無人機科普基地建設(shè)可行性研究

（民航博物館，北京 100015）

我國民用無人機自2008年開始在國內(nèi)逐步興起。截至目前，無人機的應用范圍已經(jīng)延伸到國土能源、環(huán)境監(jiān)測、救援、警用和科研等多個領(lǐng)域。2019年底，我國民用無人機39萬架，研發(fā)生產(chǎn)制造企業(yè)1800家。無人機行業(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保障部數(shù)據(jù)顯示，未來五年我國無人機駕駛員人才需求量近100萬人，可以說無人機駕駛員缺口巨大[1]。因此，加快建設(shè)無人機科普基地，對于我國經(jīng)濟社會發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。

一、無人機科普基地建設(shè)的必要性

1.無人機科普基地建設(shè)的優(yōu)勢條件

無人機科普基地建設(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)首都機場輔路民航200號地區(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)有大量藏品及飛機實物，其中有里-2、BAe146、伊爾-14等我國民航不同歷史時期使用的運輸機；館內(nèi)多功能影院有3個影廳，在科普互動區(qū)設(shè)有空客A320、西銳、夢幻等飛行模擬機共6臺。以民航博物館作為無人機科普基地進行建設(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)部門先后出臺的一系列政策，加速了我國民用無人機的發(fā)展。通過無人機科普基地的建設(shè)，能夠有效提升其科普功能和服務能力，可以進一步細化和落實國家相關(guān)政策和措施。這是科技類博物館應承擔的主要職能，也是民航博物館的重要職能之一。

3.社會需求

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2019年底，全國共有科普場館1550個。隨著科普活動的廣泛開展，受眾范圍也持續(xù)擴大，現(xiàn)有的科普場館遠遠不能滿足社會需求。同時，京津冀三地國家和省市（部）級科技館數(shù)量為：北京2個，天津1個，河北1個；省（部）級以下航空科普教育基地數(shù)量為：北京2個，天津1個，河北0個；航空科普教育服務能力不足，還有700多萬中小學生無法接受航空科普教育，培育無人機后備人才的能力嚴重不足[2]。建設(shè)無人機科普基地，可以解決日益增長的對科普場館的社會需求問題。

二、無人機科普基地的建設(shè)規(guī)模及內(nèi)容

1.無人機歷史、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技術(shù)，引導參觀者在多媒體沉浸式體驗環(huán)境下，了解無人機的歷史、發(fā)展和未來。活態(tài)化展示無人機運用到的新科技和新工藝，動態(tài)化解讀全新的技術(shù)工藝流程和資源應用流程。增強互動體驗展示，讓參觀人員親身感受無人機帶來的新變化和新成果。

1.2 展示目標

首先，全方位系統(tǒng)展示無人機發(fā)展歷史，了解無人機在各領(lǐng)域的應用，為青少年和飛行愛好者們提供交流機會，充分發(fā)揮無人機歷史、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研究成果，建設(shè)人才培訓基地，為行業(yè)未來發(fā)展儲備人才，充分發(fā)揮無人機專業(yè)認知和行業(yè)應用的宣傳作用。最后，通過數(shù)字多媒體設(shè)備和實地試飛相結(jié)合的方式，使社會大眾了解目前無人機的發(fā)展成果和應用，展現(xiàn)無人機在未來的無限可能性，成為世界前沿無人機互動體驗空間。

1.3 展示內(nèi)容

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

2.教育培訓

2.1 教育理念

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

2.2 教育目標

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

2.3 教育培訓方案

2.3.1 教學培訓

通過理論講解，學習無人機知識體系及其基本操作，使用飛行模擬器體驗操作各種類型和尺寸的無人機；學習無人機裝機、調(diào)試及編程知識，并在室內(nèi)小型飛行訓練區(qū)進行驗證飛行。課程設(shè)置由淺入深，具體分為以下三個等級。

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

2.3.2 研學教育

第一，無人機飛行穿越活動。以第一視角或第三視角的方式控制無人機穿越各種障礙并最終停靠在目標位置，操作無人機從起始位置出發(fā)，按照規(guī)定航線飛行，盡可能快地穿越障礙后達到終點。第二，人工智能無人機編程體驗。根據(jù)設(shè)定的任務和目標，通過編程操控無人機自主飛行穿越障礙物或者降落到指定地點，完成既定任務。第三，無人機編隊表演。學習者可自由選取音樂創(chuàng)作無人機編隊舞蹈，運用圖形化編程或代碼，從而實現(xiàn)操控空中編排隊形。第四，參觀無人機歷史、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技術(shù)，在多媒體沉浸式體驗環(huán)境下，了解無人機的歷史、發(fā)展和未來。

3.無人機競賽

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

3.1 個人飛行賽：由飛行賽道完成度和完成時間作為評判標準，考察參賽選手的無人機操控能力和空間判斷能力等多項基本技能。

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

3.3 第一視角飛行賽：參賽者佩戴第一視角眼鏡，操控無人機穿越障礙，根據(jù)完成比賽的時間，和穿越障礙物的動作完成情況，得出最終的有效時間。

3.4 團體賽：團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間、飛行賽道完成度和完成時間作為評判標準。主要考察選手的工程與動手能力、無人機操控能力和空間判斷能力。

3.5 空中格斗賽：以無人機團隊競技為主題，通過多位參賽隊員之間團隊合作，將無人機降落在指定平臺并停留一定時間，一旦本方有無人機降落，另兩臺無人機要協(xié)同防守，以撞擊、阻擋等手段阻止對方進入。

3.6 接力飛行賽：由飛行賽道完成度和完成時間作為評判標準。主要考察參賽選手的無人機操控能力、空間判斷能力和團隊協(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等程序語言進行程序編寫，控制無人機完成考題任務，以完成度及完成時間作為評判標準。

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