人工智能背景下無人機在野外探究的應用探析

摘要：無人機能夠為《自然地理學》野外探究提供有力的技術支撐。無人機應用于《自然地理學》野外探究，能夠快速獲取航空影像、快速計算測試數據、及時供給急救藥物。無人機應用于《自然地理學》野外探究的問題主要有：個別型號受到限制、容易引起當地人的恐慌、存在主權侵害的潛在危險。針對這些問題的解決策略主要有：延長無人機的續航時間，提高無人機定位的準確性，提高無人機飛行安全性。

關鍵詞：人工智能；無人機；野外探究；自然地理學

引 言

在人工智能迅速發展的背景下，科學技術日新月異，為教育的發展也帶來了更多的機遇和挑戰。特別是隨著5G時代的來臨，教育也將會發生翻天覆地的變化。無人機應用于《自然地理學》野外探究，能夠代替人工完成野外探究任務，能夠減少人員在野外探究過程中可能會出現的各種意外事件。無人機與人類相比，在野外探究中能夠節約更多的時間，更加及時地應對各種突發情況，更加高效地收集數據。

一、VUCA時代的特點

（一）易變性與復雜性

“今天被譽為霧卡新常態時代，即VUCA。其體現出顯著的易變性、不確定性、錯綜復雜和模糊不清的特點。”[1]VUCA時代下，技術的更新換代十分迅速。雖然現在人工智能主要是集中發展弱人工智能與專用人工智能，但是技術在教育、醫療、軍事等領域的應用效果是十分可觀的。人工智能并不是一門獨立的學科，而是一門技術，其存在的意義是服務于人類社會。《地平線報告2015-2019年版》對人工智能領域的發展階段和未來趨勢進行了整理，如表1所示：

表1 《地平線報告2015-2019年版》對人工智能領域的發展階段整理及未來趨勢預測

年度 2015版 2016版 2017版 2018版 2019版

2016 自帶

設備 翻轉

課堂

2017 創客

空間 可穿戴設備 自帶

設備 學習分析自適應技術

2018 增強現實虛擬現實 創客

空間 自適應學習技術 移動

學習

2019 自適應學習 物聯網 物聯網 下一代學習管理系統 創客空間 分析技術

2020 情感

技術 機器人 自適應學習技術 人工智能 移動

學習 分析

技術

2021 自然用戶界面 人工

智能 混合

現實 人工

智能

2022 融合現實 機器人

2023 區域鏈 虛擬

助手

2024

（二）不確定性與模糊性

VUCA時代，邊界的位移和內容的相互客串是很常見的。“伴隨5G的來臨，場館學習也愈來愈炙手可熱。比如咖啡廳、餐廳、公園等地方，都可能在提供其專項服務的同時，還能夠為用戶提供學習場地。”[2]大數據時代下，信息和交流和溝通也顯得尤為重要，知識與信息之間的交互越來越明顯。很多課程通過各種形式的網絡載體被轉化為資源形態，除了具有瞬時效力之外，還能夠在今后很長的一段時間里供其他需求者觀摩和學習。“現實和虛擬環境的交互作用越來越突出，數字孿生對未來教育形態會帶來很大的影響，能夠更加有效地節約資源成本。”[3]將無人機應用到野外探究中，同樣體現了現代技術對教育領域的有力支撐作用。

二、《自然地理學》野外探究頻遇的困難

（一）受到環境的過多限制

有些地方人跡罕至，甚至很多探險者有去無回，即使已經做了充分的準備，對調查人員來說也是巨大的挑戰。即便已經進入探究地點，也會因為地形地勢、氣候條件等自然環境的限制，難以順利展開調查。

（二）影像獲取受到限制

單純地依靠人力進行野外探究，通過攝像機等拍照設備獲取影像之后，還需要將影像再上傳到其他平臺。野外探究的環境通常來說比較艱苦，網絡也很難覆蓋，想要獲取影像需要十分漫長的時間，甚至需要探究結束之后才能夠上傳。另外，在野外經常會遇到一些特殊情況，一旦攝像設備意外破壞難以恢復，未上傳到平臺的影像資料也會隨之消失，之前的探究也隨之付諸東流。

（三）數據計算時間過長

人的大腦最多同時處理九件事情，人的數據儲存和運算能力都是有限的。龐大的數據和復雜的運算程序假如不借助一些智能工具來計算的話，大腦很難能夠在短時間內計算出準確的結果。

三、無人機應用于野外探究的策略

（一）延長無人機的續航時間

無人機的續航問題是比較令行業頭疼的難題，一般無人機的續航時間集中在20-40分鐘，不能夠滿足長時間工作的需求，要解決這一難題，可以從兩個層面來入手。首先，改變無人機的電源。盡管這是解決難題的一個辦法，但是卻很難能夠實現。油動力的無人機的續航時間是電動力無人機續航時間的五—六倍，但是危險性太大。第二，改變無人機的充電方式。來自清華大學創客空間協會的UVAPowerPlus團隊在2015年中美青年創客大賽上，憑借著自主研發的無人機充電樁，在比賽中獲得了很好的成績。這種充電樁類似于加油站，在無人機中寫入特定的程序，當電量不足不能完成飛行任務時，自動搜索距離較近的充電樁，并停在上面，充電樁為無人機提供無線快速充電，而充電樁本身是太陽能供電，把太陽能儲存起來更快的提供給無人機，幫助無人機實現遠距離飛行，這種充電方式綠色環保，節省人力。

（二）提高無人機定位的準確度

在山區，無人機與控制終端之間通常都會存在遮擋物，特別是在一些偏遠地區，無人機常常需要翻山越嶺才能夠到達目的地，這對無人機的飛行準確性要求很高。可以在一架大型無人機上裝上移動控制器，將這一無人機作為移動基站懸停在高空。控制命令通過地面控制中心輸送給移動基站，然后再由移動基站將這些命令輸送給負責執行的無人機。

（三）完善無人機監管的相關法律法規

一般而言，無人機的使用必然會與超視距飛行和在人群上空飛行相聯系。但是，國外的法律普遍禁止無人機超視距飛行以及在人群上空飛行，除非獲得監管機構的允許。這就造成了無人機送貨在國外發展困難重重。谷歌在2016年8月獲批在美國展開無人機送貨測試，前提就是獲得FAA的豁免。這主要是因為各國的無人機應用依然處于初步發展階段，對無人機的監管規則十分匱乏，存在很多空白領域，亟待依賴大量的測試逐步建立相應的規則。

四、結論

“最神圣的目標是擁有一個自動的無人機網絡，這些飛機獨立完成其工作，同時人類來監控這些交付移動”紐約巴德學院無人機研究中心主任Arthur Holland Michel說。“或許這項技術還需要幾年的發展才足夠被信任，并用于運送重要貨物在這些險峻的偏遠地區，如非洲；但這就是科技為何為科技。”無人機的應用對《自然地理學》野外探究工作來說既是機遇也是挑戰，但是從長遠來看，無人機技術會為野外探究工作帶來更多的便利。

參考文獻

[1]盧艷軍，王詩宇，張太寧.針對目標跟蹤過程的雙目視覺測距方法研究[J/OL].電光與控制：1-5[2019-7-18].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/41.1227.TN.20190626.1454.002.html.

[2]宋智.VUCA時代：加速領導力發展的路徑[J].中國商論，2016（04）：30-31.

[3]Zanna Friberg，Isto Huvila. Using object biographies to understand the curation crisis： lessons learned from the museum life of an archaeological collection[J]. Museum Management and Curatorship，2019，34（4）.

作者簡介：段元超（1995.06.10），女，漢族，山東省泰安市，研究生在讀，江西科技師范大學，江西省南昌市，330000，教育學。