基于大疆TT無(wú)人機(jī)套件系列課程—— 雪中送炭

項(xiàng)目背景

高海拔駐邊哨所的物資供給一直是個(gè)大難題，地區(qū)氣候多變，直升機(jī)運(yùn)送物資面臨很大困難。而且哨所處在邊境，可能會(huì)誤投給敵人?；诖?，我們拓展了巧練空投項(xiàng)目。在之前的學(xué)習(xí)過(guò)程中，各項(xiàng)目小組已為TT無(wú)人機(jī)加裝了拋投裝置，并進(jìn)行了空投測(cè)試。本項(xiàng)目將在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合AI視覺(jué)傳感器，基于人臉識(shí)別進(jìn)行定向空投。參與本項(xiàng)目的學(xué)生，事先接觸過(guò)二哈識(shí)圖（HuskyLens）AI視覺(jué)傳感器，對(duì)傳感器的人臉識(shí)別功能和相關(guān)配置方法有所了解，具備進(jìn)階學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

教學(xué)目標(biāo)

1.學(xué)會(huì)用創(chuàng)客的方法展開(kāi)學(xué)習(xí)，通過(guò)創(chuàng)客社區(qū)挖掘項(xiàng)目資源。

2.進(jìn)一步體驗(yàn)人工智能，并運(yùn)用到無(wú)人機(jī)的智能導(dǎo)航中。

3.能通過(guò)小組協(xié)作完成較復(fù)雜的項(xiàng)目，從團(tuán)隊(duì)協(xié)作中獲得樂(lè)趣和成就感。

教學(xué)過(guò)程

一、情境導(dǎo)入

師：青藏高原某邊防團(tuán)的墨脫某哨點(diǎn)，駐地在海拔近4000米的深山密林中，每年大雪封山期長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月，是名副其實(shí)的雪域孤島。以往官兵靠人力運(yùn)送物資，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，現(xiàn)在雖然有了直升機(jī)協(xié)助，但因?yàn)楦吆０蔚貐^(qū)氣候多變，依然面臨很大困難。類似這樣條件艱苦的哨所，在“種花家”還有很多。這次，我兔飛行員TT就接到了一個(gè)艱巨的任務(wù)，要去“雪中送炭”，將補(bǔ)給送至被大雪封山的邊防哨所。由于哨所處在邊境，到達(dá)指定空域后，TT要自動(dòng)識(shí)別敵我，不能誤投給敵人。你能協(xié)助TT完成這個(gè)任務(wù)嗎？

學(xué)生思考并討論。

二、挖掘社區(qū)資源，展開(kāi)自主學(xué)習(xí)

創(chuàng)客項(xiàng)目的學(xué)習(xí)不應(yīng)停留在傳統(tǒng)的一步步的程序式學(xué)習(xí)。教師在傳授學(xué)生知識(shí)技能的同時(shí)，還應(yīng)該注重讓學(xué)生掌握創(chuàng)客化的學(xué)習(xí)方式。創(chuàng)客社區(qū)擁有豐富的教程、技術(shù)資料、項(xiàng)目案例等資源，是創(chuàng)客孵化與成長(zhǎng)的園地，也可以作為創(chuàng)客教學(xué)的資源寶藏。教師可向?qū)W生推薦一些成熟度高、適用性強(qiáng)、內(nèi)容審核機(jī)制規(guī)范的優(yōu)質(zhì)創(chuàng)客社區(qū)（如DF創(chuàng)客社區(qū)），引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)支架搜集項(xiàng)目所需的資料和有參考價(jià)值的項(xiàng)目案例，尤其是人工智能攝像頭相關(guān)資料，并梳理項(xiàng)目實(shí)施流程。

三、打印結(jié)構(gòu)件，連接安裝視覺(jué)傳感器

二哈識(shí)圖（HuskyLens）AI視覺(jué)傳感器的安裝需要配合一個(gè)3D打印的結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)。DF的官方資料里，提供了用于固定傳感器的結(jié)構(gòu)件模型文件，可下載后3D打印出來(lái)。

視覺(jué)傳感器可通過(guò)兩個(gè)螺絲安裝在該結(jié)構(gòu)件上。對(duì)無(wú)人機(jī)項(xiàng)目而言，“減重”值得錙銖必較。所以這里可以考慮用尼龍螺絲替代金屬螺絲。同時(shí)傳感器選用的配線也應(yīng)盡量短些，避免增加不必要的線重，也減少線纜對(duì)螺旋槳產(chǎn)生干擾的可能，如圖1。

本課的教學(xué)對(duì)象是參與過(guò)無(wú)人機(jī)開(kāi)源硬件項(xiàng)目的學(xué)生，對(duì)線路連接已有些經(jīng)驗(yàn)。建議讓學(xué)生自行查找技術(shù)資料，列表制訂連線方案（見(jiàn)下表），再完成線路連接。教師放手的同時(shí)也要注意流程監(jiān)管，要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)連線完畢后要有質(zhì)檢流程，確認(rèn)無(wú)誤后方可上電測(cè)試。

教師需要提醒學(xué)生注意，布線完畢后，要手動(dòng)試轉(zhuǎn)無(wú)人機(jī)的四個(gè)螺旋槳，確保線纜沒(méi)有對(duì)螺旋槳產(chǎn)生干擾，避免影響飛行，如圖2。必要時(shí)可以用橡皮筋輔助約束線纜。

四、特訓(xùn)二哈，助力TT

1.講授人臉識(shí)別跟蹤原理

哈士奇的屏幕分辨率為320×240，屏幕中心坐標(biāo)為（160，120），如圖3。

我們可以根據(jù)對(duì)象方框的中心點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。流程推演如下：

當(dāng)TT飛到指定空域，開(kāi)始進(jìn)行目標(biāo)搜尋。如果目標(biāo)在屏幕熱區(qū)左側(cè)，則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)飛機(jī);如果目標(biāo)在屏幕熱區(qū)右側(cè)，則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)飛機(jī);如果目標(biāo)在屏幕熱區(qū)下方，則提升飛機(jī)高度;如果目標(biāo)在屏幕熱區(qū)上方，則降低飛機(jī)高度。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入屏幕熱區(qū)，則鎖定目標(biāo)，向前飛行投放補(bǔ)給，隨后返航。

2.基于工作原理，編寫(xiě)程序

編寫(xiě)“調(diào)整角度”“調(diào)整高度”等自定義函數(shù)程序，如圖4，并實(shí)現(xiàn)TT無(wú)人機(jī)起飛、降落、空投、返航等功能。

五、奔赴前線，空運(yùn)補(bǔ)給

在測(cè)試場(chǎng)景營(yíng)造方面，可用教室大屏幕打出敵我兩軍頭像，如圖5，并在適當(dāng)位置用粉筆或貼紙標(biāo)注出起降點(diǎn)、物資投放點(diǎn)。

教師可以組織一場(chǎng)別開(kāi)生面的空運(yùn)補(bǔ)給競(jìng)賽，如圖6。從物資投放、返航降落的準(zhǔn)確性以及任務(wù)耗時(shí)這3個(gè)維度，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)比。

六、項(xiàng)目評(píng)價(jià)

學(xué)生們對(duì)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)往往聚焦在“奔赴前線，空運(yùn)補(bǔ)給”這個(gè)環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)雖然能評(píng)比出結(jié)果的優(yōu)勝，但未必能全面反映過(guò)程的優(yōu)勝。尤其是對(duì)這種相對(duì)復(fù)雜的項(xiàng)目而言，產(chǎn)生意外的變量較多。教師在項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中還應(yīng)關(guān)注學(xué)生小組的過(guò)程性評(píng)價(jià)、表現(xiàn)性評(píng)價(jià)，讓學(xué)生在小組競(jìng)爭(zhēng)中獲得成就感，也能在小組合作中獲得創(chuàng)造的樂(lè)趣。

教學(xué)反思

相較于在地面用AI技術(shù)引導(dǎo)或控制小車，融合AI視覺(jué)技術(shù)的空中飛行項(xiàng)目，在實(shí)施難度上是幾何級(jí)的上升。尤其是一些環(huán)境因素的影響，會(huì)讓項(xiàng)目存在很多不確定性。但正因?yàn)檫@些挑戰(zhàn)，學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力被進(jìn)一步激發(fā)。面對(duì)人工智能與生產(chǎn)生活的融合，這群經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)操的學(xué)生有更多維的見(jiàn)解、更深入的思辨，而這正是我們創(chuàng)客教育在技術(shù)之外需要關(guān)注和挖掘的部分。

除此之外，確保安全是貫穿整個(gè)TT無(wú)人機(jī)大項(xiàng)目的前提，特別是通過(guò)AI視覺(jué)識(shí)別實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航，存在一定的不可控性，本項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，教師更需對(duì)場(chǎng)地的安全設(shè)置、學(xué)生的安全教育高度敏感。建議在測(cè)試場(chǎng)地劃分出觀摩區(qū)，確保學(xué)生處于安全范圍。（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）