无人机在公安院校交通管理工程专业教学中的应用探索

方斌 王岩 冯晓锋

摘   要：无人机作为一种前沿技术装备，已成为执法管理的重要技术手段之一。在交通管理专业的课程教学中积极探索利用无人机开展相关教学活动，既是一种教学手段的改革突破，也具有很强的面向实战的现实意义。首先，文章介绍了无人机實战应用的发展过程以及在交通管理领域的任务场景，梳理了公安院校在无人机应用及人才培养方面的情况;其次，结合交通管理工程专业典型主干课程的教学实践，介绍了无人机在道路环境构建以及与虚拟仿真结合等方面的应用方式;最后，分析了当前无人机应用中面临的挑战，给出了无人机应用的建议，力争更好地助力教学手段的创新，提升教学水平。

关键词：无人机;实战应用;教学探索;应用挑战

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2020）05-0033-04

近年来，无人机技术发展迅猛，不论是在传统军事领域还是在新兴民用市场方面都得到大量应用，无人机作为一种前沿技术装备，已成为执法管理的重要技术手段之一。[1]特别是在交通管理领域，无人机凭借其高度机动、布点灵活的优势，在事故处理、秩序管理、交通疏导、流量检测等方面发挥着越来越重要的作用。[2]因此，在交通管理专业的课程教学中，积极尝试探索利用无人机开展相关教学活动，不仅可以丰富教学手段，也会激发学生的学习兴趣，为日后在公安实战岗位开展无人机应用打下坚实基础。

一、无人机在交通管理实战中的应用

1.发展历程

无人机在警务实战中的应用过程可以划分为三个阶段，即2008-2012年的探索尝试期、2012-2017年的蓬勃发展期以及2017年至今的规范使用期。在此过程中，随着携带载荷能力的增强，无人机也逐渐开始执行越来越多、越来越复杂的任务种类。

（1）探索期

无人机在警务实战中的应用最早可以追溯到2008年。为保证当年北京奥运会的顺利召开，北京和青岛警方率先购置了数套无人机系统用于大型赛事安保维稳工作，开始了无人机应用的探索尝试。

（2）蓬勃发展期

此后，随着科技进步，无人机的飞行稳定性、便携性以及任务执行能力得到了迅速提高，特别是2012年起大疆无人机首款无人机“精灵1”的推出，使无人机的使用成本大幅降低，无人机在警务实战中的应用进程也大大加快。2017年5月，公安部警用航空管理办公室在江苏南京主办首届“全国警用无人驾驶航空器战法演练”活动，按照固定翼无人驾驶航空器、多旋翼无人驾驶航空器、无人直升机三类，设置大范围快速侦查、应急救援、疑似爆炸物转移等6个规定科目和1个自选科目，来自全国26个省、自治区、直辖市、铁路公安和公安院校的139支队伍参加比赛。此后，多个省份又陆续组织了无人机实战大比武，无人机的警务实战应用进入了蓬勃发展期。

（3）规范使用期

2017年11月，公安部发布了《警用无人驾驶航空器系统标准》，制定了无人直升机、多旋翼无人驾驶航空器、固定翼无人驾驶航空器三项详细评级标准。规定了警用无人驾驶航空器系统安全作业的要求、作业流程、主要工作内容和方法、安全保障措施等，规范了警用无人驾驶航空器系统的技术、产品性能等硬性要求，完善了警用无人驾驶航空器系统的使用、管理等行为准则。

2.应用领域

交警部门在无人机的实战应用方面起步早、探索多、成效也较为突出。2016年4月，南京交警首次启用无人机巡查路况;2016年7月，深圳交警成立无人机中队，提出打造三维立体警务网。2017年1月，杭州交警使用无人机查处违反交通行为。此后，天津、昆明、长沙、广州等多个城市的交警部门，启用无人机在交通管理领域的应用，主要任务场景包括：

（1）城市快速路与高速公路交通管理

在城市快速路和高速公路上存在着视频监控盲区，采用制式警车巡逻的方式进行管控，经济成本高且具有一定的危险性，而利用无人机可以定点、定时对特定路段进行巡逻，若发现交通事故，还可以由巡航模式切换至低空悬停模式，精确获取现场情况。

（2）交通秩序管理

当无人机在高空飞行时，可具备很广阔的视角和监控范围。对于实线变道、不系安全带、接听电话等违章行为可以有效监控;可以迅速发现局部路段或路口存在的交通拥堵，并进行及时处理。

（3）交通组织规划

在开展单行线设置、公交专用车道的施划以及交叉口改造等交通组织规划工作中，可以采用无人机航拍获取路口、路段以及重点区域的交通流、排队长度以及交通设施运行情况等信息。进而支撑开展相关交通组织规划工作。

（4）交通事故处理

无人机在临近事故现场的合适位置升空，迅速到达事故现场上空，实时传回现场实景图像，为指挥和救援提供准确依据。此外，无人机可以全方位记录现场状况，包括车辆定位信息、人员和散落物分布信息、周围固定参考物信息等，为交通事故的定性、定责提供精确依据，从而做到快速清理现场，把交通拥堵减小到最小程度，防止或降低次生事故的发生。

3.公安院校情况

目前，公安院校对无人机的实战应用十分重视，对无人机专业人才的培养也逐渐启动。

（1）无人机应用情况

2017年11月17日，全国警校警用无人机培训与应用联盟（下称“联盟”）于中国人民公安大学成立。[3]公安大学、河北公安警察职业学院、黑龙江大庆人民警察学校、南京森林警察学院、浙江警察学院、安徽公安职业学院、山东省淄博人民警察训练基地、广东司法警官职业学院、云南警官学院、青海警官职业学院等13家单位代表签署《警用无人机培训与应用联盟成立倡议书》。“联盟”主要开展警用无人驾驶航空器的基础理论研究、人才培养的战略研究、驾驶技能与战术技能训练;服务实战、服务一线，探索职前学历教育，职后技能培训，人员资格认证规范化、标准化、一体化的人才战略发展体系，助力警用无人驾驶航空器实战化、专业化、职业化。

（2）人才培养情况

在公安院校中，铁道警察学院最早开展无人机相关专业人才的培养。在2017年进行了侦查学专业（警用无人航空驾驶器侦查方向）的专家论证，并于2018年开展警用招生，进行专业化的警用无人机人才培养。云南警察学院于2018年向云南省教委申请增设“无人机驾驶航空器系统工程”专业。2019年，云南警官学院申报的“无人机驾驶航空器系统工程”专业（专业代码082009T），成功获教育部批准。[4]2019年8月，江苏警官学院首次在警务指挥与战术专业开设警用无人航空器实训课程，加大无人机应用人才培养力度。四川警察学院、南京森林警察学院则自2017年起，先后承担了多期相关省份的警用无人机驾驶员的培训工作。

二、无人机在专业建设中的应用探索

1.教学应用

在交通管理工程专业教学过程中，无人机可以应用于交通组织设计、道路交通事故处理多门专业课程。主要完成交通设施设置情况勘察、交通事故现场取证，进而辅助相关课程的内容讲授。

（1）典型案例

交通组织设计是交通管理工程专业的一门主干课，主要培养学生能够利用系统工程的理论方法和交通工程的技术手段，对相关交通设施的交通流向、功能布局、管理控制等内容进行优化设计，实现人、车、设施的充分融合，在保证交通安全的前提下，最大限度地发挥各类交通设施的承载能力和服务水平。[5]

在本门课程讲授中，重点讲解单向交通、潮汐车道以及可变车道等典型交通组织设计方式。在以往传统的教学过程中，通常是通过百度地图、路口图片以及相关文档等资料向学生介绍相关道路的基本情况。受限于图片的视角等因素，往往对路口基本情况的分析都局限于某些点、面，无法从宏观视角更全面地把握路口信息和交通组织设计的方法。2019年，在课程教学过程中利用无人机进行路口航拍，从更高、更宽阔的视角获取路口的全貌信息，继而生成路口720°全景图，航拍效果如图1所示，实现对道路真实场景的深度体验，大大激发了学生的学习积极性。

（2）应用效果

目前，利用无人机已完成对长沙10多条典型道路的航拍和全景图构建，涵盖了单向交通、可变车道、让行规则以及路内停车组织等交通组织设计中的核心内容。目前，湖南警院交管系《交通组织设计》课程已逐步采用无人机道路航拍作为一种有效的信息化教学手段，提出的“场景深度体验式”教学方法获得2019年校级信息化教学成果一等奖。

2.与虚拟仿真系统的结合

虚拟仿真系统以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，效果如图2所示，并通过头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，给用户提供一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感。[6]在教学过程中，利用无人机航拍图片生成实景三维模型，与虚拟仿真系统融合，构建基于真实场景的沉浸式仿真环境，形成“虚实结合”的仿真实验平台，最大程度地形成合力。[7]

三、面临的挑战

目前，各个公安院校在无人机硬件建设方面都加大投入，多个公安院校已建（拟建）涵盖多种类型规格的无人机实验室（实验中学）等。当下，利用无人机开展教研活动面临的挑战主要来自专业师资人才的缺乏以及无人机使用监管更加严格两个方面。

1.专业师资人才的缺乏

与无人机硬件条件建设不断改善形成巨大反差的是专业师资人才的极度缺乏。截至2018年5月，全国有23个省（自治区、直辖市）公安机关建立了38支警务航空队，配备各型无人机5000余架（套）。而截至2017年9月，整个公安机关警用无人驾驶航空器的驾驶员仅有2000余人，且大部分集中在实战部门，公安院校的人才占比更低。

除了少数公安院校外，大多数公安院校还没有建立起一支较为专业的无人机应用团队，没有系统性地将无人机融入到教学的整个过程中，对学科建设、教学改革等方面的支撑作用还不够显著。可见，为推动无人机在教研中的应用，需要加大、加快专业师资人才的培养力度。目前，教学方面做得比较突出的一点是指导学生完成无人机相关的学科竞赛活动。其中，中国人民公安大学的“基于微型无人机的道路交通监测与应用综合系统”、河南警察学院的“基于无人机的信息采集对交通事故处理与预防的研究”分别获得第12届公安院校科技创新大赛的金奖和银奖。

2.无人机使用监管更加严格

伴随着无人机应用高速发展而来的还有无人机的“黑飞”现象，2017年，杭州萧山机场、成都双流机场以及长沙黄花机场都先后遭遇无人机“黑飞”，对民航航班的正常飞行造成了重大安全隐患。[8-10]为此，公安部、民航总局出台了一系列无人机飞行管理规定。2017年5月，民航总局发布《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》，要求民用无人机的拥有者必须进行实名登记。同年，公安部发布《警用无人驾驶航空器系统》，并正式纳入到“中华人民共和国公共安全行业标准”中，填补了警用无人驾驶航空器系统相关法律法规的空白。

自此，无人機的使用更加规范，监管也更加严格。作为公安院校的教员，在利用无人机开展教研活动时，要按照流程进行飞行空域申请，安排有飞行资格认证的人员执行飞行任务，同时做好任务计划，保证安全圆满地完成任务。

四、结束语

受到专业人才和监管制度的影响，虽然目前无人机在公安院校的教学运用才刚起步，相关的教学模式、教学手段还在探索阶段，但必将会对交通管理工程专业教学产生更深远的影响，将大力促进交通管理工程专业课程资源、教学设计等方面的创新。

通过无人机与虚拟仿真平台的联合，可以构建符合交通信息与控制发展潮流的“虚实结合”的实训教学资源和实训方法，建立培养具有创新意识和工程实训能力的高素质人才体系框架，将会推进交通管理工程类实训教学的信息化建设以及实训教学改革。

参考文献：

[1]张帆.浅谈无人机在警务实战中的应用前景[J].学园，2017（17）.

[2]周敏.“无人机+交通”大势所趋[J].中国公路，2017（23）：32-33.

[3]警校生联盟.全国警校警用无人机培训与应用联盟在中国人民公安大学成立[EB/OL].http：//m.sohu.com/a/206271116_651603，2017-11-23.

[4]搜狐网.教育部公布新一批本科专业名单[EB/OL].http：//www.sohu.com/a/305693029_243614，2019-04-03.

[5]张水潮，季彦婕等.交通组织设计[M].北京：人民交通出版社，2016.

[6]魏明，杨方廷，曹正清.交通仿真的发展及研究现状[J].系统仿真学报，2003（8）：1179-1183.

[7]黎富忠.无人机航拍技术在三维建模上的应用[J].广西水利水电，2016（4）：21-23.

[8]驱动中国.公安部重拳出击！“萧山无人机黑飞”终引来全面“绞杀”[EB/OL].https：//www.qudong.com/article/390351.shtml.

[9]虎嗅网.成都双流机场无人机黑飞干扰航班，躺枪的何止大疆[EB/OL].https：//www.huxiu.com/article/192273.html.

[10]新浪网.长沙无人机在机场“黑飞”，导致机场停飞半小时[EB/OL].http：//k.sina.com.cn/article_6440107797 _17fdc3f1500100atyt.html.

（编辑：王天鹏）