高职无人机行业应用及开发实训室配置方案 - 中航恒拓

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无人机行业应用及开发实训室配置方案

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高职无人机行业应用及开发实训室配置方案

中航恒拓智能科技河北有限公司
概述
随着科技的飞速发展和智能化时代的到来,无人机技术以其独特的优势在农业植保、地理测绘、物流配送、电力巡检、影视拍摄等多个领域展现出广阔的应用前景。无人机实验室的设立,旨在培养一批掌握无人机组装、调试、维修、检测、编程及行业应用技能的高素质技术技能型人才,以满足社会对无人机专业人才的迫切需求。同时,随着人工智能技术的发展,人工智能 + 无人机也逐渐得以应用,如何使人工智能技术惠及千家万户,如何进一步促进无人机智能化也是今后研究的热点,实训室的建立,亦可满足相关领域的教学与科研工作。
无人机专业和实训室建立的重要意义
服务国家发展战略
无人机技术是国家创新驱动发展战略的重要组成部分。通过培养无人机技术专业人才,可以推动无人机技术在各个领域的应用与创新,助力国家科技实力的提升和经济结构的优化。
促进产业升级
无人机产业链的上下游涉及众多企业,包括无人机制造商、服务商、运营商等。该专业的设立可以为这些企业提供专业人才支持,促进产业升级和转型,推动无人机产业的健康发展。
提升就业竞争力
随着无人机应用领域的不断扩大,市场对无人机专业人才的需求也日益增加。通过系统的学习和实践,学生除了可以掌握无人机组装、调试、维修、检测及行业应用等技能外,还可掌握无人机与人工智能系统的设计与研发,提升自身的就业竞争力,拓宽就业渠道。
满足市场需求
无人机应用领域日益扩大,市场对具备实战能力的无人机专业人才的需求不断增加。该专业的设立可以针对这一市场需求,培养一批具备实战能力的专业人才,为无人机产业的发展提供有力的人才保障。
公司实力

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中航恒拓智能科技河北有限公司成立于2014年7月,是一家专注于人工智能系统研发的高新技术企业。历经多年发展,中航恒拓在机器视觉、空间建模、智能控制等方面均取得了一定的成就。公司拥有强大的技术研发能力,除在河北石家庄拥有高规格的研发、生产基地外,2016年起先后在北京、浙江杭州、广东深圳、河北保定等地成立研发中心,拥有高性能数据中心,可满足深度学习模型训练、推理等需求,同时依托多所高校成立联合实验室。  

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研发团队核心成员来自国内外知名高校,其中博士硕士占比超50%,多人拥有高级职称,团队拥有二十余年无人机与人工智能研发经历,核心成员曾在英特尔、中国科学院等知名企业和单位任职十余年,为公司提供坚实技术保障,拥有一批具有自主知识产权的技术与产品,团队成员先后发表高水平论文数十篇,申请专利及软件著作权百余项。

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公司产品和解决方案深受市场欢迎,多家科技馆引入产品作为启发青少年科技创新积极性的重要展示项目。2021年,高精度室内定位自主飞行无人机解决方案亮相中国科学技术馆机器人大秀场,为观众呈现了精彩绝伦的表演,取得了广大观众一致好评。2024年,承担广东科学中心修缮改造项目之“航空航天”展馆重点展项设计与实施之中“无人机表演秀”展项的研发任务,提供亚毫米级超高精度无人机室内自主定位及飞行解决方案,取得了较好的视觉展示效果。

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先后与多家高校联合,研发有更高技术水准且更具应用价值的产品和解决方案。与北京理工大学联合研发脑机接口控制系统,成功研制面向多域、多任务的“脑控”智能系统,将空地协同机器人系统与无人机系统进行智能融合,形成“脑控”空地协同无人系统,该项目2020-2022连续三年参展世界机器人大会,获评为2023世界机器人大赛十大技术创新成果,受到中国教育电视台、北京电视台、凤凰新闻等媒体多次报道。新加坡国立大学依托于OWL Mini 3系列无人机构建10机蜂群系统。

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于2017年与中航无人机合作成立无人机教育品牌,专门致力于教育、科研无人机领域,主要提供面向教育教学及科研、竞赛的人工智能+无人机解决方案及相关配套产品。教育类主要产品及服务包括面向教育的无人机实训平台、无人机创客实验室解决方案、无人机实训实验室解决方案、职业院校无人机应用技术专业建设方案、无人机产教融合实训基地建设等,为各类教育机构提供无人机教育、实训实践、竞赛及学科建设一站式服务。先后与清华大学、北京航空航天大学等知名院校在内的全国数百所院校和科研单位合作,设立无人机专业、成立无人机实验室,为用户提供了大量教学无人机设备和无人机专业师资培训,为我国低空经济的发展做出一定的贡献。

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助力清华大学建设具有自身特色的无人机创新实验室,为相关技能竞赛、师资培养、教学服务提供必要的支撑,实验室的硬件以及技术环境进行设计和科学理论的就位,进一步促进学校科技智能教育的发展,促进学校教学能力的提升,为学校的教学发展增添一抹科技亮色。

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产品荣登清华大学官网首页。  

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建设方案
本方案旨在构建具备前沿技术支撑的无人机行业应用及开发实训室配置方案,通过系统化部署实现教学、实训、科研与产业转化的无缝衔接。根据高职实际情况及根据专业需求,无人机行业应用及开发实训室配置方案建设方案主要分为无人机行业应用实训室等功能区域。


无人机行业应用实训室

无人机行业应用实训室专注于无人机在各行各业中实际应用的综合性实训场所,包含特定应用场景无人机特点相关理论知识和无人机软硬件系统开发等方面,融合了无人机操作、行业应用技能培养、软硬件开发、数据分析及项目管理等功能。该实验室不仅配备了多款行业级无人机及其配套开发设备,还引入了先进的模拟软件和数据分析工具,旨在为学生提供贴近行业实际的无人机应用环境,学生能够全面了解无人机的行业应用,为将来的职业生涯奠定坚实的基础。

主要功能
嵌入式系统与自动控制开发
通过嵌入式及无人机案例实验箱,可实现嵌入式系统课程、嵌入式传感器、自动控制、无人机飞控开发等方向的实验教学。
无人机传感器系统开发
无人机等任何智能设备都离不开传感器技术,学生需要了解各类传感器的工作原理和特征并结合理论知识完成传感器系统软硬件开发,并将相关传感器与无人机结合以实现更多功能,能够培养学生的综合开发能力。
惯性导航系统开发
惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统,可用于无卫星定位时的持续导航定位。学生可以通过学习相关技术原理,并开发符合实际需求的软硬件系统并与无人机进行结合,培养学生的软硬件开发能力。
无人机植保技术
专注于无人机在农业植保中的应用,包括植保无人机的选型、农药喷洒技术、作业规划与实施等。学生将学习如何高效、安全地进行农业植保作业,提高农作物产量和质量。
航拍航测专项学习与训练
学生通过航拍航测专项训练能够掌握航拍航测无人机相关基本操作要领和拍摄手法,并掌握基本的图像和视频后期处理方法,能够制作具有一定水平的图片和视频作品。
物流无人机以“轻量高载重+智能控制+精准投递”为核心,通过碳纤维航空铝结构、北斗高精度定位及配套智能设备,成为城市末端物流、应急救援、偏远地区配送的高效解决方案,可显著降低人力成本,提升物资投递的时效性与安全性。
该 5KG 载荷无人机具备多任务执行能力,可搭载喊话器实现 5 公里内远距离扩音(130 分贝)、照明灯提供夜间照明,通过吊舱搭载的 700 万像素相机完成高清拍摄与变焦监控,还支持航拍扩展套件进行多角度拍摄及图传显示,能适应多种工作场景需求。
主要课程与实验
嵌入式系统及飞行控制系统原理与开发
基于ARM Cortex嵌入式系统,开发多旋翼无人机飞控系统。综合应用控制和传感器相关知识,在课程组提供的嵌入式系统开发板上,开发传感器采集模块、传感器数据融合和滤波模块、内环控制模块、外环控制模块、通信模块等,并将诸模块进行整合,形成一套完整的多旋翼无人机飞行控制系统。能够满足从单片机入门至传感器数据采集再到PID等全套实验需求。
STM32相关基础实验
■ 实验1:GPIO实验,点亮流水灯
■ 实验2:按键操作实验
■ 实验3:定时器与外部中断实验,实现LED定时闪烁与呼吸灯
■ 实验4:串口收发实验
■ 实验5:呼吸灯实验
■ 实验6:蜂呜实验
■ 实验7:电机驱动及空心杯电机实验
■ 实验8:TFT LCD实验
■ 实验9:ADC采样实验,并获取电池电压
■ 实验10:DAC输出正弦波实验
■ 实验11:WIFI实验
■ 实验12:MS5611实验
■ 实验13:SD卡实验,将SD卡中图片显示在TFT LCD
■ 实验14:SPI读取IMU数据实验
■ 实验15:IIC读取气压计 MS5611 数据
■ 实验16:PPM实验,遥控器定时器输入捕获
■ 实验17:PWM实验,通过外设输出PWM波控制蜂鸣器的音调
■ 实验18:磁力计数据获取实验
■ 实验19:陀螺仪积分获取角度
■ 实验20:传感器低通滤波实验
■ 实验21:加速度计3轴分解实验
■ 实验22:音频输出播放实验
■ 实验23:麦克风音频输入及信号处理输出实验
■ 实验24:ucos Mahony滤波实验
■ 实验25:ucos led实验
飞行控制系统相关实验
■ 实验1:陀螺仪实验,掌握陀螺仪数据及原理,获取角速度数据并计算角度。
■ 实验2:加速度实验,掌握加速度计原理,获取加速度数据并计算角度。
■ 实验3:磁力计实验,掌握磁力计原理,获取磁力计数据并计算角度。
■ 实验4:传感器校准实验,了解传感器误差来源,掌握传感器校准方法和软件实现。
■ 实验5:传感器低通滤波实验,掌握巴特沃斯低通滤波器设计,实现滤波器调参。
■ 实验6:姿态解析实验,了解无人机姿态表示方法,掌握 Mahony 滤波算法。
■ 实验7 DCM 方向余弦矩阵实验,了解方向预选矩阵,对 DCM 进行应用,获取运动加速度数据。
■ 实验8:无人机控制系统建模及实现。
■ 实验9:无人机对轴平衡调试试验。
■ 实验10:无人机定高飞行实验。
■ 实验11:无人机遥控飞行实验。
无人机传感器原理相关开发
常用传感器数据读取和应用。
■ 实验1:红外避障碍传感器数据采集与展示
■ 实验2:霍尔传感器数据采集与展示
■ 实验3:温度湿度传感器数据采集与展示
■ 实验4:火焰传感器数据采集与展示
■ 实验5:上位机软件开发
惯性导航原理与相关开发
了解惯性导航相关原理并开发上位机软件。
■ 实验1:获取IMU数据
■ 实验2:获取卫星定位数据
■ 实验3:IMU与卫星定位数据融合
■ 实验4:在地图中记录轨迹
■ 实验5:GPS与Move_Base导航
■ 实验6:上位机软件开发
无人机与农业
掌握植保无人机、农业检测无人机构造与原理,掌握无人机操作与维护保养。
■ 实验1:植保无人机的认知
■ 实验2:植保无人机起飞前检查
■ 实验3:植保无人机飞行操控
■ 实验4:植保无人机撒播技术
■ 实验5:植保无人机辅助设备操作
■ 实验6:紧急情况下植保无人机的操控
■ 实验7:植保无人机维护保养与储存
■ 实验8:农药使用安全常识及病毒害
■ 实验9:植保无人机喷洒效果检验及飞防作业的实施
■ 实验10:植保无人机的拆装
■ 实验11:植保无人机故障分析及检修
■ 实验12:植保无人机硬件程序刻录刷写及固件升级
■ 实验13:植保无人机售后服务
■ 实验14:植保无人机作业规划
无人机航拍及图像处理
了解掌握航拍无人机构造与原理,实现操作无人机进行航拍,熟悉航拍运镜和图像、视频处理。
■ 实验1:航拍运镜实践
■ 实验2:图片处理与调色实践
■ 实验3:视频调色实践
■ 实验4:视频剪辑实践
■ 实验5:人物追踪及跟拍实践
■ 实验6:航拍综合实战
■ 实验7:紧急情况下航拍无人机的操控
主要实验装备
嵌入式及无人机案例实验箱

嵌入式及无人机案例实验箱不仅可以满足传统的嵌入式及STM32相关课程的教学实验需求,还为课程设计提供了丰富的无人机飞控工程案例化实验。

该实验箱由四大部分组成,分别为STM32嵌入式实验板卡、平面对轴平衡调试平台、遥控控制器及配件、四轴飞行器。

通过嵌入式及无人机案例实验箱,可实现嵌入式系统课程、嵌入式传感器、自动控制、无人机飞控开发等方向的实验教学。嵌入式实验板卡的处理器采用STM32F407,可以实现丰富的嵌入式硬件外设实验,还可与平面对轴平衡调试平台配合完成对轴控制实验,实现无人机的飞控开发入门学习。


无人机传感器技术开发实训平台

无人机通常采用多种传感器,通过数据融合技术将来自不同传感器的数据整合成更准确的信息。传感器之间的协同工作可以实现无人机的高度自主飞行和复杂任务执行。无人机传感器技术开发实训平台提供多种传感器模块,主要包括惯性导航传感器模块、红外传感器、温湿度传感器、火焰传感器等。传感器模块套件配合单板计算机,实现各种传感器原理、应用、上位机软件编写等实验。

无人机GNSS INS惯性组合导航开发模块可用于学习无人机惯性导航。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度,将它对时间进行积分,且把它变换到导航坐标系中,就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。

10kg级植保农用无人机飞行平台

10 kg级农用植保教学无人机飞行平台HT-Z10的对角轴距 1300 mm,最大起飞重量 26.1 kg,药箱容积 10 L,是一款高效的植保无人机,精准喷洒助理农业生产,同时适配教学场景,可以满足学生对农业植保无人机构造与原理的学习,掌握大型无人机的操作与维护保养。

小型农业植保无人机竞赛实训平台

HT-Z2是一款专为教学而生的小型农业植保无人机竞赛实训平台,配备微型配套水箱、两个雾化喷头,与大型植保无人机功能和原理均相同,可满足植保教学、新手培训以原理展示和学习等用途,支持二次开发与改装,适用于各类学科竞赛和课程设计等需求,还可用于蔬菜大棚等小范围农业生产场景以及小面积场地消毒等用途。

多旋翼航拍教学无人机开发平台

本平台专为院校无人机航拍与开发教学打造,采用碳纤维可折叠四旋翼机身,内置GPS高精度定位模块,兼顾便携与稳定性。搭载STM32全开源飞控(C++编写,支持二次开发),通过配套地面站可完成PID调参、传感器校准、航线规划等实训。配备三轴云台4K相机(1/1.7英寸索尼CMOS,320°航向轴)及高通八核图传遥控器(5.5英寸1080P高亮屏,15km双路数字图传),支持超高清航拍与第一视角任务飞行。提供纸质实训手册、飞控开发教程及11节视频课程,覆盖地面站操作、代码编译等环节,是飞行控制与航拍应用一体化教学的理想平台。

10kg物流无人机


5kg载荷无人机

该 5KG 载荷无人机具备多任务执行能力,可搭载喊话器实现 5 公里内远距离扩音(130 分贝)、照明灯提供夜间照明,通过吊舱搭载的 700 万像素相机完成高清拍摄与变焦监控,还支持航拍扩展套件进行多角度拍摄及图传显示,能适应多种工作场景需求。

无人机电池安全防爆柜

这款无人机电池安全防爆柜采用全钢四层结构,内部尺寸为长 510mm、宽 380mm、高 1500mm,可分层存放无人机电池。其核心功能是通过坚固的全钢材质和多层设计,为电池提供安全储存空间,有效隔离和防范电池可能发生的爆炸、起火等风险,保障电池存放过程中的安全性。

多旋翼航拍教学无人机

多旋翼航拍教学无人机机身可折叠,具有全向避障功能,配备8个广角视觉传感器,能够在复杂环境中自动避障,减少碰撞风险。机身前方、后方、下方均具备视觉感知系统和红外感知系统,能够支持室内外稳定悬停、飞行,具备自动返航及三向环境感知功能。其抗风能力达到12m/s,适合在多种环境下稳定飞行。续航时间为43分钟,足够完成大部分拍摄任务‌。

支持多种智能拍摄模式,如焦点跟随、大师镜头、一键短片等,操作简单,适合不同水平的用户。通过红外传感系统及补光灯辅助可实现定位功能,满足无人机航拍技术教学及实训课程。


多旋翼航测教学无人机

多旋翼航测教学无人机可以让学生了解无人机的飞行原理、操作技巧以及航测的相关知识,提高学生的实践能力和专业素养。在农业、林业、电力、交通等行业,可用于巡检、监测等工作,提高工作效率和质量,降低人力成本。凭借其高精度的悬停和定位能力以及高像素的拍摄功能,可执行各种航测任务,如地形测绘、土地调查、资源监测等,为相关领域提供准确的数据支持。

设备清单
序号 设备或部件名称 单位 数量 品牌 型号
1 嵌入式及无人机案例实验箱 19 中航恒拓 STM32 Drone ARM
2 无人机传感器技术开发实训平台 1 中航恒拓 HT-Sensors-EDU
3 10kg级植保农用无人机飞行平台 9 中航恒拓 HT-Z10
4 小型农业植保无人机竞赛实训平台 9 中航恒拓 HT-Z2
5 多旋翼航拍教学无人机开发平台 9 中航恒拓 HT500HP
6 航拍扩展套件 9 中航恒拓 HT-HP01
7 10kg物流无人机 9 中航恒拓 HT-WL10
8 5kg载荷无人机 9 中航恒拓 HT-M100
9 喊话器 9 中航恒拓 HT-HH01
10 照明灯 9 中航恒拓 HT-ZM01
11 吊舱 9 中航恒拓 HT-DC01
12 无人机电池安全防爆柜 2 中航恒拓 FB150
13 多旋翼航拍教学无人机 2 DJI Mavic 3 Pro
14 多旋翼航测教学无人机 2 DJI Mavic 3E
15 计算机 9 主流品牌 主流型号
16 桌椅 9 中航恒拓 主流型号
配套课程资源
嵌入式系统及无人机飞控开发
视频教程,主要包括BirdFlight软件系统初始化详解、四旋翼全模型控制原理详解、无人机位置控制、无人机视觉识别与位置控制教学、飞控工程之系统初始化流程、空心杯无人机安装开箱视频、空心杯无人机调试。
配套共包括28个实验教学实验指导书。
无人机传感器系统开发
各类传感器技术资料、开发指导以及例程。
无人机惯性导航开发
惯性导航系统开发手册、基本例程、相关资料文档、测试用上位机软件。
无人机与农业
植保无人机、农业检测无人机构造与原理,无人机操作与维护保养等课程。
无人机航拍
航拍无人机使用说明、开发教程、配套软件、教学视频、竞赛指导等。