基于5G網絡的《無人機創新創業實踐》教學研究①

張冉

摘 ? 要：《無人機創新創業創業實踐》課程是在國家提倡大眾創業萬眾創新的背景下，我校開設的一門創新創業實踐課程，有力的推動了我校航空內涵建設。隨著5G網絡的發展和成熟，開展基于5G網絡的《無人機創新創業實踐》教學研究具有十分重要的意義。本文介紹了5G網絡下無人機的優勢和應用范圍，并嘗試與企業聯合開展5G無人機創新創業實踐，并建立了5G無人機聯合實驗室，為學生搭建良好的創新創業實踐平臺。

關鍵詞：5G網絡 ?無人機 ?創新創業 ?教學研究

中圖分類號：G71 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0213-02

《無人機創新創業實踐》是我校為了建設以航空為主要特色的高水平應用型大學而開設的一門特色課程，該課程是在介紹無人機相關基本知識的基礎上，鼓勵學生開展與無人機相關的創新創業實踐活動。目前國內開展無人機創新創業課程的高等院校并不多，因此該課程可借鑒的相關教學理論和實踐案例并不多見。而且目前的無人機的控制多是基于wifi和4G網絡信號，受時延和控制距離的影響，其應用領域受到一定的限制。隨著5G網絡時代的到來，有必要開展基于5G網絡的《無人機創新創新實踐》的教學研究。

1 ?應用于創新創業教學的基于5G網絡的無人機

5G網絡是智能社會、萬物互聯的基礎。五代移動通信技術（5th-Generation，簡稱5G）是最新一代蜂窩移動通信技術，5G網絡的主要優勢在于數據傳輸速率最高可達10Gbit/s，相比于4G網絡快100倍，另一個優勢是較低的網絡延遲，低于10毫秒，而4G為30～70ms。目前4G網絡和Wi-Fi網絡下的無人機，由于在定位精度和覆蓋空域等限制較多，制約它的長遠發展和價值發揮。因此基于5G網絡的無人機創新創業案例，具有以下顯著優勢：

（1）在高傳輸速率的支持下，支持4K超高清視頻，實現動態高緯度的超高清廣角俯視效果。

（2）毫秒級的傳輸時延將使無人機響應地面命令更快，地面飛手對無人機的操控更加精確;厘米級定位精度可滿足城區復雜地形環境的飛行需求。

（3）在無人機的飛行數據安全保障方面，5G的數據傳輸過程更加安全可靠，無線信道不容易被干擾或入侵。

（4）憑借5G的海量連接特性，5G網絡可以接入的無人機數量，理論上每平方公里可以接入100萬個終端。

2 ?5G無人機的教學應用領域

5G無人機在農業領域的教學應用。（1）業務場景：農田藥物噴灑和農田信息測繪。（2）價值主張：藥物噴灑提升效率20倍，成本降低30%。工作效率由10～20畝/天/人提高到300～400/畝/天/機。實現勘察作業實時高清，飛行狀態監控，網絡定位，智能化計算。（3）技術指標：噴灑應用數據傳輸速率10mbps，測繪應用（8k）數據傳輸速率120mbps;時延為20ms;覆蓋高度：噴灑作業10m，測繪作業200～300m;定位精度小于0.1m。

5G無人機在巡檢領域的教學應用。（1）業務場景：電力巡檢、基站塔臺、輸油管道。（2）價值主張：電力巡檢人工作業2h，無人機10min，效率提升12倍。作業人員人身安全保障;安全智能遙控，高效數據采集。（3）技術指標：4k高清圖傳場景速率為50mbps以上;時延為30ms;覆蓋高度：電力、基站巡檢作業為50～100m，輸油管道巡檢為3km。

5G無人機在物流領域的教學應用。（1）業務場景：物流快遞。（2）價值主張：提升配送效率，更好用戶體驗。配送效率至分鐘級，成本降低70%。飛行狀態監控及網絡定位。（3）技術指標：傳輸速率為30mbps;時延為5ms;覆蓋高度：末端物流為100m，支線物流為3km;定位精度小于1m。

5G無人機在安保領域的教學應用。（1）業務場景：消防監控、治安巡邏、反恐監控、邊防巡檢。（2）價值主張：警用安防巡查效率提升50%;高清實時視頻，網絡定位，智能化大數據分析。（3）技術指標：傳輸速率為50mbps;時延為20ms;覆蓋高度100m;定位精度小于1m。

5G無人機在水務領域的教學應用。（1）業務場景：水質監測、日常巡查、水文數據獲取、防汛抗洪、 水土保持監測。（2）價值主張：無人機荷載多光譜相機進行水體地物光譜采集，利用采集的多光譜影像，通過自主研發的 聚類分析算法，對多光譜遙感影像數據進行針對水質特征的影像聚類分析，得出水質狀況定性結論。結合抽樣水樣檢測數據獲得定量數據，綜合分析，可總體掌握監測水域的水質狀況。（3）技術指標：傳輸速率為30mbps;時延為5ms;覆蓋高度為50m;定位精度小于5m。

3 ?與企業聯合開展5G無人機創新創業實踐

為了給學生提供良好的5G無人機創新創業實踐平臺，我校與中國聯通濱州分公司簽署了關于5G無人機的合作協議。合作內容包括：（1）雙方相互明確對方為戰略合作伙伴。（2）聯通公司將致力于5G網絡部署戰略規劃、5G網絡運營研究，在不違反其商業原則的前提下為我校提供5G網絡環境。（3）聯合開展科學研究。聯合在工業能源、教育、人工智能與機器人、無人機等5G應用的重點領域進行業務探索，聯合開展行業需求洞察與研究，共同孵化5G應用，探索5G新商業模式。（4）合作舉辦學術活動。雙方協商確定學術活動主題、舉辦方式、舉辦地點、舉辦時間，聯合舉辦研討會或高層學術論壇，促進學術交流。（5）合作培養人才。我校發揮學校的優勢，根據需求，為企業定向培養、輸送相關專業人才，優先向企業推薦優秀畢業生;企業為我校學生提供5G無人機相關的實習實訓提供便利。

此外，為了《無人機創新創業實驗》課程的實踐，我校與相關企業簽訂了聯合實驗室的共建方案。（1）搭建測試展示平臺。搭建網絡測試環境，實現5G等網絡的完善覆蓋。提供5G無人機相關設備和應用平臺進行現場展示。邀請相關專家，組建實驗室運營團隊，制定準入孵化規則和孵化規范，定期發布孵化結果和行業孵化成果等白皮書。結合5G無人機，開展行業孵化試驗驗證，支撐產業協會、企業與科研機構合作，共建孵化驗證平臺。（2）提供孵化環境。提供5G連接、業務使能、應用等平臺，為無人機行業和創客提供應用開發、孵化和推廣環境。針對無人機行業提出的5G孵化需求，成立虛擬團隊進行產品研發和孵化。

4 ?結語

通過開展基于5G網絡的《無人機創新創業實踐》教學研究，使學生掌握在5G網絡下無人機的優勢和應用范圍。同時，通過與企業聯合開展創業創業實踐，為學生提供了良好的實踐平臺。

參考文獻

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