人工智能背景下無人機(jī)在野外探究的應(yīng)用探析

摘要：無人機(jī)能夠?yàn)椤蹲匀坏乩韺W(xué)》野外探究提供有力的技術(shù)支撐。無人機(jī)應(yīng)用于《自然地理學(xué)》野外探究，能夠快速獲取航空影像、快速計(jì)算測(cè)試數(shù)據(jù)、及時(shí)供給急救藥物。無人機(jī)應(yīng)用于《自然地理學(xué)》野外探究的問題主要有：個(gè)別型號(hào)受到限制、容易引起當(dāng)?shù)厝说目只?、存在主?quán)侵害的潛在危險(xiǎn)。針對(duì)這些問題的解決策略主要有：延長(zhǎng)無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間，提高無人機(jī)定位的準(zhǔn)確性，提高無人機(jī)飛行安全性。

關(guān)鍵詞：人工智能；無人機(jī)；野外探究；自然地理學(xué)

引 言

在人工智能迅速發(fā)展的背景下，科學(xué)技術(shù)日新月異，為教育的發(fā)展也帶來了更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。特別是隨著5G時(shí)代的來臨，教育也將會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。無人機(jī)應(yīng)用于《自然地理學(xué)》野外探究，能夠代替人工完成野外探究任務(wù)，能夠減少人員在野外探究過程中可能會(huì)出現(xiàn)的各種意外事件。無人機(jī)與人類相比，在野外探究中能夠節(jié)約更多的時(shí)間，更加及時(shí)地應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況，更加高效地收集數(shù)據(jù)。

一、VUCA時(shí)代的特點(diǎn)

（一）易變性與復(fù)雜性

“今天被譽(yù)為霧卡新常態(tài)時(shí)代，即VUCA。其體現(xiàn)出顯著的易變性、不確定性、錯(cuò)綜復(fù)雜和模糊不清的特點(diǎn)。”[1]VUCA時(shí)代下，技術(shù)的更新?lián)Q代十分迅速。雖然現(xiàn)在人工智能主要是集中發(fā)展弱人工智能與專用人工智能，但是技術(shù)在教育、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用效果是十分可觀的。人工智能并不是一門獨(dú)立的學(xué)科，而是一門技術(shù)，其存在的意義是服務(wù)于人類社會(huì)?！兜仄骄€報(bào)告2015-2019年版》對(duì)人工智能領(lǐng)域的發(fā)展階段和未來趨勢(shì)進(jìn)行了整理，如表1所示：

表1 《地平線報(bào)告2015-2019年版》對(duì)人工智能領(lǐng)域的發(fā)展階段整理及未來趨勢(shì)預(yù)測(cè)

年度 2015版 2016版 2017版 2018版 2019版

2016 自帶

設(shè)備 翻轉(zhuǎn)

課堂

2017 創(chuàng)客

空間 可穿戴設(shè)備 自帶

設(shè)備 學(xué)習(xí)分析自適應(yīng)技術(shù)

2018 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí) 創(chuàng)客

空間 自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù) 移動(dòng)

學(xué)習(xí)

2019 自適應(yīng)學(xué)習(xí) 物聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng) 下一代學(xué)習(xí)管理系統(tǒng) 創(chuàng)客空間 分析技術(shù)

2020 情感

技術(shù) 機(jī)器人 自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù) 人工智能 移動(dòng)

學(xué)習(xí) 分析

技術(shù)

2021 自然用戶界面 人工

智能 混合

現(xiàn)實(shí) 人工

智能

2022 融合現(xiàn)實(shí) 機(jī)器人

2023 區(qū)域鏈 虛擬

助手

2024

（二）不確定性與模糊性

VUCA時(shí)代，邊界的位移和內(nèi)容的相互客串是很常見的。“伴隨5G的來臨，場(chǎng)館學(xué)習(xí)也愈來愈炙手可熱。比如咖啡廳、餐廳、公園等地方，都可能在提供其專項(xiàng)服務(wù)的同時(shí)，還能夠?yàn)橛脩籼峁W(xué)習(xí)場(chǎng)地?！盵2]大數(shù)據(jù)時(shí)代下，信息和交流和溝通也顯得尤為重要，知識(shí)與信息之間的交互越來越明顯。很多課程通過各種形式的網(wǎng)絡(luò)載體被轉(zhuǎn)化為資源形態(tài)，除了具有瞬時(shí)效力之外，還能夠在今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間里供其他需求者觀摩和學(xué)習(xí)。“現(xiàn)實(shí)和虛擬環(huán)境的交互作用越來越突出，數(shù)字孿生對(duì)未來教育形態(tài)會(huì)帶來很大的影響，能夠更加有效地節(jié)約資源成本?！盵3]將無人機(jī)應(yīng)用到野外探究中，同樣體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)對(duì)教育領(lǐng)域的有力支撐作用。

二、《自然地理學(xué)》野外探究頻遇的困難

（一）受到環(huán)境的過多限制

有些地方人跡罕至，甚至很多探險(xiǎn)者有去無回，即使已經(jīng)做了充分的準(zhǔn)備，對(duì)調(diào)查人員來說也是巨大的挑戰(zhàn)。即便已經(jīng)進(jìn)入探究地點(diǎn)，也會(huì)因?yàn)榈匦蔚貏?shì)、氣候條件等自然環(huán)境的限制，難以順利展開調(diào)查。

（二）影像獲取受到限制

單純地依靠人力進(jìn)行野外探究，通過攝像機(jī)等拍照設(shè)備獲取影像之后，還需要將影像再上傳到其他平臺(tái)。野外探究的環(huán)境通常來說比較艱苦，網(wǎng)絡(luò)也很難覆蓋，想要獲取影像需要十分漫長(zhǎng)的時(shí)間，甚至需要探究結(jié)束之后才能夠上傳。另外，在野外經(jīng)常會(huì)遇到一些特殊情況，一旦攝像設(shè)備意外破壞難以恢復(fù)，未上傳到平臺(tái)的影像資料也會(huì)隨之消失，之前的探究也隨之付諸東流。

（三）數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)

人的大腦最多同時(shí)處理九件事情，人的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和運(yùn)算能力都是有限的。龐大的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的運(yùn)算程序假如不借助一些智能工具來計(jì)算的話，大腦很難能夠在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出準(zhǔn)確的結(jié)果。

三、無人機(jī)應(yīng)用于野外探究的策略

（一）延長(zhǎng)無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間

無人機(jī)的續(xù)航問題是比較令行業(yè)頭疼的難題，一般無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間集中在20-40分鐘，不能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間工作的需求，要解決這一難題，可以從兩個(gè)層面來入手。首先，改變無人機(jī)的電源。盡管這是解決難題的一個(gè)辦法，但是卻很難能夠?qū)崿F(xiàn)。油動(dòng)力的無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間是電動(dòng)力無人機(jī)續(xù)航時(shí)間的五—六倍，但是危險(xiǎn)性太大。第二，改變無人機(jī)的充電方式。來自清華大學(xué)創(chuàng)客空間協(xié)會(huì)的UVAPowerPlus團(tuán)隊(duì)在2015年中美青年創(chuàng)客大賽上，憑借著自主研發(fā)的無人機(jī)充電樁，在比賽中獲得了很好的成績(jī)。這種充電樁類似于加油站，在無人機(jī)中寫入特定的程序，當(dāng)電量不足不能完成飛行任務(wù)時(shí)，自動(dòng)搜索距離較近的充電樁，并停在上面，充電樁為無人機(jī)提供無線快速充電，而充電樁本身是太陽能供電，把太陽能儲(chǔ)存起來更快的提供給無人機(jī)，幫助無人機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離飛行，這種充電方式綠色環(huán)保，節(jié)省人力。

（二）提高無人機(jī)定位的準(zhǔn)確度

在山區(qū)，無人機(jī)與控制終端之間通常都會(huì)存在遮擋物，特別是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，無人機(jī)常常需要翻山越嶺才能夠到達(dá)目的地，這對(duì)無人機(jī)的飛行準(zhǔn)確性要求很高?？梢栽谝患艽笮蜔o人機(jī)上裝上移動(dòng)控制器，將這一無人機(jī)作為移動(dòng)基站懸停在高空?？刂泼钔ㄟ^地面控制中心輸送給移動(dòng)基站，然后再由移動(dòng)基站將這些命令輸送給負(fù)責(zé)執(zhí)行的無人機(jī)。

（三）完善無人機(jī)監(jiān)管的相關(guān)法律法規(guī)

一般而言，無人機(jī)的使用必然會(huì)與超視距飛行和在人群上空飛行相聯(lián)系。但是，國(guó)外的法律普遍禁止無人機(jī)超視距飛行以及在人群上空飛行，除非獲得監(jiān)管機(jī)構(gòu)的允許。這就造成了無人機(jī)送貨在國(guó)外發(fā)展困難重重。谷歌在2016年8月獲批在美國(guó)展開無人機(jī)送貨測(cè)試，前提就是獲得FAA的豁免。這主要是因?yàn)楦鲊?guó)的無人機(jī)應(yīng)用依然處于初步發(fā)展階段，對(duì)無人機(jī)的監(jiān)管規(guī)則十分匱乏，存在很多空白領(lǐng)域，亟待依賴大量的測(cè)試逐步建立相應(yīng)的規(guī)則。

四、結(jié)論

“最神圣的目標(biāo)是擁有一個(gè)自動(dòng)的無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些飛機(jī)獨(dú)立完成其工作，同時(shí)人類來監(jiān)控這些交付移動(dòng)”紐約巴德學(xué)院無人機(jī)研究中心主任Arthur Holland Michel說。“或許這項(xiàng)技術(shù)還需要幾年的發(fā)展才足夠被信任，并用于運(yùn)送重要貨物在這些險(xiǎn)峻的偏遠(yuǎn)地區(qū)，如非洲；但這就是科技為何為科技。”無人機(jī)的應(yīng)用對(duì)《自然地理學(xué)》野外探究工作來說既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，無人機(jī)技術(shù)會(huì)為野外探究工作帶來更多的便利。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：段元超（1995.06.10），女，漢族，山東省泰安市，研究生在讀，江西科技師范大學(xué)，江西省南昌市，330000，教育學(xué)。