蔡 敏

（江蘇警官學(xué)院 江蘇·南京 210031）

無人駕駛航空器（UAV：Unmanned Aerial Vehicle），通常簡稱為無人機，近年呈爆炸式發(fā)展，一方面關(guān)鍵技術(shù)得到突破，更主要是由于其作為一種性能獨特的平臺，可以承載很多傳統(tǒng)方式無法勝任的工作，并在原有基礎(chǔ)上拓展出很大的新空間。無人機不僅在消費市場大獲成功，在許多商業(yè)和專業(yè)領(lǐng)域也都成為應(yīng)用熱點；就行業(yè)應(yīng)用而言，無人機部署空間機動靈活、行動快速有效、作業(yè)成本較傳統(tǒng)方式更低得等優(yōu)點非常突出，因而其在公共安全領(lǐng)域也有諸多應(yīng)用，近兩年在抗擊公共衛(wèi)生事件之中各地發(fā)展出不少創(chuàng)新應(yīng)用。無人機作為空中平臺，受氣象、環(huán)境影響的敏感度高于地面和水面的平臺，其運用的安全風(fēng)險性顯而易見，對操作人員的要求也明顯高于其他形式的各類平臺。公共安全領(lǐng)域?qū)Π踩囊蟾撸瑢舶踩I(lǐng)域的無人機操作使用有著更高的要求，通過科學(xué)訓(xùn)練，使受訓(xùn)者能夠全面、深入掌握無人機的飛行知識、操作技能并積累相關(guān)經(jīng)驗，在完成任務(wù)的同時，最大限度地保障安全性。

1 UAV一般使用訓(xùn)練

無人機在應(yīng)用中有諸多優(yōu)點，其使用訓(xùn)練存在訓(xùn)練要求高、訓(xùn)練風(fēng)險大、訓(xùn)練成本較高等情況。在訓(xùn)練中如果受訓(xùn)者不熟悉設(shè)備、技能不足或粗心大意，都可能對無人機和訓(xùn)練場地周邊的人員、設(shè)施構(gòu)成威脅，并且其潛在風(fēng)險與無人機的體量成正比。

無人機訓(xùn)練，其核心是將操作者的飛行控制運作與無人機的實際運行之間建立更加直接、緊密的關(guān)聯(lián)，使是操作者在做相應(yīng)操作之前就心中有數(shù)，充分了解自己的操作會使無人機做出什么樣的動作，或者說如果想讓無人機做出什么動作，自己該如何操作。無人機操作訓(xùn)練通常分為兩個階段，第一階段是理論學(xué)習(xí)，并通過計算機的飛行仿真軟件進行模擬飛行訓(xùn)練，以了解和熟悉飛行理論是如何在無人機上具體體現(xiàn)的；通過模擬訓(xùn)練，對無人機飛行有一定認識后，轉(zhuǎn)入第二階段的實機操作訓(xùn)練。目前大多使用Phoenix RC作為飛行訓(xùn)練模擬器，其實這是一款飛行模擬類的電腦游戲產(chǎn)品，只是由于其比較真實的模擬效果和諸多可調(diào)整的選項，并且支持多款實際遙控器，被廣泛用于航空模型的飛行訓(xùn)練，因而也自然而然地被引入到無人機的訓(xùn)練中，其對于普通消費類產(chǎn)品，比如大疆的精靈系列，能夠比較真實地模擬；對于類似大疆經(jīng)緯系列的行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品，目前還不能很好的對應(yīng)模擬訓(xùn)練。Phoenix RC之類的模擬訓(xùn)練軟件還有一個局限性就是它們都是基于傳統(tǒng)的PC平臺，場景在PC機顯示屏上顯示，通過相對運動的原理，在屏幕上模擬無人機的飛行機動，實際上無人機在屏幕上的位置并無多大變化，只是給人視覺上的感覺，而在真實的情況下，隨著無人機的飛行，其與操作員之間的空間位置是經(jīng)常變化的，操作員需要不斷調(diào)整自己觀察的方向和視角才能觀察到無人機及其周邊的情況，通過電腦屏幕比較適合于通過機載攝像頭進行的第一視角飛行，但第一視角飛行難度較大，并不適用于初級練習(xí)者。

2 VR技術(shù)的無人機飛行訓(xùn)練應(yīng)用

盡管無人機的飛行訓(xùn)練有一定的風(fēng)險和難度，只要尊重科學(xué)、合理安排，絕大多數(shù)人員通過相應(yīng)的訓(xùn)練是能夠滿足相應(yīng)級別的飛行訓(xùn)練要求的，非常符合OBE教學(xué)理念，即成果導(dǎo)向教育。在無人機飛行訓(xùn)練的每個階段都有明確的目標，采用科學(xué)的訓(xùn)練方法和先進的手段，可以使參訓(xùn)者取得真實的學(xué)習(xí)體驗，并且通過努力完全可以實現(xiàn)訓(xùn)練目標。這里的先進手段主要是指VR類技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，近年來由于相關(guān)技術(shù)的突破，整體呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，VR技術(shù)以沉浸式為主導(dǎo)，通過多種創(chuàng)新的交互設(shè)計從視覺、聽覺等各方面為用戶提供身臨其境的感官空間。與傳統(tǒng)的二維屏幕不同，沉浸式VR提供了三維空間的全景式視覺效果，配合相應(yīng)的硬件，使得使用者的視覺空間感覺與自身肢體動作相協(xié)調(diào)一致，當(dāng)用戶頭部轉(zhuǎn)動或身體移動時，視景中同時產(chǎn)生對應(yīng)的變化，這種配合叫作三維漫游。三維漫游特別適用于無人機訓(xùn)練，實際進行無人機目視操作和第一視角飛行時，都與三維漫游極其相近。典型的產(chǎn)品如HTC VIVE和HUAWEI VR Glass。

在模擬飛行訓(xùn)練階段采用VR技術(shù)，利用其三維沉浸式交互，讓受訓(xùn)者可以體會到與真實操作幾乎相同的身體動作感受，無論是手部的動作，還是身體姿態(tài)、視線方向都與真實情況非常接近，而不是像傳統(tǒng)屏幕訓(xùn)練那樣只是直視眼前的屏幕，這對培養(yǎng)受訓(xùn)者的良好習(xí)慣至關(guān)重要，可以使受訓(xùn)者從一開始就養(yǎng)成正確的觀察習(xí)慣，并形成正確的手眼協(xié)調(diào)配合。

3 AR技術(shù)的無人機飛行訓(xùn)練應(yīng)用

增強現(xiàn)實技術(shù)(Augmented Reality，簡稱AR)技術(shù)是一種將虛擬信息與真實世界融合的技術(shù)，也稱為擴增現(xiàn)實技術(shù)，其是在VR技術(shù)的基礎(chǔ)上，將VR創(chuàng)造的虛擬場景與真實場景進行融合，以視覺為例，在用戶看到真實場景的同時，能夠看到虛擬對象的存在，并且提供視覺上的一致性，比如光照、遮擋、幾何、材質(zhì)等。典型的如Magic Leap，虛擬物體與真實物體有明顯區(qū)分，虛擬對象的相對位置隨設(shè)備移動。

AR以虛擬的對象來加強現(xiàn)實空間，在初級實機訓(xùn)練中能夠發(fā)揮重要作用。在進行無人機實機飛行訓(xùn)練時，初學(xué)者往往對無人機下一步的動向沒有很好的預(yù)估，通過AR技術(shù)能夠在受訓(xùn)者觀察實體無人機動態(tài)的同時，將系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)計算的無人機動向，比如飛行方向、未來時間可能到達的位置、預(yù)期的航線、過去的航跡、飛行參數(shù)等均顯示出來，這樣能夠在很大程度上避免由于受訓(xùn)者經(jīng)驗不足而生產(chǎn)誤判，盡可能提升訓(xùn)練效率，減少訓(xùn)練中的設(shè)備損壞。在沒有AR技術(shù)輔助的訓(xùn)練中，無人機摔壞受損的情況并不少見。在進行規(guī)定航線飛行訓(xùn)練時，比如矩形、8字等典型航線，可以利用AR技術(shù)在實際空間中“畫出”預(yù)定航線，幫助受訓(xùn)者判斷無人機的預(yù)設(shè)航路，通過預(yù)定航線和實際航跡的對比顯示，很容易對受訓(xùn)者的訓(xùn)練成績進行評定，還可以進一步通過數(shù)據(jù)對比分析，進行系統(tǒng)評估，這方面符合OBE教學(xué)理念。當(dāng)受訓(xùn)練者達到一定熟練程度后，可以關(guān)閉預(yù)定航線的顯示，僅顯示實際航跡或關(guān)閉所有輔助信息。此項技術(shù)不僅可用于訓(xùn)練，在實際執(zhí)行飛行任務(wù)時，特別是對于安全性要求較高的任務(wù)，運用此技術(shù)，可以幫助操作人員判斷無人機與現(xiàn)實場景中其他物體的位置關(guān)系，科學(xué)規(guī)劃航路，最大限度地避免人為判斷失誤，有效提高飛行的安全性。

4 結(jié)語

VR/AR技術(shù)是近年發(fā)展起來的前沿技術(shù)，每年都會有新的產(chǎn)品和思路出現(xiàn)。通過研究我們認為，不僅能夠?qū)⑵浜芎玫赜糜跓o人機的常規(guī)飛行訓(xùn)練，也能夠很好地用于特定任務(wù)的專項訓(xùn)練，以使得操作人員提前熟悉任務(wù)場景和流程。紙面上的數(shù)字并不能自動轉(zhuǎn)化為實際戰(zhàn)斗力。模擬訓(xùn)練能夠在什么程度上提升受訓(xùn)者的水平，一方面是看訓(xùn)練系統(tǒng)與真實情況的接近程度，另一方面是看其在訓(xùn)練過程中對受訓(xùn)者思維的訓(xùn)練。UAV訓(xùn)練一方面有技能的成分，這方面主要是依托現(xiàn)代仿真技術(shù)提供更加真實的訓(xùn)練場景和反饋，以增加受訓(xùn)者的體驗；另一方面，通過可視化的提示，能夠更加有效地構(gòu)建其思維邏輯，幫助其將理論理解更為充分地轉(zhuǎn)化為肌肉動作，在加強訓(xùn)練感性的同時，促進對理論的現(xiàn)實理解。在看到VR類技術(shù)良好應(yīng)用前景的同時也要考慮，現(xiàn)在用于單人的VR設(shè)備也需數(shù)千元至上萬元，對普及應(yīng)用有一定的制約，專業(yè)訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)更是需要相當(dāng)大的投入。