基于大疆TT無人機(jī)套件系列課程—— 雪中送炭

項目背景

高海拔駐邊哨所的物資供給一直是個大難題，地區(qū)氣候多變，直升機(jī)運送物資面臨很大困難。而且哨所處在邊境，可能會誤投給敵人。基于此，我們拓展了巧練空投項目。在之前的學(xué)習(xí)過程中，各項目小組已為TT無人機(jī)加裝了拋投裝置，并進(jìn)行了空投測試。本項目將在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合AI視覺傳感器，基于人臉識別進(jìn)行定向空投。參與本項目的學(xué)生，事先接觸過二哈識圖（HuskyLens）AI視覺傳感器，對傳感器的人臉識別功能和相關(guān)配置方法有所了解，具備進(jìn)階學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

教學(xué)目標(biāo)

1.學(xué)會用創(chuàng)客的方法展開學(xué)習(xí)，通過創(chuàng)客社區(qū)挖掘項目資源。

2.進(jìn)一步體驗人工智能，并運用到無人機(jī)的智能導(dǎo)航中。

3.能通過小組協(xié)作完成較復(fù)雜的項目，從團(tuán)隊協(xié)作中獲得樂趣和成就感。

教學(xué)過程

一、情境導(dǎo)入

師：青藏高原某邊防團(tuán)的墨脫某哨點，駐地在海拔近4000米的深山密林中，每年大雪封山期長達(dá)6個月，是名副其實的雪域孤島。以往官兵靠人力運送物資，費時費力，現(xiàn)在雖然有了直升機(jī)協(xié)助，但因為高海拔地區(qū)氣候多變，依然面臨很大困難。類似這樣條件艱苦的哨所，在“種花家”還有很多。這次，我兔飛行員TT就接到了一個艱巨的任務(wù)，要去“雪中送炭”，將補(bǔ)給送至被大雪封山的邊防哨所。由于哨所處在邊境，到達(dá)指定空域后，TT要自動識別敵我，不能誤投給敵人。你能協(xié)助TT完成這個任務(wù)嗎？

學(xué)生思考并討論。

二、挖掘社區(qū)資源，展開自主學(xué)習(xí)

創(chuàng)客項目的學(xué)習(xí)不應(yīng)停留在傳統(tǒng)的一步步的程序式學(xué)習(xí)。教師在傳授學(xué)生知識技能的同時，還應(yīng)該注重讓學(xué)生掌握創(chuàng)客化的學(xué)習(xí)方式。創(chuàng)客社區(qū)擁有豐富的教程、技術(shù)資料、項目案例等資源，是創(chuàng)客孵化與成長的園地，也可以作為創(chuàng)客教學(xué)的資源寶藏。教師可向?qū)W生推薦一些成熟度高、適用性強(qiáng)、內(nèi)容審核機(jī)制規(guī)范的優(yōu)質(zhì)創(chuàng)客社區(qū)（如DF創(chuàng)客社區(qū)），引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)支架搜集項目所需的資料和有參考價值的項目案例，尤其是人工智能攝像頭相關(guān)資料，并梳理項目實施流程。

三、打印結(jié)構(gòu)件，連接安裝視覺傳感器

二哈識圖（HuskyLens）AI視覺傳感器的安裝需要配合一個3D打印的結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)。DF的官方資料里，提供了用于固定傳感器的結(jié)構(gòu)件模型文件，可下載后3D打印出來。

視覺傳感器可通過兩個螺絲安裝在該結(jié)構(gòu)件上。對無人機(jī)項目而言，“減重”值得錙銖必較。所以這里可以考慮用尼龍螺絲替代金屬螺絲。同時傳感器選用的配線也應(yīng)盡量短些，避免增加不必要的線重，也減少線纜對螺旋槳產(chǎn)生干擾的可能，如圖1。

本課的教學(xué)對象是參與過無人機(jī)開源硬件項目的學(xué)生，對線路連接已有些經(jīng)驗。建議讓學(xué)生自行查找技術(shù)資料，列表制訂連線方案（見下表），再完成線路連接。教師放手的同時也要注意流程監(jiān)管，要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)連線完畢后要有質(zhì)檢流程，確認(rèn)無誤后方可上電測試。

教師需要提醒學(xué)生注意，布線完畢后，要手動試轉(zhuǎn)無人機(jī)的四個螺旋槳，確保線纜沒有對螺旋槳產(chǎn)生干擾，避免影響飛行，如圖2。必要時可以用橡皮筋輔助約束線纜。

四、特訓(xùn)二哈，助力TT

1.講授人臉識別跟蹤原理

哈士奇的屏幕分辨率為320×240，屏幕中心坐標(biāo)為（160，120），如圖3。

我們可以根據(jù)對象方框的中心點坐標(biāo)，實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。流程推演如下：

當(dāng)TT飛到指定空域，開始進(jìn)行目標(biāo)搜尋。如果目標(biāo)在屏幕熱區(qū)左側(cè)，則逆時針旋轉(zhuǎn)飛機(jī);如果目標(biāo)在屏幕熱區(qū)右側(cè)，則順時針旋轉(zhuǎn)飛機(jī);如果目標(biāo)在屏幕熱區(qū)下方，則提升飛機(jī)高度;如果目標(biāo)在屏幕熱區(qū)上方，則降低飛機(jī)高度。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入屏幕熱區(qū)，則鎖定目標(biāo)，向前飛行投放補(bǔ)給，隨后返航。

2.基于工作原理，編寫程序

編寫“調(diào)整角度”“調(diào)整高度”等自定義函數(shù)程序，如圖4，并實現(xiàn)TT無人機(jī)起飛、降落、空投、返航等功能。

五、奔赴前線，空運補(bǔ)給

在測試場景營造方面，可用教室大屏幕打出敵我兩軍頭像，如圖5，并在適當(dāng)位置用粉筆或貼紙標(biāo)注出起降點、物資投放點。

教師可以組織一場別開生面的空運補(bǔ)給競賽，如圖6。從物資投放、返航降落的準(zhǔn)確性以及任務(wù)耗時這3個維度，對項目進(jìn)行評比。

六、項目評價

學(xué)生們對項目的評價往往聚焦在“奔赴前線，空運補(bǔ)給”這個環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)雖然能評比出結(jié)果的優(yōu)勝，但未必能全面反映過程的優(yōu)勝。尤其是對這種相對復(fù)雜的項目而言，產(chǎn)生意外的變量較多。教師在項目推進(jìn)過程中還應(yīng)關(guān)注學(xué)生小組的過程性評價、表現(xiàn)性評價，讓學(xué)生在小組競爭中獲得成就感，也能在小組合作中獲得創(chuàng)造的樂趣。

教學(xué)反思

相較于在地面用AI技術(shù)引導(dǎo)或控制小車，融合AI視覺技術(shù)的空中飛行項目，在實施難度上是幾何級的上升。尤其是一些環(huán)境因素的影響，會讓項目存在很多不確定性。但正因為這些挑戰(zhàn)，學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力被進(jìn)一步激發(fā)。面對人工智能與生產(chǎn)生活的融合，這群經(jīng)過相關(guān)實操的學(xué)生有更多維的見解、更深入的思辨，而這正是我們創(chuàng)客教育在技術(shù)之外需要關(guān)注和挖掘的部分。

除此之外，確保安全是貫穿整個TT無人機(jī)大項目的前提，特別是通過AI視覺識別實現(xiàn)無人機(jī)導(dǎo)航，存在一定的不可控性，本項目在實施過程中，教師更需對場地的安全設(shè)置、學(xué)生的安全教育高度敏感。建議在測試場地劃分出觀摩區(qū)，確保學(xué)生處于安全范圍。（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）