UAV公共安全應用訓練創新探究

蔡 敏

（江蘇警官學院 江蘇·南京 210031）

無人駕駛航空器（UAV：Unmanned Aerial Vehicle），通常簡稱為無人機，近年呈爆炸式發展，一方面關鍵技術得到突破，更主要是由于其作為一種性能獨特的平臺，可以承載很多傳統方式無法勝任的工作，并在原有基礎上拓展出很大的新空間。無人機不僅在消費市場大獲成功，在許多商業和專業領域也都成為應用熱點；就行業應用而言，無人機部署空間機動靈活、行動快速有效、作業成本較傳統方式更低得等優點非常突出，因而其在公共安全領域也有諸多應用，近兩年在抗擊公共衛生事件之中各地發展出不少創新應用。無人機作為空中平臺，受氣象、環境影響的敏感度高于地面和水面的平臺，其運用的安全風險性顯而易見，對操作人員的要求也明顯高于其他形式的各類平臺。公共安全領域對安全的要求更高，對公共安全領域的無人機操作使用有著更高的要求，通過科學訓練，使受訓者能夠全面、深入掌握無人機的飛行知識、操作技能并積累相關經驗，在完成任務的同時，最大限度地保障安全性。

1 UAV一般使用訓練

無人機在應用中有諸多優點，其使用訓練存在訓練要求高、訓練風險大、訓練成本較高等情況。在訓練中如果受訓者不熟悉設備、技能不足或粗心大意，都可能對無人機和訓練場地周邊的人員、設施構成威脅，并且其潛在風險與無人機的體量成正比。

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

2 VR技術的無人機飛行訓練應用

盡管無人機的飛行訓練有一定的風險和難度，只要尊重科學、合理安排，絕大多數人員通過相應的訓練是能夠滿足相應級別的飛行訓練要求的，非常符合OBE教學理念，即成果導向教育。在無人機飛行訓練的每個階段都有明確的目標，采用科學的訓練方法和先進的手段，可以使參訓者取得真實的學習體驗，并且通過努力完全可以實現訓練目標。這里的先進手段主要是指VR類技術。

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）技術，經過多年的發展，近年來由于相關技術的突破，整體呈現爆發式增長，VR技術以沉浸式為主導，通過多種創新的交互設計從視覺、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，配合相應的硬件，使得使用者的視覺空間感覺與自身肢體動作相協調一致，當用戶頭部轉動或身體移動時，視景中同時產生對應的變化，這種配合叫作三維漫游。三維漫游特別適用于無人機訓練，實際進行無人機目視操作和第一視角飛行時，都與三維漫游極其相近。典型的產品如HTC VIVE和HUAWEI VR Glass。

在模擬飛行訓練階段采用VR技術，利用其三維沉浸式交互，讓受訓者可以體會到與真實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、視線方向都與真實情況非常接近，而不是像傳統屏幕訓練那樣只是直視眼前的屏幕，這對培養受訓者的良好習慣至關重要，可以使受訓者從一開始就養成正確的觀察習慣，并形成正確的手眼協調配合。

3 AR技術的無人機飛行訓練應用

增強現實技術(Augmented Reality，簡稱AR)技術是一種將虛擬信息與真實世界融合的技術，也稱為擴增現實技術，其是在VR技術的基礎上，將VR創造的虛擬場景與真實場景進行融合，以視覺為例，在用戶看到真實場景的同時，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、材質等。典型的如Magic Leap，虛擬物體與真實物體有明顯區分，虛擬對象的相對位置隨設備移動。

AR以虛擬的對象來加強現實空間，在初級實機訓練中能夠發揮重要作用。在進行無人機實機飛行訓練時，初學者往往對無人機下一步的動向沒有很好的預估，通過AR技術能夠在受訓者觀察實體無人機動態的同時，將系統根據參數計算的無人機動向，比如飛行方向、未來時間可能到達的位置、預期的航線、過去的航跡、飛行參數等均顯示出來，這樣能夠在很大程度上避免由于受訓者經驗不足而生產誤判，盡可能提升訓練效率，減少訓練中的設備損壞。在沒有AR技術輔助的訓練中，無人機摔壞受損的情況并不少見。在進行規定航線飛行訓練時，比如矩形、8字等典型航線，可以利用AR技術在實際空間中“畫出”預定航線，幫助受訓者判斷無人機的預設航路，通過預定航線和實際航跡的對比顯示，很容易對受訓者的訓練成績進行評定，還可以進一步通過數據對比分析，進行系統評估，這方面符合OBE教學理念。當受訓練者達到一定熟練程度后，可以關閉預定航線的顯示，僅顯示實際航跡或關閉所有輔助信息。此項技術不僅可用于訓練，在實際執行飛行任務時，特別是對于安全性要求較高的任務，運用此技術，可以幫助操作人員判斷無人機與現實場景中其他物體的位置關系，科學規劃航路，最大限度地避免人為判斷失誤，有效提高飛行的安全性。

4 結語

VR/AR技術是近年發展起來的前沿技術，每年都會有新的產品和思路出現。通過研究我們認為，不僅能夠將其很好地用于無人機的常規飛行訓練，也能夠很好地用于特定任務的專項訓練，以使得操作人員提前熟悉任務場景和流程。紙面上的數字并不能自動轉化為實際戰斗力。模擬訓練能夠在什么程度上提升受訓者的水平，一方面是看訓練系統與真實情況的接近程度，另一方面是看其在訓練過程中對受訓者思維的訓練。UAV訓練一方面有技能的成分，這方面主要是依托現代仿真技術提供更加真實的訓練場景和反饋，以增加受訓者的體驗；另一方面，通過可視化的提示，能夠更加有效地構建其思維邏輯，幫助其將理論理解更為充分地轉化為肌肉動作，在加強訓練感性的同時，促進對理論的現實理解。在看到VR類技術良好應用前景的同時也要考慮，現在用于單人的VR設備也需數千元至上萬元，對普及應用有一定的制約，專業訓練系統的開發更是需要相當大的投入。