UAV公共安全应用训练创新探究

蔡 敏

（江苏警官学院 江苏·南京 210031）

无人驾驶航空器（UAV：Unmanned Aerial Vehicle），通常简称为无人机，近年呈爆炸式发展，一方面关键技术得到突破，更主要是由于其作为一种性能独特的平台，可以承载很多传统方式无法胜任的工作，并在原有基础上拓展出很大的新空间。无人机不仅在消费市场大获成功，在许多商业和专业领域也都成为应用热点；就行业应用而言，无人机部署空间机动灵活、行动快速有效、作业成本较传统方式更低得等优点非常突出，因而其在公共安全领域也有诸多应用，近两年在抗击公共卫生事件之中各地发展出不少创新应用。无人机作为空中平台，受气象、环境影响的敏感度高于地面和水面的平台，其运用的安全风险性显而易见，对操作人员的要求也明显高于其他形式的各类平台。公共安全领域对安全的要求更高，对公共安全领域的无人机操作使用有着更高的要求，通过科学训练，使受训者能够全面、深入掌握无人机的飞行知识、操作技能并积累相关经验，在完成任务的同时，最大限度地保障安全性。

1 UAV一般使用训练

无人机在应用中有诸多优点，其使用训练存在训练要求高、训练风险大、训练成本较高等情况。在训练中如果受训者不熟悉设备、技能不足或粗心大意，都可能对无人机和训练场地周边的人员、设施构成威胁，并且其潜在风险与无人机的体量成正比。

无人机训练，其核心是将操作者的飞行控制运作与无人机的实际运行之间建立更加直接、紧密的关联，使是操作者在做相应操作之前就心中有数，充分了解自己的操作会使无人机做出什么样的动作，或者说如果想让无人机做出什么动作，自己该如何操作。无人机操作训练通常分为两个阶段，第一阶段是理论学习，并通过计算机的飞行仿真软件进行模拟飞行训练，以了解和熟悉飞行理论是如何在无人机上具体体现的；通过模拟训练，对无人机飞行有一定认识后，转入第二阶段的实机操作训练。目前大多使用Phoenix RC作为飞行训练模拟器，其实这是一款飞行模拟类的电脑游戏产品，只是由于其比较真实的模拟效果和诸多可调整的选项，并且支持多款实际遥控器，被广泛用于航空模型的飞行训练，因而也自然而然地被引入到无人机的训练中，其对于普通消费类产品，比如大疆的精灵系列，能够比较真实地模拟；对于类似大疆经纬系列的行业应用产品，目前还不能很好的对应模拟训练。Phoenix RC之类的模拟训练软件还有一个局限性就是它们都是基于传统的PC平台，场景在PC机显示屏上显示，通过相对运动的原理，在屏幕上模拟无人机的飞行机动，实际上无人机在屏幕上的位置并无多大变化，只是给人视觉上的感觉，而在真实的情况下，随着无人机的飞行，其与操作员之间的空间位置是经常变化的，操作员需要不断调整自己观察的方向和视角才能观察到无人机及其周边的情况，通过电脑屏幕比较适合于通过机载摄像头进行的第一视角飞行，但第一视角飞行难度较大，并不适用于初级练习者。

2 VR技术的无人机飞行训练应用

尽管无人机的飞行训练有一定的风险和难度，只要尊重科学、合理安排，绝大多数人员通过相应的训练是能够满足相应级别的飞行训练要求的，非常符合OBE教学理念，即成果导向教育。在无人机飞行训练的每个阶段都有明确的目标，采用科学的训练方法和先进的手段，可以使参训者取得真实的学习体验，并且通过努力完全可以实现训练目标。这里的先进手段主要是指VR类技术。

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术，经过多年的发展，近年来由于相关技术的突破，整体呈现爆发式增长，VR技术以沉浸式为主导，通过多种创新的交互设计从视觉、听觉等各方面为用户提供身临其境的感官空间。与传统的二维屏幕不同，沉浸式VR提供了三维空间的全景式视觉效果，配合相应的硬件，使得使用者的视觉空间感觉与自身肢体动作相协调一致，当用户头部转动或身体移动时，视景中同时产生对应的变化，这种配合叫作三维漫游。三维漫游特别适用于无人机训练，实际进行无人机目视操作和第一视角飞行时，都与三维漫游极其相近。典型的产品如HTC VIVE和HUAWEI VR Glass。

在模拟飞行训练阶段采用VR技术，利用其三维沉浸式交互，让受训者可以体会到与真实操作几乎相同的身体动作感受，无论是手部的动作，还是身体姿态、视线方向都与真实情况非常接近，而不是像传统屏幕训练那样只是直视眼前的屏幕，这对培养受训者的良好习惯至关重要，可以使受训者从一开始就养成正确的观察习惯，并形成正确的手眼协调配合。

3 AR技术的无人机飞行训练应用

增强现实技术(Augmented Reality，简称AR)技术是一种将虚拟信息与真实世界融合的技术，也称为扩增现实技术，其是在VR技术的基础上，将VR创造的虚拟场景与真实场景进行融合，以视觉为例，在用户看到真实场景的同时，能够看到虚拟对象的存在，并且提供视觉上的一致性，比如光照、遮挡、几何、材质等。典型的如Magic Leap，虚拟物体与真实物体有明显区分，虚拟对象的相对位置随设备移动。

AR以虚拟的对象来加强现实空间，在初级实机训练中能够发挥重要作用。在进行无人机实机飞行训练时，初学者往往对无人机下一步的动向没有很好的预估，通过AR技术能够在受训者观察实体无人机动态的同时，将系统根据参数计算的无人机动向，比如飞行方向、未来时间可能到达的位置、预期的航线、过去的航迹、飞行参数等均显示出来，这样能够在很大程度上避免由于受训者经验不足而生产误判，尽可能提升训练效率，减少训练中的设备损坏。在没有AR技术辅助的训练中，无人机摔坏受损的情况并不少见。在进行规定航线飞行训练时，比如矩形、8字等典型航线，可以利用AR技术在实际空间中“画出”预定航线，帮助受训者判断无人机的预设航路，通过预定航线和实际航迹的对比显示，很容易对受训者的训练成绩进行评定，还可以进一步通过数据对比分析，进行系统评估，这方面符合OBE教学理念。当受训练者达到一定熟练程度后，可以关闭预定航线的显示，仅显示实际航迹或关闭所有辅助信息。此项技术不仅可用于训练，在实际执行飞行任务时，特别是对于安全性要求较高的任务，运用此技术，可以帮助操作人员判断无人机与现实场景中其他物体的位置关系，科学规划航路，最大限度地避免人为判断失误，有效提高飞行的安全性。

4 结语

VR/AR技术是近年发展起来的前沿技术，每年都会有新的产品和思路出现。通过研究我们认为，不仅能够将其很好地用于无人机的常规飞行训练，也能够很好地用于特定任务的专项训练，以使得操作人员提前熟悉任务场景和流程。纸面上的数字并不能自动转化为实际战斗力。模拟训练能够在什么程度上提升受训者的水平，一方面是看训练系统与真实情况的接近程度，另一方面是看其在训练过程中对受训者思维的训练。UAV训练一方面有技能的成分，这方面主要是依托现代仿真技术提供更加真实的训练场景和反馈，以增加受训者的体验；另一方面，通过可视化的提示，能够更加有效地构建其思维逻辑，帮助其将理论理解更为充分地转化为肌肉动作，在加强训练感性的同时，促进对理论的现实理解。在看到VR类技术良好应用前景的同时也要考虑，现在用于单人的VR设备也需数千元至上万元，对普及应用有一定的制约，专业训练系统的开发更是需要相当大的投入。