基于5G網(wǎng)絡(luò)的《無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐》教學(xué)研究①

張冉

摘 ? 要：《無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)創(chuàng)業(yè)實踐》課程是在國家提倡大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新的背景下，我校開設(shè)的一門創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐課程，有力的推動了我校航空內(nèi)涵建設(shè)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和成熟，開展基于5G網(wǎng)絡(luò)的《無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐》教學(xué)研究具有十分重要的意義。本文介紹了5G網(wǎng)絡(luò)下無人機的優(yōu)勢和應(yīng)用范圍，并嘗試與企業(yè)聯(lián)合開展5G無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐，并建立了5G無人機聯(lián)合實驗室，為學(xué)生搭建良好的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò) ?無人機 ?創(chuàng)新創(chuàng)業(yè) ?教學(xué)研究

中圖分類號：G71 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0213-02

《無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐》是我校為了建設(shè)以航空為主要特色的高水平應(yīng)用型大學(xué)而開設(shè)的一門特色課程，該課程是在介紹無人機相關(guān)基本知識的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生開展與無人機相關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動。目前國內(nèi)開展無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程的高等院校并不多，因此該課程可借鑒的相關(guān)教學(xué)理論和實踐案例并不多見。而且目前的無人機的控制多是基于wifi和4G網(wǎng)絡(luò)信號，受時延和控制距離的影響，其應(yīng)用領(lǐng)域受到一定的限制。隨著5G網(wǎng)絡(luò)時代的到來，有必要開展基于5G網(wǎng)絡(luò)的《無人機創(chuàng)新創(chuàng)新實踐》的教學(xué)研究。

1 ?應(yīng)用于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)的基于5G網(wǎng)絡(luò)的無人機

5G網(wǎng)絡(luò)是智能社會、萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)。五代移動通信技術(shù)（5th-Generation，簡稱5G）是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達10Gbit/s，相比于4G網(wǎng)絡(luò)快100倍，另一個優(yōu)勢是較低的網(wǎng)絡(luò)延遲，低于10毫秒，而4G為30～70ms。目前4G網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)下的無人機，由于在定位精度和覆蓋空域等限制較多，制約它的長遠發(fā)展和價值發(fā)揮。因此基于5G網(wǎng)絡(luò)的無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)案例，具有以下顯著優(yōu)勢：

（1）在高傳輸速率的支持下，支持4K超高清視頻，實現(xiàn)動態(tài)高緯度的超高清廣角俯視效果。

（2）毫秒級的傳輸時延將使無人機響應(yīng)地面命令更快，地面飛手對無人機的操控更加精確;厘米級定位精度可滿足城區(qū)復(fù)雜地形環(huán)境的飛行需求。

（3）在無人機的飛行數(shù)據(jù)安全保障方面，5G的數(shù)據(jù)傳輸過程更加安全可靠，無線信道不容易被干擾或入侵。

（4）憑借5G的海量連接特性，5G網(wǎng)絡(luò)可以接入的無人機數(shù)量，理論上每平方公里可以接入100萬個終端。

2 ?5G無人機的教學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域

5G無人機在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的教學(xué)應(yīng)用。（1）業(yè)務(wù)場景：農(nóng)田藥物噴灑和農(nóng)田信息測繪。（2）價值主張：藥物噴灑提升效率20倍，成本降低30%。工作效率由10～20畝/天/人提高到300～400/畝/天/機。實現(xiàn)勘察作業(yè)實時高清，飛行狀態(tài)監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)定位，智能化計算。（3）技術(shù)指標：噴灑應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸速率10mbps，測繪應(yīng)用（8k）數(shù)據(jù)傳輸速率120mbps;時延為20ms;覆蓋高度：噴灑作業(yè)10m，測繪作業(yè)200～300m;定位精度小于0.1m。

5G無人機在巡檢領(lǐng)域的教學(xué)應(yīng)用。（1）業(yè)務(wù)場景：電力巡檢、基站塔臺、輸油管道。（2）價值主張：電力巡檢人工作業(yè)2h，無人機10min，效率提升12倍。作業(yè)人員人身安全保障;安全智能遙控，高效數(shù)據(jù)采集。（3）技術(shù)指標：4k高清圖傳場景速率為50mbps以上;時延為30ms;覆蓋高度：電力、基站巡檢作業(yè)為50～100m，輸油管道巡檢為3km。

5G無人機在物流領(lǐng)域的教學(xué)應(yīng)用。（1）業(yè)務(wù)場景：物流快遞。（2）價值主張：提升配送效率，更好用戶體驗。配送效率至分鐘級，成本降低70%。飛行狀態(tài)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)定位。（3）技術(shù)指標：傳輸速率為30mbps;時延為5ms;覆蓋高度：末端物流為100m，支線物流為3km;定位精度小于1m。

5G無人機在安保領(lǐng)域的教學(xué)應(yīng)用。（1）業(yè)務(wù)場景：消防監(jiān)控、治安巡邏、反恐監(jiān)控、邊防巡檢。（2）價值主張：警用安防巡查效率提升50%;高清實時視頻，網(wǎng)絡(luò)定位，智能化大數(shù)據(jù)分析。（3）技術(shù)指標：傳輸速率為50mbps;時延為20ms;覆蓋高度100m;定位精度小于1m。

5G無人機在水務(wù)領(lǐng)域的教學(xué)應(yīng)用。（1）業(yè)務(wù)場景：水質(zhì)監(jiān)測、日常巡查、水文數(shù)據(jù)獲取、防汛抗洪、 水土保持監(jiān)測。（2）價值主張：無人機荷載多光譜相機進行水體地物光譜采集，利用采集的多光譜影像，通過自主研發(fā)的 聚類分析算法，對多光譜遙感影像數(shù)據(jù)進行針對水質(zhì)特征的影像聚類分析，得出水質(zhì)狀況定性結(jié)論。結(jié)合抽樣水樣檢測數(shù)據(jù)獲得定量數(shù)據(jù)，綜合分析，可總體掌握監(jiān)測水域的水質(zhì)狀況。（3）技術(shù)指標：傳輸速率為30mbps;時延為5ms;覆蓋高度為50m;定位精度小于5m。

3 ?與企業(yè)聯(lián)合開展5G無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐

為了給學(xué)生提供良好的5G無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺，我校與中國聯(lián)通濱州分公司簽署了關(guān)于5G無人機的合作協(xié)議。合作內(nèi)容包括：（1）雙方相互明確對方為戰(zhàn)略合作伙伴。（2）聯(lián)通公司將致力于5G網(wǎng)絡(luò)部署戰(zhàn)略規(guī)劃、5G網(wǎng)絡(luò)運營研究，在不違反其商業(yè)原則的前提下為我校提供5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。（3）聯(lián)合開展科學(xué)研究。聯(lián)合在工業(yè)能源、教育、人工智能與機器人、無人機等5G應(yīng)用的重點領(lǐng)域進行業(yè)務(wù)探索，聯(lián)合開展行業(yè)需求洞察與研究，共同孵化5G應(yīng)用，探索5G新商業(yè)模式。（4）合作舉辦學(xué)術(shù)活動。雙方協(xié)商確定學(xué)術(shù)活動主題、舉辦方式、舉辦地點、舉辦時間，聯(lián)合舉辦研討會或高層學(xué)術(shù)論壇，促進學(xué)術(shù)交流。（5）合作培養(yǎng)人才。我校發(fā)揮學(xué)校的優(yōu)勢，根據(jù)需求，為企業(yè)定向培養(yǎng)、輸送相關(guān)專業(yè)人才，優(yōu)先向企業(yè)推薦優(yōu)秀畢業(yè)生;企業(yè)為我校學(xué)生提供5G無人機相關(guān)的實習(xí)實訓(xùn)提供便利。

此外，為了《無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗》課程的實踐，我校與相關(guān)企業(yè)簽訂了聯(lián)合實驗室的共建方案。（1）搭建測試展示平臺。搭建網(wǎng)絡(luò)測試環(huán)境，實現(xiàn)5G等網(wǎng)絡(luò)的完善覆蓋。提供5G無人機相關(guān)設(shè)備和應(yīng)用平臺進行現(xiàn)場展示。邀請相關(guān)專家，組建實驗室運營團隊，制定準入孵化規(guī)則和孵化規(guī)范，定期發(fā)布孵化結(jié)果和行業(yè)孵化成果等白皮書。結(jié)合5G無人機，開展行業(yè)孵化試驗驗證，支撐產(chǎn)業(yè)協(xié)會、企業(yè)與科研機構(gòu)合作，共建孵化驗證平臺。（2）提供孵化環(huán)境。提供5G連接、業(yè)務(wù)使能、應(yīng)用等平臺，為無人機行業(yè)和創(chuàng)客提供應(yīng)用開發(fā)、孵化和推廣環(huán)境。針對無人機行業(yè)提出的5G孵化需求，成立虛擬團隊進行產(chǎn)品研發(fā)和孵化。

4 ?結(jié)語

通過開展基于5G網(wǎng)絡(luò)的《無人機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐》教學(xué)研究，使學(xué)生掌握在5G網(wǎng)絡(luò)下無人機的優(yōu)勢和應(yīng)用范圍。同時，通過與企業(yè)聯(lián)合開展創(chuàng)業(yè)創(chuàng)業(yè)實踐，為學(xué)生提供了良好的實踐平臺。

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