分數(shù)，并能對扣分環(huán)節(jié)進行解釋。
四、系統(tǒng)參數(shù)
| 序號 | 模塊 | 項目 | 技術(shù)參數(shù) |
| 1 |
飛行 訓練 |
場地類型 | 可選學校、城市場景，場景內(nèi)有八字飛行引導軌跡線和雪糕筒。 |
| 可選機型 | 支持八旋翼無人機、行業(yè)應(yīng)用無人機、直升機、農(nóng)業(yè)植保無人機、垂起固定翼機型。 | ||
| 練習模式 | 支持訓練和考核兩種練習模式，在訓練模式下可單獨進行無人機360°自旋和八字飛行科目的飛行，可通過小地圖查看飛行軌跡，同時給出實時評分以及高度、水平、速度、角度誤差，飛行結(jié)束可查看綜合評分。考核模式下，可模擬民航局無人機執(zhí)照考試流程，可在3次機會下依次完成360°自旋和八字飛行科目，考核結(jié)束將給出評分和是否通過評定。 | ||
| 考評參數(shù) | 可自定義考核難度，實現(xiàn)不同難度的訓練。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 |
救援場景 | 支持城市場景、工廠場景、山林場景，每個場景下均提供不同位置的起火點。 |
| 滅火負載 | 無人機可以搭載滅火彈、干粉、水槍負載，對起火點實施空中滅火，不同場景和負載可以任意進行組合。 | ||
| 救援模擬 | 支持小地圖引導無人機前往救援點，同時顯示當前火勢、以及滅火進度。到達起火點上方，可以手動觸發(fā)不同負載的滅火功能。滅火彈發(fā)射后若擊中著火點，可逐漸減弱火勢。干粉和水槍滅火負載則需要對準起火點持續(xù)噴灑，直至火勢熄滅。 | ||
| 負載參數(shù) | 在救援過程中，可對不同滅火負載的設(shè)備參數(shù)進行調(diào)整。支持調(diào)節(jié)滅火彈發(fā)射的壓力大小，實現(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)，實現(xiàn)不同距離的噴灑。 | ||
| 可選機型 | 支持多旋翼、直升機、垂起固定翼。 | ||
| 3 |
農(nóng)業(yè) 植保 |
作業(yè)模式 | 提供植保無人機手動作業(yè)、AB點作業(yè)、航線規(guī)劃三種噴灑飛行模式的仿真模擬。 |
| 手動噴灑 | 可手動控制無人機對目標地塊進行噴灑作業(yè)，支持一鍵開啟和關(guān)閉噴灑系統(tǒng)； | ||
| AB點噴灑 | 支持操控無人機進行場地A點、B點標定，標定完成后前后推桿無人機自動鎖定沿AB線段朝向飛行，左右撥桿可按設(shè)定的行間距自動換行； | ||
| 自主航線規(guī)劃 | 可添加和移除地塊邊界點，自動按照噴灑參數(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)，自動生成滿足要求的植保飛行航線。 | |||
| 可顯示任務(wù)詳情，動態(tài)更新當前航線計算出的作業(yè)面積、航線長度、預(yù)計飛行航時、以及預(yù)估的藥量； | |||
| 斷點續(xù)噴 | 支持模擬斷藥斷電返航后的斷點續(xù)噴功能。 | ||
| 換藥換電 | 支持模擬植保無人機換電、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)實植保無人機前后視角圖像； | ||
| 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。 |
| 引導巡檢 | 可按《電力行業(yè)無人機巡檢作業(yè)人員培訓考核規(guī)范》(T/CEC 193-2018)規(guī)范，引導操控無人機對桿塔本體及部件進行巡檢拍照。每個步驟可顯示該部件的名稱、拍攝角度要求、位置要求，并可實時更新當前拍攝的覆蓋率水平及巡檢進度，并最終給出評價總分。 | ||
| 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)勢感知 | 支持模擬DJI M300 RTK態(tài)勢感知功能，可實時顯示飛行器周圍障礙物的分布及距離。 | ||
| 5 |
物流 配送 |
配送場景 | 支持快遞、外賣、醫(yī)藥無人機配送場景 |
| 可選機型 | 支持八旋翼、直升機、垂起固定翼。 | ||
| 航線規(guī)劃 | 支持手動添加航點，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、配送內(nèi)容、目的地、預(yù)計飛行時間。 | ||
| 歷史訂單 | 可查看歷史配送訂單 | ||
| 自動飛行 | 支持無人機按預(yù)設(shè)航點執(zhí)行自動配送任務(wù)，也可手動操控無人機沿預(yù)設(shè)航線進行飛行配送。 | ||
| 6 |
組裝 調(diào)試 |
可選機型 | 支持四旋翼、直升機、垂起固定翼的拆裝。 |
| 零件認知 | 可對飛機進行零件拆解，并對每個零件的名稱、作用進行學習。 | ||
| 飛機組裝 | 可按步驟對飛機零件進行拖動組裝無人機，可對組裝過程進行評分，當組裝出錯可提示原因。 | ||
| PID調(diào)試 | 可通過曲線實時顯示飛機橫滾、升降、油門、方向的響應(yīng)情況，并可單獨調(diào)整每個軸的P/I/D參數(shù)，使飛機操作手感發(fā)生變化。 | ||
| 風力模擬 | 可設(shè)置八個不同方位的風力，驗證飛機PID的調(diào)試性能。 | ||
| 特殊工況 | 可模擬電機停轉(zhuǎn)、IMU震動過大的情況，驗證飛機性能。 |