UAV公共安全應(yīng)用訓(xùn)練創(chuàng)新探究

蔡 敏

（江蘇警官學(xué)院 江蘇·南京 210031）

無人駕駛航空器（UAV：Unmanned Aerial Vehicle），通常簡稱為無人機(jī)，近年呈爆炸式發(fā)展，一方面關(guān)鍵技術(shù)得到突破，更主要是由于其作為一種性能獨(dú)特的平臺，可以承載很多傳統(tǒng)方式無法勝任的工作，并在原有基礎(chǔ)上拓展出很大的新空間。無人機(jī)不僅在消費(fèi)市場大獲成功，在許多商業(yè)和專業(yè)領(lǐng)域也都成為應(yīng)用熱點(diǎn)；就行業(yè)應(yīng)用而言，無人機(jī)部署空間機(jī)動靈活、行動快速有效、作業(yè)成本較傳統(tǒng)方式更低得等優(yōu)點(diǎn)非常突出，因而其在公共安全領(lǐng)域也有諸多應(yīng)用，近兩年在抗擊公共衛(wèi)生事件之中各地發(fā)展出不少創(chuàng)新應(yīng)用。無人機(jī)作為空中平臺，受氣象、環(huán)境影響的敏感度高于地面和水面的平臺，其運(yùn)用的安全風(fēng)險(xiǎn)性顯而易見，對操作人員的要求也明顯高于其他形式的各類平臺。公共安全領(lǐng)域?qū)Π踩囊蟾?，對公共安全領(lǐng)域的無人機(jī)操作使用有著更高的要求，通過科學(xué)訓(xùn)練，使受訓(xùn)者能夠全面、深入掌握無人機(jī)的飛行知識、操作技能并積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在完成任務(wù)的同時(shí)，最大限度地保障安全性。

1 UAV一般使用訓(xùn)練

無人機(jī)在應(yīng)用中有諸多優(yōu)點(diǎn)，其使用訓(xùn)練存在訓(xùn)練要求高、訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn)大、訓(xùn)練成本較高等情況。在訓(xùn)練中如果受訓(xùn)者不熟悉設(shè)備、技能不足或粗心大意，都可能對無人機(jī)和訓(xùn)練場地周邊的人員、設(shè)施構(gòu)成威脅，并且其潛在風(fēng)險(xiǎn)與無人機(jī)的體量成正比。

無人機(jī)訓(xùn)練，其核心是將操作者的飛行控制運(yùn)作與無人機(jī)的實(shí)際運(yùn)行之間建立更加直接、緊密的關(guān)聯(lián)，使是操作者在做相應(yīng)操作之前就心中有數(shù)，充分了解自己的操作會使無人機(jī)做出什么樣的動作，或者說如果想讓無人機(jī)做出什么動作，自己該如何操作。無人機(jī)操作訓(xùn)練通常分為兩個(gè)階段，第一階段是理論學(xué)習(xí)，并通過計(jì)算機(jī)的飛行仿真軟件進(jìn)行模擬飛行訓(xùn)練，以了解和熟悉飛行理論是如何在無人機(jī)上具體體現(xiàn)的；通過模擬訓(xùn)練，對無人機(jī)飛行有一定認(rèn)識后，轉(zhuǎn)入第二階段的實(shí)機(jī)操作訓(xùn)練。目前大多使用Phoenix RC作為飛行訓(xùn)練模擬器，其實(shí)這是一款飛行模擬類的電腦游戲產(chǎn)品，只是由于其比較真實(shí)的模擬效果和諸多可調(diào)整的選項(xiàng)，并且支持多款實(shí)際遙控器，被廣泛用于航空模型的飛行訓(xùn)練，因而也自然而然地被引入到無人機(jī)的訓(xùn)練中，其對于普通消費(fèi)類產(chǎn)品，比如大疆的精靈系列，能夠比較真實(shí)地模擬；對于類似大疆經(jīng)緯系列的行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品，目前還不能很好的對應(yīng)模擬訓(xùn)練。Phoenix RC之類的模擬訓(xùn)練軟件還有一個(gè)局限性就是它們都是基于傳統(tǒng)的PC平臺，場景在PC機(jī)顯示屏上顯示，通過相對運(yùn)動的原理，在屏幕上模擬無人機(jī)的飛行機(jī)動，實(shí)際上無人機(jī)在屏幕上的位置并無多大變化，只是給人視覺上的感覺，而在真實(shí)的情況下，隨著無人機(jī)的飛行，其與操作員之間的空間位置是經(jīng)常變化的，操作員需要不斷調(diào)整自己觀察的方向和視角才能觀察到無人機(jī)及其周邊的情況，通過電腦屏幕比較適合于通過機(jī)載攝像頭進(jìn)行的第一視角飛行，但第一視角飛行難度較大，并不適用于初級練習(xí)者。

2 VR技術(shù)的無人機(jī)飛行訓(xùn)練應(yīng)用

盡管無人機(jī)的飛行訓(xùn)練有一定的風(fēng)險(xiǎn)和難度，只要尊重科學(xué)、合理安排，絕大多數(shù)人員通過相應(yīng)的訓(xùn)練是能夠滿足相應(yīng)級別的飛行訓(xùn)練要求的，非常符合OBE教學(xué)理念，即成果導(dǎo)向教育。在無人機(jī)飛行訓(xùn)練的每個(gè)階段都有明確的目標(biāo)，采用科學(xué)的訓(xùn)練方法和先進(jìn)的手段，可以使參訓(xùn)者取得真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并且通過努力完全可以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練目標(biāo)。這里的先進(jìn)手段主要是指VR類技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，近年來由于相關(guān)技術(shù)的突破，整體呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，VR技術(shù)以沉浸式為主導(dǎo)，通過多種創(chuàng)新的交互設(shè)計(jì)從視覺、聽覺等各方面為用戶提供身臨其境的感官空間。與傳統(tǒng)的二維屏幕不同，沉浸式VR提供了三維空間的全景式視覺效果，配合相應(yīng)的硬件，使得使用者的視覺空間感覺與自身肢體動作相協(xié)調(diào)一致，當(dāng)用戶頭部轉(zhuǎn)動或身體移動時(shí)，視景中同時(shí)產(chǎn)生對應(yīng)的變化，這種配合叫作三維漫游。三維漫游特別適用于無人機(jī)訓(xùn)練，實(shí)際進(jìn)行無人機(jī)目視操作和第一視角飛行時(shí)，都與三維漫游極其相近。典型的產(chǎn)品如HTC VIVE和HUAWEI VR Glass。

在模擬飛行訓(xùn)練階段采用VR技術(shù)，利用其三維沉浸式交互，讓受訓(xùn)者可以體會到與真實(shí)操作幾乎相同的身體動作感受，無論是手部的動作，還是身體姿態(tài)、視線方向都與真實(shí)情況非常接近，而不是像傳統(tǒng)屏幕訓(xùn)練那樣只是直視眼前的屏幕，這對培養(yǎng)受訓(xùn)者的良好習(xí)慣至關(guān)重要，可以使受訓(xùn)者從一開始就養(yǎng)成正確的觀察習(xí)慣，并形成正確的手眼協(xié)調(diào)配合。

3 AR技術(shù)的無人機(jī)飛行訓(xùn)練應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Augmented Reality，簡稱AR)技術(shù)是一種將虛擬信息與真實(shí)世界融合的技術(shù)，也稱為擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其是在VR技術(shù)的基礎(chǔ)上，將VR創(chuàng)造的虛擬場景與真實(shí)場景進(jìn)行融合，以視覺為例，在用戶看到真實(shí)場景的同時(shí)，能夠看到虛擬對象的存在，并且提供視覺上的一致性，比如光照、遮擋、幾何、材質(zhì)等。典型的如Magic Leap，虛擬物體與真實(shí)物體有明顯區(qū)分，虛擬對象的相對位置隨設(shè)備移動。

AR以虛擬的對象來加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)空間，在初級實(shí)機(jī)訓(xùn)練中能夠發(fā)揮重要作用。在進(jìn)行無人機(jī)實(shí)機(jī)飛行訓(xùn)練時(shí)，初學(xué)者往往對無人機(jī)下一步的動向沒有很好的預(yù)估，通過AR技術(shù)能夠在受訓(xùn)者觀察實(shí)體無人機(jī)動態(tài)的同時(shí)，將系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)計(jì)算的無人機(jī)動向，比如飛行方向、未來時(shí)間可能到達(dá)的位置、預(yù)期的航線、過去的航跡、飛行參數(shù)等均顯示出來，這樣能夠在很大程度上避免由于受訓(xùn)者經(jīng)驗(yàn)不足而生產(chǎn)誤判，盡可能提升訓(xùn)練效率，減少訓(xùn)練中的設(shè)備損壞。在沒有AR技術(shù)輔助的訓(xùn)練中，無人機(jī)摔壞受損的情況并不少見。在進(jìn)行規(guī)定航線飛行訓(xùn)練時(shí)，比如矩形、8字等典型航線，可以利用AR技術(shù)在實(shí)際空間中“畫出”預(yù)定航線，幫助受訓(xùn)者判斷無人機(jī)的預(yù)設(shè)航路，通過預(yù)定航線和實(shí)際航跡的對比顯示，很容易對受訓(xùn)者的訓(xùn)練成績進(jìn)行評定，還可以進(jìn)一步通過數(shù)據(jù)對比分析，進(jìn)行系統(tǒng)評估，這方面符合OBE教學(xué)理念。當(dāng)受訓(xùn)練者達(dá)到一定熟練程度后，可以關(guān)閉預(yù)定航線的顯示，僅顯示實(shí)際航跡或關(guān)閉所有輔助信息。此項(xiàng)技術(shù)不僅可用于訓(xùn)練，在實(shí)際執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)，特別是對于安全性要求較高的任務(wù)，運(yùn)用此技術(shù)，可以幫助操作人員判斷無人機(jī)與現(xiàn)實(shí)場景中其他物體的位置關(guān)系，科學(xué)規(guī)劃航路，最大限度地避免人為判斷失誤，有效提高飛行的安全性。

4 結(jié)語

VR/AR技術(shù)是近年發(fā)展起來的前沿技術(shù)，每年都會有新的產(chǎn)品和思路出現(xiàn)。通過研究我們認(rèn)為，不僅能夠?qū)⑵浜芎玫赜糜跓o人機(jī)的常規(guī)飛行訓(xùn)練，也能夠很好地用于特定任務(wù)的專項(xiàng)訓(xùn)練，以使得操作人員提前熟悉任務(wù)場景和流程。紙面上的數(shù)字并不能自動轉(zhuǎn)化為實(shí)際戰(zhàn)斗力。模擬訓(xùn)練能夠在什么程度上提升受訓(xùn)者的水平，一方面是看訓(xùn)練系統(tǒng)與真實(shí)情況的接近程度，另一方面是看其在訓(xùn)練過程中對受訓(xùn)者思維的訓(xùn)練。UAV訓(xùn)練一方面有技能的成分，這方面主要是依托現(xiàn)代仿真技術(shù)提供更加真實(shí)的訓(xùn)練場景和反饋，以增加受訓(xùn)者的體驗(yàn)；另一方面，通過可視化的提示，能夠更加有效地構(gòu)建其思維邏輯，幫助其將理論理解更為充分地轉(zhuǎn)化為肌肉動作，在加強(qiáng)訓(xùn)練感性的同時(shí)，促進(jìn)對理論的現(xiàn)實(shí)理解。在看到VR類技術(shù)良好應(yīng)用前景的同時(shí)也要考慮，現(xiàn)在用于單人的VR設(shè)備也需數(shù)千元至上萬元，對普及應(yīng)用有一定的制約，專業(yè)訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)更是需要相當(dāng)大的投入。