無人機地面控制臺人機布局優化設計方法研究

周德旭，于海生，呂卉

（尚良仲毅（沈陽）高新科技有限公司、遼寧省產業技術研究院無人機研究所，遼寧 沈陽 110000）

1 無人機地面控制系統改良的必要性

作為大數據時代的典型應用之一，無人機以其能攜帶多種任務設備，便于控制飛行方向和飛行速度，能執行多種復雜任務的種種優點在國內外引發研發和大規模應用狂潮。

無人機能夠在空中進行復雜飛行和完成種種高難度的任務，都依賴于地面控制臺對其進行高精度的控制，而地面控制臺能夠提升的地方主要存在于兩方面，一方面是控制設備靈敏度的提高，另一方面是無人機地面控制臺人機配合能力的提高。目前提升控制設備靈敏度困難極大，現在的無人機飛行器控制設備靈敏度的提高已經達到了一個瓶頸階段，所以，如何提高地面控制臺人員與設備的協調程度成為提升無人機飛行水平和并提高其執行任務性能的一個重要手段。

而且同時，我國目前發展的無人機控制系統大部分是從國外引進的應用設備。因此，現行狀態下投入使用的無人機飛行地面控制站臺高度和外形設計是根據歐美人種的體型和身高設計的，與國內操作人員的使用習慣和方法并不是完全適合。因此，改善無人機地面控制臺人機系統的外形，以提高其使用舒適度也是我們目前亟待解決的問題之一。

綜上所述，研發一個適應地面無人機控制人員操作習慣的地面控制系統及其設備很有必要。

2 目前使用的無人機地面控制臺主要缺陷

2.1 無人機地面控制員工作環境差

無人機地面控制臺往往含有大量的控制設備，一方面，為了完成無人機群的復雜飛行任務，設計人員不得不將大量的無人機控制設備集中在一個特定的位置，這就會導致進行無人機地面控制的控制員工作的環境較差?？刂圃O備中所含有的大量計算機不斷排放熱量，因此，地面控制站通風設備必須持續工作，這使得工作人員工作環境中空氣流動性大，室內溫度不穩定。另一方面，由于部分設備對光線的特殊要求，大部分無人機地面控制站選擇較為封閉的建筑方式，這導致無人機地面控制操作人員所面對的工作環境光線較差，嚴重影響相關控制人員在進行無人機飛行控制時的心理，從而間接性地影響操作員的身體健康和無人機飛行任務執行的完美度。

同時，一些工作設備在長時間運行后會散發出對人體有毒有害的氣體，而由于一些無人機地面控制站對這些有毒有害氣體的忽視，導致部分無人機地面控制人員患上了以呼吸道疾病為代表的各種疾病。而且因為這些有毒有害氣體在某些程度上對人體的神經系統有嚴重的損害作用，所以這些微小的易被忽略的氣體可能會導致無人機地面控制人員發生精神恍惚、意識不清的癥狀，最終影響無人機飛行系統執行任務的成功率。

2.2 無人機地面控制站平臺任務分配不合理

如圖1，大型的無人機地面控制系統往往包含中央控制計算機、操作員控制工作臺、無人機飛行平臺、指揮所總控臺等數個部分。操作員控制臺又分為機動任務監控平臺、狀態監控平臺等多個平臺。但由于某些無人機飛行任務較為復雜，不同的操作員控制平臺之間的功能會互相重疊，在無人機進行飛行探測任務時，信息監控平臺和狀態監控平臺進行的任務就有所重疊，這會導致無人機地面控制員對無人機飛行狀態監控的疏忽，因為雙方都往往會認為對方在認真地觀測無人機此時的飛行狀態，雙方就都放松了對無人機飛行狀態監控的意識。這只是眾多功能重疊無人機地面控制系統平臺的簡單一例，而這樣的功能重疊甚至不僅僅發生在雙平臺之間，而是發生在多個平臺之間，長期類似飛行任務的執行會影響無人機飛行任務成功率，使無人機在多種應用中起到的作用大打折扣。

圖1 無人機地面控制系統

2.3 人機界面設計不合理

目前，我國能夠進行復雜任務的大型無人機群地面控制系統基本上都是引自國外相關公司的產品。所以，這些操作系統上的文字提示和功能選項為全英文設計，這一方面會給地面無人機控制人員帶來閱讀和理解上的困難，大大影響我國無人機地面控制人員對無人機控制系統的使用習慣的培養，另一方面，也不利于我國目前提倡的高精尖技術國產化的政策。更重要的是，國外的操作控制器械和系統往往比較傻瓜化和易操作化，而根據調查，各種類型的飛機發生故障和任務失敗主要原因是人為差錯，這些由于人的問題導致的無人機飛行任務的失敗絕大部分與操作系統簡單，沒有多重確認系統和保障系統有關，因此，在優化無人機地面控制臺人機布局時，將操作系統的復雜度進行適當改善是我們目前要進行的一個大任務。

3 無人機地面控制人機布局優化設計措施

3.1 改善工作環境

我們首先需要改善無人機地面控制系統操作員的工作環境。要完成高難度的無人機飛行任務，地面控制員必須保持清醒的頭腦和縝密的思維。無人機地面控制站設計人員應排除一切可能干擾無人機地面控制員的環境因素。我們提倡將工作環境加入一定藝術和綠色的元素，可以考慮在無人機地面控制站將控制設備進行一定的修飾，或者擺放適量綠植使地面控制員心情舒暢，改善他們的工作環境。另外，地面控制站的空氣質量也是要進行改善的部分，設計人員應將檢測和消除相關可能出現的有毒有害氣體放在一個相對重要的位置。

3.2 改善人機界面

將無人機控制操作系統適當復雜化、本土化也是改善人機布局，提高人機匹配度的一項重要舉措。針對目前無人機控制系統存在的問題，我們應將系統默認文字漢化，并在進行飛行控制的部分系統添加多重確認的保障措施，這樣就可以很好地避免由于人為錯誤操作導致無人機飛行任務失敗，發生機器墜毀的情況。

另外，由于國外公司的無人機控制系統存在布局不合理的情況，我們也應該將其進行適當的改善，使地面無人機操作員進行最方便、最舒適的無人機飛行控制。在設計操作臺高度時，應考慮我國無人機飛行控制員的平均身高和體重，進行合理的調整。而控制桌面和控制按鍵應最大程度地布局在地面飛行控制人員雙手可及的范圍內，而在較大型進行復雜飛行任務無人機群控制系統，應將部分控制按鍵設計為由地面飛行控制人員的腳部控制。除此之外，最關鍵的是將所有無人機狀態信息的顯示欄放在操作員視力可及的范圍內，以避免由于操作員進行轉身、轉頭等動作造成的時間誤差使無人機飛行任務失敗。

3.3 合理分配各平臺任務

目前，無人機操作系統存在著多平臺工作功能紊亂的情況。新一代無人機地面控制飛行操作系統應注意改善這一點，將操作控制系統盡量扁平化、操作任務可視化，并安排特定的任務調配室來確定各個控制平臺的具體任務分工，以避免發生各平臺消極工作，不愿出時出力的情況發生。任務調配室應具有查看所有無人機飛行時工作安排的權限，并可以實時看到各個平臺對數據的處理和分析以及相應做出的應對措施，通過這些數據和應對方法，我們還可以對地面人機工作的各個平臺進行效率評估，來達到使無人機飛行任務最大完成率、執行任務最高成功率的目標。

4 結語

在無人機的用途越來越廣泛的當下，對無人機控制系統人機布局的研發成為提升無人機飛行性能，使其執行更復雜的飛行任務的關鍵舉措。而我們可以看到，目前的無人機地面控制站的控制系統存在著部分人機工作不匹配、操作系統界面不合理等情況。本文探究了目前無人機地面控制站控制系統存在的部分問題，并針對這些問題提出了相應的優化解決設計方案，相信經過改善后的無人機地面控制系統人機融合度將進一步提升，無人機的巨大用途的開發也將得到相應的保障。