無人機(jī)科普基地建設(shè)可行性研究

（民航博物館，北京 100015）

我國民用無人機(jī)自2008年開始在國內(nèi)逐步興起。截至目前，無人機(jī)的應(yīng)用范圍已經(jīng)延伸到國土能源、環(huán)境監(jiān)測、救援、警用和科研等多個(gè)領(lǐng)域。2019年底，我國民用無人機(jī)39萬架，研發(fā)生產(chǎn)制造企業(yè)1800家。無人機(jī)行業(yè)的飛速發(fā)展，催生了該行業(yè)的人才需求，國家人力資源和社會(huì)保障部數(shù)據(jù)顯示，未來五年我國無人機(jī)駕駛員人才需求量近100萬人，可以說無人機(jī)駕駛員缺口巨大[1]。因此，加快建設(shè)無人機(jī)科普基地，對于我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、無人機(jī)科普基地建設(shè)的必要性

1.無人機(jī)科普基地建設(shè)的優(yōu)勢條件

無人機(jī)科普基地建設(shè)必須以現(xiàn)有科普場館為依托。民航博物館是中國民用航空局主辦的民用航空專題博物館，位于北京市朝陽區(qū)首都機(jī)場輔路民航200號(hào)地區(qū)，總占地面積189600平方米，總建筑面積21980平方米。民航博物館作為科技類博物館，具有陳列展示功能、科普教育功能、休閑娛樂功能；現(xiàn)有大量藏品及飛機(jī)實(shí)物，其中有里-2、BAe146、伊爾-14等我國民航不同歷史時(shí)期使用的運(yùn)輸機(jī)；館內(nèi)多功能影院有3個(gè)影廳，在科普互動(dòng)區(qū)設(shè)有空客A320、西銳、夢幻等飛行模擬機(jī)共6臺(tái)。以民航博物館作為無人機(jī)科普基地進(jìn)行建設(shè)，具有先天優(yōu)勢條件。

2.職能需要

基于近幾年我國相關(guān)部門先后出臺(tái)的一系列政策，加速了我國民用無人機(jī)的發(fā)展。通過無人機(jī)科普基地的建設(shè)，能夠有效提升其科普功能和服務(wù)能力，可以進(jìn)一步細(xì)化和落實(shí)國家相關(guān)政策和措施。這是科技類博物館應(yīng)承擔(dān)的主要職能，也是民航博物館的重要職能之一。

3.社會(huì)需求

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全國共有科普場館1550個(gè)。隨著科普活動(dòng)的廣泛開展，受眾范圍也持續(xù)擴(kuò)大，現(xiàn)有的科普場館遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需求。同時(shí)，京津冀三地國家和省市（部）級(jí)科技館數(shù)量為：北京2個(gè)，天津1個(gè)，河北1個(gè)；?。ú浚┘?jí)以下航空科普教育基地?cái)?shù)量為：北京2個(gè)，天津1個(gè)，河北0個(gè)；航空科普教育服務(wù)能力不足，還有700多萬中小學(xué)生無法接受航空科普教育，培育無人機(jī)后備人才的能力嚴(yán)重不足[2]。建設(shè)無人機(jī)科普基地，可以解決日益增長的對科普場館的社會(huì)需求問題。

二、無人機(jī)科普基地的建設(shè)規(guī)模及內(nèi)容

1.無人機(jī)歷史、文化和技術(shù)展示

1.1 展示理念

采用數(shù)字化和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，引導(dǎo)參觀者在多媒體沉浸式體驗(yàn)環(huán)境下，了解無人機(jī)的歷史、發(fā)展和未來。活態(tài)化展示無人機(jī)運(yùn)用到的新科技和新工藝，動(dòng)態(tài)化解讀全新的技術(shù)工藝流程和資源應(yīng)用流程。增強(qiáng)互動(dòng)體驗(yàn)展示，讓參觀人員親身感受無人機(jī)帶來的新變化和新成果。

1.2 展示目標(biāo)

首先，全方位系統(tǒng)展示無人機(jī)發(fā)展歷史，了解無人機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用，為青少年和飛行愛好者們提供交流機(jī)會(huì)，充分發(fā)揮無人機(jī)歷史、文化和技術(shù)的科普展示作用。其次，展示世界高水平無人機(jī)研究成果，建設(shè)人才培訓(xùn)基地，為行業(yè)未來發(fā)展儲(chǔ)備人才，充分發(fā)揮無人機(jī)專業(yè)認(rèn)知和行業(yè)應(yīng)用的宣傳作用。最后，通過數(shù)字多媒體設(shè)備和實(shí)地試飛相結(jié)合的方式，使社會(huì)大眾了解目前無人機(jī)的發(fā)展成果和應(yīng)用，展現(xiàn)無人機(jī)在未來的無限可能性，成為世界前沿?zé)o人機(jī)互動(dòng)體驗(yàn)空間。

1.3 展示內(nèi)容

世界經(jīng)典無人機(jī)的展示：按照軍用、民用類型，采用科技手段，展示世界無人機(jī)的歷史、發(fā)展與應(yīng)用。其中，展示軍用無人機(jī)，可以使用全息投影方式剖析其特征，如精巧結(jié)構(gòu)、強(qiáng)隱蔽性等特點(diǎn)；而后用影視長卷（3D）展現(xiàn)無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，如戰(zhàn)場偵察、電子干擾等各項(xiàng)任務(wù)的執(zhí)行；用影音資料和影視資源展現(xiàn)軍用無人機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的地位和作用。在展示民用無人機(jī)時(shí)，可以使用滑軌屏幕展示其在技術(shù)研發(fā)等各個(gè)階段，應(yīng)用虛擬講解員生動(dòng)形象的展現(xiàn)民用無人機(jī)在航拍攝影、電力巡檢、新聞報(bào)道等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，體現(xiàn)其在各個(gè)領(lǐng)域做出的突出貢獻(xiàn)。中國無人機(jī)發(fā)展的展示：通過建立模型展示區(qū)域、全息交互方案、影視長卷、影音資源、虛擬講解員、VR圖冊等科技手段，展現(xiàn)中國無人機(jī)的發(fā)展。例如，可以應(yīng)用歷史題材影片，展示我國自行研制無人機(jī)從軍用走向民用的發(fā)展歷程；應(yīng)用AR無人機(jī)圖冊互動(dòng)式宣傳無人機(jī)在科技創(chuàng)新與適應(yīng)行業(yè)發(fā)展中的重要作用。未來無人機(jī)發(fā)展趨勢：未來無人機(jī)的種類和數(shù)量將會(huì)越來越多，其發(fā)展方向必將走向?qū)I(yè)化細(xì)分領(lǐng)域的深層次扎根。該板塊采用VR/MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，聚焦無人機(jī)的細(xì)分領(lǐng)域，展現(xiàn)在發(fā)展趨勢下行業(yè)應(yīng)用解決方案。如未來空中作戰(zhàn)的主力裝備“軍用無人機(jī)”、未來物流戰(zhàn)略中的“配送無人機(jī)”、災(zāi)害預(yù)報(bào)和高危采集的“數(shù)據(jù)無人機(jī)”等。

2.教育培訓(xùn)

2.1 教育理念

以創(chuàng)客教育為理念，把無人機(jī)、機(jī)器人等與編程課程相結(jié)合，激發(fā)青少年對無人機(jī)相關(guān)知識(shí)的興趣，并按照科學(xué)和數(shù)學(xué)的方式去思考，注重培養(yǎng)青少年的成就感，保持和鼓勵(lì)他們對科學(xué)和數(shù)學(xué)的長期興趣。

2.2 教育目標(biāo)

第一，培育青少年國防意識(shí)、愛國情懷和社會(huì)價(jià)值認(rèn)同感。第二，將人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)趨勢，與航空行業(yè)結(jié)合，夯實(shí)大眾航空文化基礎(chǔ)，提高青少年科學(xué)素養(yǎng)和人文素質(zhì)。第三，培養(yǎng)青少年航空領(lǐng)域興趣，增強(qiáng)青少年的實(shí)踐能力。第四，對青少年進(jìn)行無人機(jī)、機(jī)器人知識(shí)科普。第五，為國家培養(yǎng)航空民航領(lǐng)域培養(yǎng)后備人才。

2.3 教育培訓(xùn)方案

2.3.1 教學(xué)培訓(xùn)

通過理論講解，學(xué)習(xí)無人機(jī)知識(shí)體系及其基本操作，使用飛行模擬器體驗(yàn)操作各種類型和尺寸的無人機(jī)；學(xué)習(xí)無人機(jī)裝機(jī)、調(diào)試及編程知識(shí)，并在室內(nèi)小型飛行訓(xùn)練區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證飛行。課程設(shè)置由淺入深，具體分為以下三個(gè)等級(jí)。

第一，無人機(jī)入門課程。主要是介紹其科普應(yīng)用，了解無人機(jī)的各個(gè)部件結(jié)構(gòu)，了解其飛行原理，能夠自主動(dòng)手DIY拼接組裝無人機(jī)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)客性思維。第二，無人機(jī)編程初級(jí)課程。認(rèn)識(shí)無人機(jī)分類以及飛行原理，動(dòng)手組裝一架屬于自己的多旋翼無人機(jī)，并且通過遙控器操控飛行完成任務(wù)；編程飛行控制多旋翼飛行器編程控制及操作；實(shí)踐操控自己組裝的無人機(jī)，進(jìn)行基礎(chǔ)的航線練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的成就感。第三，無人機(jī)編程進(jìn)階課程。全面理論的課程簡介，要求學(xué)生與同學(xué)合作組裝無人機(jī)，提高協(xié)作能力。組裝后進(jìn)行模擬飛行訓(xùn)練，結(jié)合空中定位坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行圖形化編程，實(shí)現(xiàn)各種路徑飛行，實(shí)現(xiàn)多種創(chuàng)意玩法[3]。

2.3.2 研學(xué)教育

第一，無人機(jī)飛行穿越活動(dòng)。以第一視角或第三視角的方式控制無人機(jī)穿越各種障礙并最終?？吭谀繕?biāo)位置，操作無人機(jī)從起始位置出發(fā)，按照規(guī)定航線飛行，盡可能快地穿越障礙后達(dá)到終點(diǎn)。第二，人工智能無人機(jī)編程體驗(yàn)。根據(jù)設(shè)定的任務(wù)和目標(biāo)，通過編程操控?zé)o人機(jī)自主飛行穿越障礙物或者降落到指定地點(diǎn)，完成既定任務(wù)。第三，無人機(jī)編隊(duì)表演。學(xué)習(xí)者可自由選取音樂創(chuàng)作無人機(jī)編隊(duì)舞蹈，運(yùn)用圖形化編程或代碼，從而實(shí)現(xiàn)操控空中編排隊(duì)形。第四，參觀無人機(jī)歷史、文化和技術(shù)展區(qū)。通過數(shù)字化科技和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，在多媒體沉浸式體驗(yàn)環(huán)境下，了解無人機(jī)的歷史、發(fā)展和未來。

3.無人機(jī)競賽

致力于打造引導(dǎo)青少年成長的賽事平臺(tái)，為無人機(jī)競賽提供設(shè)施及環(huán)境。青少年通過參加無人機(jī)競技類賽事，可以激發(fā)對科學(xué)的興趣，提高動(dòng)手能力和邏輯思維能力。

3.1 個(gè)人飛行賽：由飛行賽道完成度和完成時(shí)間作為評判標(biāo)準(zhǔn)，考察參賽選手的無人機(jī)操控能力和空間判斷能力等多項(xiàng)基本技能。

3.2 物流搬運(yùn)賽：參賽者利用無人機(jī)將多種不同規(guī)格的“重物”搬運(yùn)到指定位置，飛行路線中需完成各種指定的動(dòng)作與任務(wù)，考查學(xué)生對操控通道的理解與掌握，提升學(xué)生的飛行策略規(guī)劃能力與精細(xì)的操控能力。

3.3 第一視角飛行賽：參賽者佩戴第一視角眼鏡，操控?zé)o人機(jī)穿越障礙，根據(jù)完成比賽的時(shí)間，和穿越障礙物的動(dòng)作完成情況，得出最終的有效時(shí)間。

3.4 團(tuán)體賽：團(tuán)體賽分為組裝賽和飛行賽兩部分，比賽由組裝完成度和完成時(shí)間、飛行賽道完成度和完成時(shí)間作為評判標(biāo)準(zhǔn)。主要考察選手的工程與動(dòng)手能力、無人機(jī)操控能力和空間判斷能力。

3.5 空中格斗賽：以無人機(jī)團(tuán)隊(duì)競技為主題，通過多位參賽隊(duì)員之間團(tuán)隊(duì)合作，將無人機(jī)降落在指定平臺(tái)并停留一定時(shí)間，一旦本方有無人機(jī)降落，另兩臺(tái)無人機(jī)要協(xié)同防守，以撞擊、阻擋等手段阻止對方進(jìn)入。

3.6 接力飛行賽：由飛行賽道完成度和完成時(shí)間作為評判標(biāo)準(zhǔn)。主要考察參賽選手的無人機(jī)操控能力、空間判斷能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.7 編程挑戰(zhàn)賽：根據(jù)拿到的編程考題，通過使用Scratch等程序語言進(jìn)行程序編寫，控制無人機(jī)完成考題任務(wù)，以完成度及完成時(shí)間作為評判標(biāo)準(zhǔn)。

3.8 編隊(duì)飛行賽：以無人機(jī)編程舞蹈為主題，對無人機(jī)舞蹈的創(chuàng)意、表現(xiàn)力、音樂理解力等方面進(jìn)行評判。按照自己的創(chuàng)意主題，結(jié)合選定音樂，通過使用Scratch程序語言進(jìn)行程序編寫，控制多架無人機(jī)編隊(duì)表演。