資源簡介

(共37張PPT)
第16課
無人機創(chuàng)意飛行
（浙教版）九年級
全
01
教學目標
02
新知導入
03
無人機編隊飛行基礎
04
無人機編隊飛行實踐
05
單元小結與反思
06
隨堂練習
08
課堂小結
09
板書設計
07
新知拓展
01
教學目標
1、信息意識：能夠認識到無人機在信息獲取和傳遞方面的重要作用，了解無人機作為一種新型信息工具的優(yōu)勢。
2、計算思維：理解無人機飛行的基本原理和控制邏輯，包括傳感器數據的采集與處理、飛行姿態(tài)的調整等。
3、數字化學習與創(chuàng)新：掌握無人機相關的數字化工具和軟件的使用方法，如飛行控制軟件、圖像編輯軟件等，提升數字化技能。
4、信息社會責任：了解無人機飛行的法律法規(guī)和安全規(guī)范，樹立正確的法律意識和安全意識。
02
新知導入
通過學習無人機編隊飛行的原理和關鍵技術，了解無人機編隊表演的基本流程;通過小組合作探究學習，能針對多架無人機編隊飛行進行設計。
探究：
1、根據你的經驗或想象，無人機編隊適用于哪些領域
2、無人機編隊飛行是如何實現的
02
新知導入
生活中，我們經常看到鴿子、大雁、蜜蜂等群體飛行，它們通過彼此間的信息交流，自發(fā)地形成有規(guī)律的飛行編隊。借鑒生物群體交流信息和協(xié)調集體行動的方式，并將這樣的智慧應用于無人機的編隊飛行中，以優(yōu)化其飛行模式。
03
無人機編隊飛行基礎
無人機編隊飛行是指多架無人機為適應任務要求而進行的某種隊形排列和任務分配的組織模式，它既包括編隊飛行的隊形產生、保持和變化，也包括飛行任務的規(guī)劃和組織。
03
無人機編隊飛行基礎
1.編隊飛行關鍵技術
常見的編隊飛行關鍵技術包括通信、自主導航、集群控制、防碰撞、任務規(guī)劃等。
(1)通信技術
編隊飛行過程中，無人機之間需要進行實時通信，以保證飛行的協(xié)調性和安全性。無人機之間進行通訊是實現協(xié)同飛行、共享信息等功能的基礎。編隊通訊可以通過無線電、紅外線、激光等方式進行。
03
無人機編隊飛行基礎
（2）自主導航技術
編隊飛行需要無人機具備一定的自主導航能力，以實現在不同的環(huán)境下自主調整飛行軌跡和姿態(tài)。自主導航技術涉及傳感器、導航算法、控制器等多個方面。
03
無人機編隊飛行基礎
（3）集群控制技術
編隊飛行需要對多架無人機進行集群控制，以實現飛行的協(xié)調性和同步性。集群控制技術包括領航、跟隨、協(xié)同等多個方面。
03
無人機編隊飛行基礎
(4)防碰撞技術
編隊飛行過程中，無人機之間需要保持一定的間距和速度，避免發(fā)生碰撞。因此，需要采用高精度的避障和防碰撞技術，以確保飛行的安全性和穩(wěn)定性。
03
無人機編隊飛行基礎
(5)任務規(guī)劃技術
編隊飛行需要對不同的任務進行規(guī)劃和優(yōu)化，以滿足不同的需求。任務規(guī)劃技術包括路徑規(guī)劃、任務分配、資源調度等多個方面。
03
無人機編隊飛行基礎
2.編隊表演流程
無人機編隊飛行的流程主要分為編隊集結、編隊保持和編隊重構三個部分。其中編隊集結分為編隊形成和編隊解散；編隊保持分為編隊朝任務區(qū)飛行和編隊返回；編隊重構是指編隊朝任務區(qū)飛行過程中動態(tài)調整隊形和進入任務區(qū)領域執(zhí)行任務時的動態(tài)調整(如圖16-1)。
圖16-1 無人機編隊飛行流程
03
無人機編隊飛行基礎
3.編隊飛行實例
編隊飛行是無人機按一定隊形編組或排列飛行，應用范圍廣泛，除了軍事領域外，也是近年來越來越受歡迎的一種藝術表演形式(如圖16-2)。
03
無人機編隊飛行基礎
開動腦筋
在無人機編隊表演中，若動態(tài)調整隊形后，至少停留多少時間才能使編隊呈現最佳視覺效果
在無人機編隊表演中，動態(tài)調整隊形后，一般至少停留 3 至 5 秒，才能使編隊呈現最佳視覺效果。停留時間過短，觀眾難以深刻感受新隊形；這個時長能讓觀眾充分欣賞編隊造型，也給予攝影師抓拍時間。具體停留時間會因表演場地、觀眾距離、表演內容復雜程度等因素而不同。
03
無人機編隊飛行基礎
新知拓展
根據你的經驗或想象，無人機編隊適用于哪些領域
無人機編隊適用多個領域，包括文化藝術領域可增強舞臺氛圍、與藝術展覽互動；商業(yè)營銷領域用于企業(yè)新品發(fā)布、吸引購物中心人流和樓盤展示；教育科研領域可引入課程培養(yǎng)學生能力及供科研機構研究；城市管理領域能為規(guī)劃提供數據、協(xié)助交通管理和進行環(huán)境監(jiān)測。
03
無人機編隊飛行基礎
新知拓展
04
無人機編隊實踐
在廣袤的宇宙之中，有一些恒星不像太陽一樣“孤獨”地運轉，而是有另一顆恒星相伴，兩顆恒星互相環(huán)繞運轉，在天文學中叫作“雙星系統(tǒng)”，即兩顆恒星互繞旋轉的系統(tǒng)(如圖16-3)。
04
無人機編隊實踐
用無人機模擬質量相同的兩個恒星互相環(huán)繞飛行以實現“雙星環(huán)繞”效果，如圖 16-4所示。
圖16-4 無人機編隊飛行示意圖
04
無人機編隊實踐
新知拓展
無人機編隊飛行是如何實現的？
無人機編隊飛行主要依靠通信技術、定位技術、飛行控制算法和地面控制站實現。通信技術如 Wi-Fi 等用于地面控制站向無人機發(fā)送指令及無人機間通信；定位技術包括 GNSS 和慣性導航系統(tǒng)，為無人機提供精確位置信息；飛行控制算法根據預設編隊隊形和任務要求計算每架無人機的飛行軌跡和控制指令；地面控制站實時監(jiān)控無人機狀態(tài)并發(fā)送指令調整編隊隊形和執(zhí)行任務。
04
無人機編隊實踐
新知拓展
04
無人機編隊實踐
1.問題分析
兩架無人機相對擺放，并保持一定的距離(如2米)。聯網成功后同步起飛，使用弧線坐標類的飛行模塊，繞圓弧進行飛行，兩架無人機的航線恰好拼成一個圓形軌跡，重復執(zhí)行相同次數，最后降落。這就是“雙星環(huán)繞”編隊飛行的基本步驟。
04
無人機編隊實踐
授時 傳統(tǒng)意義上，授時是指時間傳遞和核對時間，這里主要是指讓多架飛行器接收同步信號，使其系統(tǒng)時間具有一致性，不同的授時方案，同步精度也不同。
知識鏈接
04
無人機編隊實踐
2.設計流程圖
參照上述分析，以無人機模擬“雙星環(huán)繞”效果，以環(huán)繞10圈為例，設計流程圖如圖 16-5所示。
圖16-5 無人機模擬“雙星環(huán)繞”流程圖
04
無人機編隊實踐
3.項目實施
不同的無人機，編程環(huán)境和編程語言可能也不同，但完成任務的基本思路是相似的。根據上述分析和流程圖，結合表16-1準備和實施無人機編隊飛行。
表16-1 項目實施方案
實施項目 實施內容 提示
場地搭建 構建一個面積不小于4mx4m的試飛場地 場地盡可能空曠
程序設計 程序可以參照設計的流程圖進行程序編寫 設置編程模塊參數時要考慮可能產生的誤差
程序調試 采取逐段編程調試的方法進行調試，以提高調試效率 運行程序時要選擇空曠的場地，避免碰撞
04
無人機編隊實踐
嘗試用三架無人機以等邊三角形的隊形編隊起飛，模擬三星系統(tǒng)相互環(huán)繞飛行，如圖16-6所示。
親身體驗
圖16-6 模擬三星環(huán)繞飛行示意圖
05
單元小結與反思
本單元，你通過學習與完成每課實踐任務，了解預測原理，了解影響人們選擇出現方式的因素。感受人工智能對解決問題的思維方式產生的深刻影響。了解無人機的概念、無人機各部件的組成及原理，了解無人機編隊飛行的原理。
05
單元小結與反思
課后可與家人、同伴開展分享、交流學習活動，和團隊創(chuàng)造出滿足預測出行要求的作品成果，通過編程實現多架無人機編隊起飛。
05
單元小結與反思
親愛的家人和朋友們：
本單元學習中，我了解了預測原理及影響人們選擇出現方式的因素，感受了人工智能對解決問題思維方式的深刻影響。還認識了無人機的概念、各部件組成及原理，以及無人機編隊飛行的原理。課后，可與家人、同伴分享交流，共同創(chuàng)造滿足預測出行要求的作品成果，并通過編程實現多架無人機編隊起飛。
謝謝！
06
隨堂練習
以小組為單位，舉辦一次班級無人機編隊表演秀。
為舉辦班級無人機編隊表演秀，可按以下步驟進行：
一、前期準備
（1）組建小組，明確分工，確定負責人。
（2）選寬敞、無障礙物且信號好的場地，確保安全。
（3）準備無人機，檢查調試，確保性能良好、電池充足。
（4）設計表演方案，確定主題風格、規(guī)劃飛行路徑和隊形變化，結合音樂燈光。
（5）進行排練，熟悉流程和操作技巧，優(yōu)化方案。
06
隨堂練習
二、表演實施
（1）現場布置，設置觀眾席和表演區(qū)域，安裝燈光音響。
（2）設備調試，確保無人機正常運行、信號穩(wěn)定。
（3）開場介紹表演主題目的流程，播放開場音樂視頻。
（4）按方案操控無人機編隊飛行，注意安全和距離，結合音樂燈光。
（5）設置互動環(huán)節(jié)，增加觀眾參與度。
（6）安全降落無人機，主持人總結發(fā)言。
三、后期總結
（1）收集反饋，分析總結經驗教訓。
（2）整理資料，制作照片視頻等。
07
拓展延伸
1、無人機編隊飛行剪輯
07
拓展延伸
2、不同類型的無人機編隊飛行：
固定隊形編隊飛行：這種編隊飛行方式通常采用預設的固定隊形，如三角形、正方形、圓形等。
動態(tài)隊形編隊飛行：與固定隊形編隊飛行不同，動態(tài)隊形編隊飛行可以根據任務需求和環(huán)境變化實時調整隊形。無人機之間通過通信和協(xié)作，實現靈活的隊形變換，以適應不同的飛行任務和場景。
自主編隊飛行：自主編隊飛行是指無人機在沒有人工干預的情況下，通過自身的傳感器和算法實現編隊飛行。這種編隊飛行方式具有高度的自主性和靈活性，可以適應復雜多變的環(huán)境和任務需求。
07
拓展延伸
3、無人機編隊飛行的未來發(fā)展趨勢：
智能化與自主化：隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，無人機編隊飛行將越來越智能化和自主化。無人機將能夠通過自身的傳感器和算法實現自主決策和協(xié)同飛行，無需人工干預。這將大大提高無人機編隊飛行的效率和可靠性，拓展其應用領域。
多機協(xié)同與任務分配：未來的無人機編隊飛行將更加注重多機協(xié)同和任務分配。無人機之間將能夠通過通信和協(xié)作，實現更加復雜的任務分配和協(xié)同執(zhí)行。
與其他技術的融合：無人機編隊飛行將與其他技術不斷融合，如虛擬現實、增強現實、大數據等。這將為用戶提供更加豐富的體驗和更加高效的解決方案。
08
課堂小結
本課程中，我們學習了無人機編隊飛行。了解了無人機概念、部件組成及原理，認識到其在多個領域的應用，掌握了編隊飛行的實現方式及面臨的技術挑戰(zhàn)，明確了未來發(fā)展趨勢。課程拓展了知識，為進一步探索奠定基礎。
09
板書設計
無人機創(chuàng)意飛行
一、無人機編隊飛行基礎
二、無人機編隊飛行實踐
課后作業(yè)：
利用模擬軟件或小型無人機模型，嘗試設計一個簡單的無人機編隊飛行方案，包括隊形、飛行路徑等，并說明設計思路。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展開更多......

收起↑