周德旭，于海生，呂卉

（尚良仲毅（沈陽(yáng)）高新科技有限公司、遼寧省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院無(wú)人機(jī)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

1 無(wú)人機(jī)地面控制系統(tǒng)改良的必要性

作為大數(shù)據(jù)時(shí)代的典型應(yīng)用之一，無(wú)人機(jī)以其能攜帶多種任務(wù)設(shè)備，便于控制飛行方向和飛行速度，能執(zhí)行多種復(fù)雜任務(wù)的種種優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外引發(fā)研發(fā)和大規(guī)模應(yīng)用狂潮。

無(wú)人機(jī)能夠在空中進(jìn)行復(fù)雜飛行和完成種種高難度的任務(wù)，都依賴于地面控制臺(tái)對(duì)其進(jìn)行高精度的控制，而地面控制臺(tái)能夠提升的地方主要存在于兩方面，一方面是控制設(shè)備靈敏度的提高，另一方面是無(wú)人機(jī)地面控制臺(tái)人機(jī)配合能力的提高。目前提升控制設(shè)備靈敏度困難極大，現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)飛行器控制設(shè)備靈敏度的提高已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)瓶頸階段，所以，如何提高地面控制臺(tái)人員與設(shè)備的協(xié)調(diào)程度成為提升無(wú)人機(jī)飛行水平和并提高其執(zhí)行任務(wù)性能的一個(gè)重要手段。

而且同時(shí)，我國(guó)目前發(fā)展的無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)大部分是從國(guó)外引進(jìn)的應(yīng)用設(shè)備。因此，現(xiàn)行狀態(tài)下投入使用的無(wú)人機(jī)飛行地面控制站臺(tái)高度和外形設(shè)計(jì)是根據(jù)歐美人種的體型和身高設(shè)計(jì)的，與國(guó)內(nèi)操作人員的使用習(xí)慣和方法并不是完全適合。因此，改善無(wú)人機(jī)地面控制臺(tái)人機(jī)系統(tǒng)的外形，以提高其使用舒適度也是我們目前亟待解決的問(wèn)題之一。

綜上所述，研發(fā)一個(gè)適應(yīng)地面無(wú)人機(jī)控制人員操作習(xí)慣的地面控制系統(tǒng)及其設(shè)備很有必要。

2 目前使用的無(wú)人機(jī)地面控制臺(tái)主要缺陷

2.1 無(wú)人機(jī)地面控制員工作環(huán)境差

無(wú)人機(jī)地面控制臺(tái)往往含有大量的控制設(shè)備，一方面，為了完成無(wú)人機(jī)群的復(fù)雜飛行任務(wù)，設(shè)計(jì)人員不得不將大量的無(wú)人機(jī)控制設(shè)備集中在一個(gè)特定的位置，這就會(huì)導(dǎo)致進(jìn)行無(wú)人機(jī)地面控制的控制員工作的環(huán)境較差?？刂圃O(shè)備中所含有的大量計(jì)算機(jī)不斷排放熱量，因此，地面控制站通風(fēng)設(shè)備必須持續(xù)工作，這使得工作人員工作環(huán)境中空氣流動(dòng)性大，室內(nèi)溫度不穩(wěn)定。另一方面，由于部分設(shè)備對(duì)光線的特殊要求，大部分無(wú)人機(jī)地面控制站選擇較為封閉的建筑方式，這導(dǎo)致無(wú)人機(jī)地面控制操作人員所面對(duì)的工作環(huán)境光線較差，嚴(yán)重影響相關(guān)控制人員在進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行控制時(shí)的心理，從而間接性地影響操作員的身體健康和無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)執(zhí)行的完美度。

同時(shí)，一些工作設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)散發(fā)出對(duì)人體有毒有害的氣體，而由于一些無(wú)人機(jī)地面控制站對(duì)這些有毒有害氣體的忽視，導(dǎo)致部分無(wú)人機(jī)地面控制人員患上了以呼吸道疾病為代表的各種疾病。而且因?yàn)檫@些有毒有害氣體在某些程度上對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)有嚴(yán)重的損害作用，所以這些微小的易被忽略的氣體可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)地面控制人員發(fā)生精神恍惚、意識(shí)不清的癥狀，最終影響無(wú)人機(jī)飛行系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的成功率。

2.2 無(wú)人機(jī)地面控制站平臺(tái)任務(wù)分配不合理

如圖1，大型的無(wú)人機(jī)地面控制系統(tǒng)往往包含中央控制計(jì)算機(jī)、操作員控制工作臺(tái)、無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、指揮所總控臺(tái)等數(shù)個(gè)部分。操作員控制臺(tái)又分為機(jī)動(dòng)任務(wù)監(jiān)控平臺(tái)、狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)等多個(gè)平臺(tái)。但由于某些無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)較為復(fù)雜，不同的操作員控制平臺(tái)之間的功能會(huì)互相重疊，在無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行探測(cè)任務(wù)時(shí)，信息監(jiān)控平臺(tái)和狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行的任務(wù)就有所重疊，這會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)地面控制員對(duì)無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)監(jiān)控的疏忽，因?yàn)殡p方都往往會(huì)認(rèn)為對(duì)方在認(rèn)真地觀測(cè)無(wú)人機(jī)此時(shí)的飛行狀態(tài)，雙方就都放松了對(duì)無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)監(jiān)控的意識(shí)。這只是眾多功能重疊無(wú)人機(jī)地面控制系統(tǒng)平臺(tái)的簡(jiǎn)單一例，而這樣的功能重疊甚至不僅僅發(fā)生在雙平臺(tái)之間，而是發(fā)生在多個(gè)平臺(tái)之間，長(zhǎng)期類似飛行任務(wù)的執(zhí)行會(huì)影響無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)成功率，使無(wú)人機(jī)在多種應(yīng)用中起到的作用大打折扣。

圖1 無(wú)人機(jī)地面控制系統(tǒng)

2.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)不合理

目前，我國(guó)能夠進(jìn)行復(fù)雜任務(wù)的大型無(wú)人機(jī)群地面控制系統(tǒng)基本上都是引自國(guó)外相關(guān)公司的產(chǎn)品。所以，這些操作系統(tǒng)上的文字提示和功能選項(xiàng)為全英文設(shè)計(jì)，這一方面會(huì)給地面無(wú)人機(jī)控制人員帶來(lái)閱讀和理解上的困難，大大影響我國(guó)無(wú)人機(jī)地面控制人員對(duì)無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)的使用習(xí)慣的培養(yǎng)，另一方面，也不利于我國(guó)目前提倡的高精尖技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的政策。更重要的是，國(guó)外的操作控制器械和系統(tǒng)往往比較傻瓜化和易操作化，而根據(jù)調(diào)查，各種類型的飛機(jī)發(fā)生故障和任務(wù)失敗主要原因是人為差錯(cuò)，這些由于人的問(wèn)題導(dǎo)致的無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)的失敗絕大部分與操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單，沒(méi)有多重確認(rèn)系統(tǒng)和保障系統(tǒng)有關(guān)，因此，在優(yōu)化無(wú)人機(jī)地面控制臺(tái)人機(jī)布局時(shí)，將操作系統(tǒng)的復(fù)雜度進(jìn)行適當(dāng)改善是我們目前要進(jìn)行的一個(gè)大任務(wù)。

3 無(wú)人機(jī)地面控制人機(jī)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

3.1 改善工作環(huán)境

我們首先需要改善無(wú)人機(jī)地面控制系統(tǒng)操作員的工作環(huán)境。要完成高難度的無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)，地面控制員必須保持清醒的頭腦和縝密的思維。無(wú)人機(jī)地面控制站設(shè)計(jì)人員應(yīng)排除一切可能干擾無(wú)人機(jī)地面控制員的環(huán)境因素。我們提倡將工作環(huán)境加入一定藝術(shù)和綠色的元素，可以考慮在無(wú)人機(jī)地面控制站將控制設(shè)備進(jìn)行一定的修飾，或者擺放適量綠植使地面控制員心情舒暢，改善他們的工作環(huán)境。另外，地面控制站的空氣質(zhì)量也是要進(jìn)行改善的部分，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將檢測(cè)和消除相關(guān)可能出現(xiàn)的有毒有害氣體放在一個(gè)相對(duì)重要的位置。

3.2 改善人機(jī)界面

將無(wú)人機(jī)控制操作系統(tǒng)適當(dāng)復(fù)雜化、本土化也是改善人機(jī)布局，提高人機(jī)匹配度的一項(xiàng)重要舉措。針對(duì)目前無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，我們應(yīng)將系統(tǒng)默認(rèn)文字漢化，并在進(jìn)行飛行控制的部分系統(tǒng)添加多重確認(rèn)的保障措施，這樣就可以很好地避免由于人為錯(cuò)誤操作導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)失敗，發(fā)生機(jī)器墜毀的情況。

另外，由于國(guó)外公司的無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)存在布局不合理的情況，我們也應(yīng)該將其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母纳?，使地面無(wú)人機(jī)操作員進(jìn)行最方便、最舒適的無(wú)人機(jī)飛行控制。在設(shè)計(jì)操作臺(tái)高度時(shí)，應(yīng)考慮我國(guó)無(wú)人機(jī)飛行控制員的平均身高和體重，進(jìn)行合理的調(diào)整。而控制桌面和控制按鍵應(yīng)最大程度地布局在地面飛行控制人員雙手可及的范圍內(nèi)，而在較大型進(jìn)行復(fù)雜飛行任務(wù)無(wú)人機(jī)群控制系統(tǒng)，應(yīng)將部分控制按鍵設(shè)計(jì)為由地面飛行控制人員的腳部控制。除此之外，最關(guān)鍵的是將所有無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息的顯示欄放在操作員視力可及的范圍內(nèi)，以避免由于操作員進(jìn)行轉(zhuǎn)身、轉(zhuǎn)頭等動(dòng)作造成的時(shí)間誤差使無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)失敗。

3.3 合理分配各平臺(tái)任務(wù)

目前，無(wú)人機(jī)操作系統(tǒng)存在著多平臺(tái)工作功能紊亂的情況。新一代無(wú)人機(jī)地面控制飛行操作系統(tǒng)應(yīng)注意改善這一點(diǎn)，將操作控制系統(tǒng)盡量扁平化、操作任務(wù)可視化，并安排特定的任務(wù)調(diào)配室來(lái)確定各個(gè)控制平臺(tái)的具體任務(wù)分工，以避免發(fā)生各平臺(tái)消極工作，不愿出時(shí)出力的情況發(fā)生。任務(wù)調(diào)配室應(yīng)具有查看所有無(wú)人機(jī)飛行時(shí)工作安排的權(quán)限，并可以實(shí)時(shí)看到各個(gè)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析以及相應(yīng)做出的應(yīng)對(duì)措施，通過(guò)這些數(shù)據(jù)和應(yīng)對(duì)方法，我們還可以對(duì)地面人機(jī)工作的各個(gè)平臺(tái)進(jìn)行效率評(píng)估，來(lái)達(dá)到使無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)最大完成率、執(zhí)行任務(wù)最高成功率的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

在無(wú)人機(jī)的用途越來(lái)越廣泛的當(dāng)下，對(duì)無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)布局的研發(fā)成為提升無(wú)人機(jī)飛行性能，使其執(zhí)行更復(fù)雜的飛行任務(wù)的關(guān)鍵舉措。而我們可以看到，目前的無(wú)人機(jī)地面控制站的控制系統(tǒng)存在著部分人機(jī)工作不匹配、操作系統(tǒng)界面不合理等情況。本文探究了目前無(wú)人機(jī)地面控制站控制系統(tǒng)存在的部分問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題提出了相應(yīng)的優(yōu)化解決設(shè)計(jì)方案，相信經(jīng)過(guò)改善后的無(wú)人機(jī)地面控制系統(tǒng)人機(jī)融合度將進(jìn)一步提升，無(wú)人機(jī)的巨大用途的開(kāi)發(fā)也將得到相應(yīng)的保障。