基于5G网络的《无人机创新创业实践》教学研究①
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摘 要：《无人机创新创业创业实践》课程是在国家提倡大众创业万众创新的背景下，我校开设的一门创新创业实践课程，有力的推动了我校航空内涵建设。随着5G网络的发展和成熟，开展基于5G网络的《无人机创新创业实践》教学研究具有十分重要的意义。本文介绍了5G网络下无人机的优势和应用范围，并尝试与企业联合开展5G无人机创新创业实践，并建立了5G无人机联合实验室，为学生搭建良好的创新创业实践平台。
关键词：5G网络 无人机 创新创业 教学研究
中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（b）-0213-02
《无人机创新创业实践》是我校为了建设以航空为主要特色的高水平应用型大学而开设的一门特色课程，该课程是在介绍无人机相关基本知识的基础上，鼓励学生开展与无人机相关的创新创业实践活动。目前国内开展无人机创新创业课程的高等院校并不多，因此该课程可借鉴的相关教学理论和实践案例并不多见。而且目前的无人机的控制多是基于wifi和4G网络信号，受时延和控制距离的影响，其应用领域受到一定的限制。随着5G网络时代的到来，有必要开展基于5G网络的《无人机创新创新实践》的教学研究。
1 应用于创新创业教学的基于5G网络的无人机
5G网络是智能社会、万物互联的基础。五代移动通信技术（5th-Generation，简称5G）是最新一代蜂窝移动通信技术，5G网络的主要优势在于数据传输速率最高可达10Gbit/s，相比于4G网络快100倍，另一个优势是较低的网络延迟，低于10毫秒，而4G为30～70ms。目前4G网络和Wi-Fi网络下的无人机，由于在定位精度和覆盖空域等限制较多，制约它的长远发展和价值发挥。因此基于5G网络的无人机创新创业案例，具有以下显著优势：
（1）在高传输速率的支持下，支持4K超高清视频，实现动态高纬度的超高清广角俯视效果。
（2）毫秒级的传输时延将使无人机响应地面命令更快，地面飞手对无人机的操控更加精确;厘米级定位精度可满足城区复杂地形环境的飞行需求。
（3）在无人机的飞行数据安全保障方面，5G的数据传输过程更加安全可靠，无线信道不容易被干扰或入侵。
（4）凭借5G的海量连接特性，5G网络可以接入的无人机数量，理论上每平方公里可以接入100万个终端。
2 5G无人机的教学应用领域
5G无人机在农业领域的教学应用。（1）业务场景：农田药物喷洒和农田信息测绘。（2）价值主张：药物喷洒提升效率20倍，成本降低30%。工作效率由10～20亩/天/人提高到300～400/亩/天/机。实现勘察作业实时高清，飞行状态监控，网络定位，智能化计算。（3）技术指标：喷洒应用数据传输速率10mbps，测绘应用（8k）数据传输速率120mbps;时延为20ms;覆盖高度：喷洒作业10m，测绘作业200～300m;定位精度小于0.1m。
5G无人机在巡检领域的教学应用。（1）业务场景：电力巡检、基站塔台、输油管道。（2）价值主张：电力巡检人工作业2h，无人机10min，效率提升12倍。作业人员人身安全保障;安全智能遥控，高效数据采集。（3）技术指标：4k高清图传场景速率为50mbps以上;时延为30ms;覆盖高度：电力、基站巡检作业为50～100m，输油管道巡检为3km。
5G无人机在物流领域的教学应用。（1）业务场景：物流快递。（2）价值主张：提升配送效率，更好用户体验。配送效率至分钟级，成本降低70%。飞行状态监控及网络定位。（3）技术指标：传输速率为30mbps;时延为5ms;覆盖高度：末端物流为100m，支线物流为3km;定位精度小于1m。
5G无人机在安保领域的教学应用。（1）业务场景：消防监控、治安巡逻、反恐监控、边防巡检。（2）价值主张：警用安防巡查效率提升50%;高清实时视频，网络定位，智能化大数据分析。（3）技术指标：传输速率为50mbps;时延为20ms;覆盖高度100m;定位精度小于1m。
5G无人机在水务领域的教学应用。（1）业务场景：水质监测、日常巡查、水文数据获取、防汛抗洪、 水土保持监测。（2）价值主张：无人机荷载多光谱相机进行水体地物光谱采集，利用采集的多光谱影像，通过自主研发的 聚类分析算法，对多光谱遥感影像数据进行针对水质特征的影像聚类分析，得出水质状况定性结论。结合抽样水样检测数据获得定量数据，综合分析，可总体掌握监测水域的水质状况。（3）技术指标：传输速率为30mbps;时延为5ms;覆盖高度为50m;定位精度小于5m。
3 与企业联合开展5G无人机创新创业实践
为了给学生提供良好的5G无人机创新创业实践平台，我校与中国联通滨州分公司签署了关于5G无人机的合作协议。合作内容包括：（1）双方相互明确对方为战略合作伙伴。（2）联通公司将致力于5G网络部署战略规划、5G网络运营研究，在不违反其商业原则的前提下为我校提供5G网络环境。（3）联合开展科学研究。联合在工业能源、教育、人工智能与机器人、无人机等5G应用的重点领域进行业务探索，联合开展行业需求洞察与研究，共同孵化5G应用，探索5G新商业模式。（4）合作举办学术活动。双方协商确定学术活动主题、举办方式、举办地点、举办时间，联合举办研讨会或高层学术论坛，促进学术交流。（5）合作培养人才。我校发挥学校的优势，根据需求，为企业定向培养、输送相关专业人才，优先向企业推荐优秀毕业生;企业为我校学生提供5G无人机相关的实习实训提供便利。
此外，为了《无人机创新创业实验》课程的实践，我校与相关企业签订了联合实验室的共建方案。（1）搭建测试展示平台。搭建网络测试环境，实现5G等网络的完善覆盖。提供5G无人机相关设备和应用平台进行现场展示。邀请相关专家，组建实验室运营团队，制定准入孵化规则和孵化规范，定期发布孵化结果和行业孵化成果等白皮书。结合5G无人机，开展行业孵化试验验证，支撑产业协会、企业与科研机构合作，共建孵化验证平台。（2）提供孵化环境。提供5G连接、业务使能、应用等平台，为无人机行业和创客提供应用开发、孵化和推广环境。针对无人机行业提出的5G孵化需求，成立虚拟团队进行产品研发和孵化。
4 结语
通过开展基于5G网络的《无人机创新创业实践》教学研究，使学生掌握在5G网络下无人机的优势和应用范围。同时，通过与企业联合开展创业创业實践，为学生提供了良好的实践平台。
参考文献
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