無人機應用仿真實驗室建設方案
2024-05-26 06:56
一、背景介紹
近年來隨著無人機廣泛應用,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生,對公共安全造成極大威脅。本項目以半實物仿真技術、仿真建模技術、人工智能技術和虛擬現實技術為基礎,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。有效解決傳統訓練中真機設備不足、以及場地限制、真機磨損、真機操作安全事故等問題。
二、系統簡介
無人機應用仿真培訓系統使用全新的3A級3D引擎進行場景還原,打造逼真的應用場景,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、緊急情況應對、無人機組裝及維護以及不同科目演練,在本系統訓練合格后,操作人員能夠熟練掌握操作要點、緊急情況應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驗不足造成的經濟損失甚至是人員受傷,為后續真機飛行提供有力保障。三、系統特色
(一)逼真的場景系統使用3A級3D引擎UE4打造逼真訓練場景。營造出逼真的作業環境,打造沉浸式飛行體驗。
(二)真實的操控
本設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:結合具體任務,逐步引導受訓員工完成任務,并在飛行過程中提示要點與注意事項;
2.考核模式:模擬實際巡線作業流程,考核學員巡線技能及對相關規定的理解程度,并對其飛行技能進行評分。
3.基礎飛行:根據民航局無人機執照取證要求,設計了單通道懸停、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驗。
5.飛行視角切換:提供飛手視角、圖傳視角、跟隨視角,創造沉浸式飛行體驗。
(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,場景內有無人機電子圍欄,飛機飛出指定區域撞毀,可以一鍵重置飛行,功能設計駕駛員和機長考試模式,飛機可實現 GPS 和姿態兩種模式飛行,考核模式結束可查看詳細分數,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.無人機應急救援模塊
無人機應急救援模塊至少包含三種多旋翼救援機型,三種不同場景,匹配救援環境,應急救援模塊的主要功能是對樓宇、森林、倉庫等場所的火災進行模擬救援,可根據火災類型、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. 無人機農林植保模塊
無人機農林質保植保模塊提供模擬無人植保機自主規劃線路,添加藥物,調節行間距,作業高度等,提供三種機型,三種場景自主切換,提供自主規劃,手動規劃和 AB 點植保模式,匹配不同藥物,不同農作物,噴霧效果會根據風向自動調節,無人機撞入農田會銷毀,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,無人機防撞預警,場景內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,考核模式根據學員的拍照識別情況打分,有 GPS 和姿態兩種模式飛行。
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,軟件可實現無人機、場景自由組合,物流配送流程模擬訓練、可自動規劃路徑進行物流配送,可實現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,能夠進行裝配環節測試,并進行實時打分,生成測試分數,并能對扣分環節進行解釋。
四、系統參數
序號 | 模塊 | 項目 | 技術參數 |
1 |
飛行 訓練 |
場地類型 | 可選學校、城市場景,場景內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、行業應用無人機、直升機、農業植保無人機、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,飛行結束可查看綜合評分。考核模式下,可模擬民航局無人機執照考試流程,可在3次機會下依次完成360°自旋和八字飛行科目,考核結束將給出評分和是否通過評定。 | ||
考評參數 | 可自定義考核難度,實現不同難度的訓練。自定義參數包括最大高度誤差、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,可以手動觸發不同負載的滅火功能。滅火彈發射后若擊中著火點,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噴灑,直至火勢熄滅。 | ||
負載參數 | 在救援過程中,可對不同滅火負載的設備參數進行調整。支持調節滅火彈發射的壓力大小,實現滅火彈發射速度的調整。干粉和水槍支持噴射壓力大小調節,實現不同距離的噴灑。 | ||
可選機型 | 支持多旋翼、直升機、垂起固定翼。 | ||
3 |
農業 植保 |
作業模式 | 提供植保無人機手動作業、AB點作業、航線規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,支持一鍵開啟和關閉噴灑系統; | ||
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,左右撥桿可按設定的行間距自動換行; | ||
自主航線規劃 | 可添加和移除地塊邊界點,自動按照噴灑參數生成弓字型作業飛行航線; | ||
可設定噴灑流速、水平噴幅、航線角度、飛行高度、飛行速度參數,自動生成滿足要求的植保飛行航線。 | |||
可顯示任務詳情,動態更新當前航線計算出的作業面積、航線長度、預計飛行航時、以及預估的藥量; | |||
斷點續噴 | 支持模擬斷藥斷電返航后的斷點續噴功能。 | ||
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《電力行業無人機巡檢作業人員培訓考核規范》(T/CEC 193-2018)規范,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。使用界面支持觸發降落、返航、拍照等功能。 | ||
態勢感知 | 支持模擬DJI M300 RTK態勢感知功能,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。 | ||
航線規劃 | 支持手動添加航點,可以設置飛行高度及速度。 | ||
配送信息 | 可查看配送訂單信息,包括訂單編號、配送內容、目的地、預計飛行時間。 | ||
歷史訂單 | 可查看歷史配送訂單 | ||
自動飛行 | 支持無人機按預設航點執行自動配送任務,也可手動操控無人機沿預設航線進行飛行配送。 | ||
6 |
組裝 調試 |
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調試 | 可通過曲線實時顯示飛機橫滾、升降、油門、方向的響應情況,并可單獨調整每個軸的P/I/D參數,使飛機操作手感發生變化。 | ||
風力模擬 | 可設置八個不同方位的風力,驗證飛機PID的調試性能。 | ||
特殊工況 | 可模擬電機停轉、IMU震動過大的情況,驗證飛機性能。 |