工業(yè)4.0大環(huán)境下無人機(jī)空中數(shù)據(jù)端口

前言

近年來，無人機(jī)的發(fā)展越發(fā)迅速，既可民用于航拍，又可軍用于偵察，涉及行業(yè)廣泛，把無人機(jī)想象成一個(gè)“會(huì)飛的傳感器”，無人機(jī)就成了工業(yè)4.0的一個(gè)空中數(shù)據(jù)端口，大至地球物理、氣象、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、小至個(gè)人位置信息，無人機(jī)將引爆一場空中的大數(shù)據(jù)革命！本系統(tǒng)則是通過 Hightopo 的 HT for Web 產(chǎn)品來搭建的一款 無人機(jī) 3D 可視化系統(tǒng)，通過對無人機(jī)及其信息的全景展示來模擬無人機(jī)狀態(tài)的監(jiān)控。

系統(tǒng)中包含 4 種展示模式：實(shí)體模式 、熱力模式、線框模式和內(nèi)部模式，通過飛機(jī)下方操作按鈕即可進(jìn)行模式切換。

實(shí)現(xiàn)過程及效果預(yù)覽

加載界面采用 2D 拓?fù)浣M件進(jìn)行繪制，全矢量化圖標(biāo)，與傳統(tǒng)的 png、jpg 等格式的圖片相比，完美適配移動(dòng)端、PC 端、大屏等各種尺寸及分辨率屏幕，不會(huì)出現(xiàn)失真情況。

無人機(jī)及周邊信息面板采用 3D 引擎進(jìn)行場景搭建，用戶可從場景任意位置對無人機(jī)進(jìn)行查看。

動(dòng)畫過程采用產(chǎn)品提供的動(dòng)畫函數(shù) ht.Default.startAnim 來驅(qū)動(dòng)圖形屬性值的改變，應(yīng)用其 Time-Based 的方式，只需要指定動(dòng)畫周期 duration 的毫秒數(shù)，由系統(tǒng)去計(jì)算幀數(shù)或 action 函數(shù)被調(diào)用的次數(shù)，以保證更加高效、平滑的進(jìn)行動(dòng)畫過程。

系統(tǒng)分析

無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)的簡稱（Unmanned Aerial Vehicle），是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機(jī)，包括無人直升機(jī)、固定翼機(jī)、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī)。廣義地看也包括臨近空間飛行器（20-100公里空域），如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機(jī)等。從某種角度來看，無人機(jī)可以在無人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負(fù)載任務(wù)，可以被看做是“空中機(jī)器人”。

按照不同平臺構(gòu)型來分類，無人機(jī)可主要有固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)三大平臺，其它小種類無人機(jī)平臺還包括傘翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)和無人飛船等。固定翼無人機(jī)是軍用和多數(shù)民用無人機(jī)的主流平臺，最大特點(diǎn)是飛行速度較快；無人直升機(jī)是靈活性最強(qiáng)的無人機(jī)平臺，可以原地垂直起飛和懸停；多旋翼（多軸）無人機(jī)是消費(fèi)級和部分民用用途的首選平臺，靈活性介于固定翼和直升機(jī)中間（起降需要推力），但操縱簡單、成本較低。

按不同使用領(lǐng)域來劃分，無人機(jī)可分為軍用、民用和消費(fèi)級三大類，對于無人機(jī)的性能要求各有偏重：

（1）軍用無人機(jī)對于靈敏度、飛行高度速度、智能化等有著更高的要求，是技術(shù)水平最高的無人機(jī)，包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機(jī)和無人戰(zhàn)斗機(jī)等機(jī)型；

（2）民用無人機(jī)一般對于速度、升限和航程等要求都較低，但對于人員操作培訓(xùn)、綜合成本有較高的要求，因此需要形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務(wù)，目前來看民用無人機(jī)最大的市場在于公共服務(wù)的提供，如警用、消防、氣象等，占到總需求的約70%，而我們認(rèn)為未來無人機(jī)潛力最大的市場可能就在民用，新增市場需求可能出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)植保、貨物速度、空中無線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)獲取等領(lǐng)域；

（3）消費(fèi)級無人機(jī)一般采用成本較低的多旋翼平臺，用于航拍、游戲等休閑用途。

無人機(jī)的應(yīng)用前景還是很廣泛的，對于新興的技術(shù)產(chǎn)業(yè)來看，其存在的意義價(jià)值還是很大的。

效果實(shí)現(xiàn)及實(shí)際意義

一、應(yīng)用場景

民用無人機(jī)下游需求非常廣泛，包括農(nóng)業(yè)、電力石油、檢災(zāi)、林業(yè)、氣象、國土資源、警用、海洋水利、測繪、城市規(guī)劃等多個(gè)行業(yè)。近年來無人機(jī)在民用市場的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，如農(nóng)林植保和電力巡線兩個(gè)領(lǐng)域，無人機(jī)需求較為迫切，且具備較大的市場規(guī)模。我們認(rèn)為其它行業(yè)的潛在需求也將逐步顯現(xiàn)，我國民用無人機(jī)市場空間巨大，將進(jìn)入快速發(fā)展期。

二、無人機(jī)形態(tài)切換及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1、形態(tài)切換

無人機(jī)主體形態(tài)分為三種：實(shí)體模式、線框模式和熱力模式。通過點(diǎn)擊下方按鈕，可切換至按鈕所對應(yīng)的形態(tài)。切換的過程中，將目標(biāo)形態(tài)進(jìn)行顯示，并分別上下移動(dòng)目標(biāo)形態(tài)和原形態(tài)，使用戶可以短暫的進(jìn)行同時(shí)查看，之后再回歸原位并將原形態(tài)進(jìn)行隱藏。隱藏的方式則有所不用，線框模式是改變線框顏色，其余兩種模式則是調(diào)整模型的透明度。這里的線框是根據(jù)模型的輪廓生成的，通過 3D 引擎自動(dòng)計(jì)算描繪，非常便捷。

通過 3D 引擎，我們可以生成立體圖形，也可以添加導(dǎo)入的模型，圖形的位置由 x、y、z 三個(gè)方向的坐標(biāo)來確認(rèn)，而坐標(biāo)軸匯聚的原點(diǎn)則是圖形的錨點(diǎn)，無人機(jī)前方旋轉(zhuǎn)的圓環(huán)則是將錨點(diǎn)調(diào)整到圓環(huán)中心后，操縱 rotation 屬性進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng) 。在系統(tǒng)中線框狀態(tài)的無人機(jī)則是像圖中左側(cè)的球體這樣生成的，如果我們將圖形的透明度調(diào)為 0，則只顯示線框的樣式。

2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在線框模式下，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)按鈕的上方出現(xiàn)了一個(gè)小按鈕，點(diǎn)擊它就可以進(jìn)入到無人機(jī)的另一個(gè)狀態(tài)，在這里我們除了可以看到線框，還能夠接觸到無人機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，查看它的每一個(gè)部件。進(jìn)入的過程會(huì)將場景內(nèi)的其它圖形隱藏，將內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示出來。

三、界面和面板搭建

界面的搭載上，承載著無人機(jī)的各種指標(biāo)數(shù)據(jù)，可以在無人機(jī)航行的時(shí)候，準(zhǔn)確且即時(shí)地反饋運(yùn)行中的飛行情況，通過數(shù)據(jù)的傳遞，可以使無人機(jī)的操作人員預(yù)測到一些突發(fā)狀況或者了解機(jī)身的狀態(tài)。

總結(jié)

現(xiàn)如今，信息化快速發(fā)展，智能化工具成為了新生產(chǎn)力出現(xiàn)在我們的生活中。與此同時(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念也隨之誕生，將人、數(shù)據(jù)、設(shè)備聯(lián)系到了一起，而可視化界面則可以很好的將數(shù)據(jù)和設(shè)備進(jìn)行展示，方便管理的同時(shí)也更加安全、高效。

結(jié)合眾多行業(yè)上積累的經(jīng)驗(yàn)，HT實(shí)現(xiàn)了許多的行業(yè)可視化解決方案，例如在民航飛機(jī)的案例實(shí)現(xiàn)上，有想要了解更多有趣的實(shí)現(xiàn)方法，可以通過《三維組態(tài)的仿真運(yùn)用案例：民航飛機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)控》來了解實(shí)際的應(yīng)用場景。