第七屆江蘇技能狀元大賽無人機應用技術項目技術文件

第七屆江蘇技能狀元大賽“無人機應用技術”項目技術文件2024年1月

目錄一、 本項目技術描述………1二、 選手應具備的能力……1三、 競賽內容………………2四、 評分標準及流程………17五、 場地及設施設備………18六、 賽事紀律………………21七、 賽事安全………………21八、 綠色環(huán)保………………22九、 備注……………………22一、本項目技術描述無人機應用技術主要研究無人機結構系統(tǒng)、無人機操控、無人機功能開發(fā)、無人機測繪等方面的基礎知識和技能，以解決使用無人機行業(yè)應用實際問題的競賽項目。比賽中對選手的技能要求主要包括：無人機組裝與調試、無人機維護與保養(yǎng)、無人機操控、程序開發(fā)與測試等；了解無人機結構、無人機測量技術相關的技術和理論；熟練掌握電子裝接、安裝、程序開發(fā)、儀器調試、故障維修等技能。本項目以《無人機駕駛員》、《無人機裝調檢修工》等相關國家職業(yè)標準（高級工及以上級別）為依據，參照第二屆中華人民共和國職業(yè)技能大賽技術文件，結合江蘇省無人機應用技術行業(yè)標準等要求，制定競賽內容、評分標準及流程。本項目為雙人賽，僅設置“操作技能考核”科目，比賽總時長為210分鐘。二、選手應具備的能力（一）應熟悉的理論知識（1）無人機相關的法律法規(guī)、文明生產知識；（2）無人機結構、系統(tǒng)的基本知識；（3）空氣動力學、飛行原理基本知識；（4）無人機測繪測量知識；（5）無人機裝配工藝；（6）無人機數據采集和計算方法；（7）計算機程序開發(fā)基本知識；（8）電工電子基本知識、（9）單片機與嵌入式系統(tǒng)、傳感器檢測技術；（10）安全文明生產與環(huán)境保護知識。(二)應掌握的實操技能（1）能熟練使用工具對零部件組裝，并達到無人機組裝的工藝要求；（2）能對無人機各子系統(tǒng)進行調試；（3）能對無人機故障系統(tǒng)排除；（4）能操控無人機飛行并性能測試；（5）能對無人機功能進行軟件開發(fā)，并滿足任務需求；（6）能使用軟件程序控制無人機全自主飛行；（7）能使用無人機進行測繪應用；（8）能使用測繪軟件三維建圖；（9）能利用模型圖找出巡檢缺陷；（10）能正確填寫相關規(guī)范表格；三、競賽內容（一）考核模塊本項目分為四個考核模塊：智能無人機組裝與調試、智能無人機數字化故障診斷與維修、智能無人機應用開發(fā)及任務仿真、全自主巡檢任務功能驗證。競賽總用時為3.5小時，具體時間分配見表1。表1競賽模塊及時間分配日程考核模塊時間分配C1任務一智能無人機組裝與調試1小時C1任務二智能無人機數字化故障診斷與維修0.5小時C1任務三智能無人機應用開發(fā)及任務仿真0.5小時C1任務四全自主巡檢任務功能驗證1.5小時合計3.5小時任務一智能無人機組裝與調試（1）閱讀技術文件；（2）完成無人機機體零部件組裝；（3）完成無人機電路系統(tǒng)焊接；（4）根據機型完成機架選型；（5）完成傳感器校準；（6）完成遙控器校準；（7）完成電機電調等動力系統(tǒng)校準；完成該任務模塊后報告裁判，簽字確認，并接受裁判檢查。任務二智能無人機數字化故障診斷與維修(1）認真閱讀技術文件；(2）對提供的無人機進行自檢；(3）根據系統(tǒng)報錯提示，對無人機進行故障診斷；(4）完成對診斷故障點進行錯誤排除；（5）記錄和分析故障現象數據，填寫測試報告；完成該任務模塊后報告裁判，簽字確認，并接受裁判檢查任務三智能無人機應用開發(fā)及任務仿真（1）認真閱讀技術文件；（2）使用Python語言編程；（3）完成實現無人機全自主飛行功能開發(fā)；（4）實現智能無人機全自主執(zhí)行作業(yè)任務功能；完成該任務模塊后報告裁判，簽字確認，并接受裁判檢查。任務四全自主巡檢任務功能驗證（1）對無人機飛行前校準和調試；（2）完成任務代碼優(yōu)化；（3）對巡檢任務進行綜合驗證；（4）對巡檢結果進行場地建模；（5）完成模型對比并填寫巡檢報告；完成該任務模塊后報告裁判，簽字確認，并接受裁判檢（二）命題模式本項目屬于賽前需對試題保密的項目。技術規(guī)則和技術文件公布后，專家組組織相關人員通過公開平臺對命題思路、關鍵考核要點、設施設備等關鍵技術問題進行討論，并對提出的意見建議及時解答。依據技術思路，結合競賽時間及場地、設施設備等情況編制樣題，并與技術工作文件一并公布。專家組在打賽組委會領導下，按照保密工作要求，參照競賽技術規(guī)則和技術文件命制試題。（三）競賽樣題2024年第七屆江蘇省狀元賽無人機應用技術大賽（樣題）二〇二四年一月一、競賽注意事項1.競賽總時長210分鐘，進行至60分鐘后選手可以放棄比賽，但不可提前離開競賽場地，需在大賽指定隔離區(qū)域等待大賽結束方可離場。2.賽項共包括5項任務，總分100分，詳細任務及分值見表1。表1：任務名稱及分值表序號名稱分值備注1智能無人機組裝與調試302智能無人機數字化故障診斷與維修203智能無人機應用開發(fā)及任務仿真204全自主巡檢任務功能驗證30合計1003.選手在抽簽工位上進行競賽，按要求在任務書封面上填寫抽簽號。選手務必認真閱讀各競賽任務的重要提示。4.任務書中要求的錄入文件電子文件保存在電腦指定路徑文件夾，否則該項成績記為零分。選手需在計算機桌面新建文件夾，命名原則為“組別+抽簽號+工位號”，如分組A的抽簽號01，2號工位，則命名為“A_01_02”。5.競賽場地分兩部分，“智能無人機組裝與調試”、“智能無人機數字化故障診斷與維修”、“智能無人機應用開發(fā)及任務仿真”在室內場地競賽，全自主巡檢任務功能驗證在室外競賽場地完成。6.裁判評分節(jié)點在任務中有說明，完成相應的任務后請示意裁判進行評分。各任務只驗收1次，請根據賽題說明，確認完成后再提請裁判驗收。評分時間不計入選手競賽時間。7.“智能無人機組裝與調試”、“智能無人機數字化故障診斷與維修”任務由工位裁判評分，“智能無人機應用開發(fā)及任務仿真”、“全自主巡檢任務功能驗證”由專家裁判進行評分。8.選手在競賽過程中需裁判確認部分，應先舉手示意裁判員處理，若技術問題需由裁判通知技術人員協(xié)助處理。9.參賽選手在競賽過程中，不得使用任何工具拷貝現場題目及答題內容，私自拷貝文件帶離現場按照違紀處理，取消競賽所有成績。10.選手在競賽開始前，認真對照工具清單檢查工位設備，確認后開始競賽；選手完成任務后的任務書、競賽零件、工具現場需統(tǒng)一收回，不得擅自帶走。11.競賽過程中，若發(fā)生危及設備或他人安全事故，裁判員應立即終止競賽，情節(jié)嚴重可取消參賽選手資格。12.選手不得擅自離開工位或與其他工位選手交流。13.選手在賽場大聲喧嘩，嚴重影響賽場秩序，將取消其參賽資格。14.選手須按照競賽要求認真填寫各類文檔，并及時保存。評分以提交文檔為準。15.競賽總成績相同時，按照任務三成績排序；若任務三成績相同，按照任務一完成時間排序。任務一智能無人機組裝與調試競賽時間：60分鐘公路、橋梁檢測是一種常態(tài)化工作，及早發(fā)現路橋異?，F象，為路橋的維修養(yǎng)護提供科學依據，延長使用壽命、提高使用安全。傳統(tǒng)路橋檢測采用人工現場察看檢查方式，效率低、難度大、危險系數高。隨著無人機技術快速發(fā)展，無人機搭載專業(yè)設備具有檢測精度高、范圍廣、效率高、成本低的特點。已成為替代傳統(tǒng)人工檢測的新型作業(yè)方式。假設你是某無人機公司的工程師，收到一臺路橋巡檢過程中損壞的無人機。需要根據返修工單中問題描述進行故障診斷，并完成無人機維修及調試工作，使無人機恢復正常工作狀態(tài)。并請你協(xié)助研發(fā)部門對該無人機進行基礎應用功能開發(fā)，使其滿足針對公路及橋梁全自主檢測的智能無人機。1、無人機組裝與調試任務內容選手須在規(guī)定時間內，使用大賽統(tǒng)一提供設備完成智能無人機的飛控系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、機架系統(tǒng)等組裝工作，部分電路需要焊接，請務必注意電烙鐵使用安全。在地面站軟件中完成飛控系統(tǒng)相關參數設置。2、大賽提供統(tǒng)一物料清單如表2所示序號名稱單位數量1LJ_EDU智能飛控套12上蓋板塊13中框總成塊14機臂根45腳架根46天線外殼個47上殼個18下殼個19電機座套4103515無刷電機個41140A無刷電調個4121760螺旋槳對213D2245分電板塊114LJ_R15遙控器個115接收機個116Type-C調參線根13、智能無人機組裝調試參考步驟：1、飛控系統(tǒng)、分電板安裝至中框總成2、將電機安裝至電機座，并連接電調3、安裝電機座下蓋板4、安裝天線外殼至電機座下蓋板5、將機臂安裝至中框總成6、完成飛控、分電板等接線7、安裝上蓋板8、校準電機水平4、裝配完成如圖1所示圖1智能無人機裝配完成圖注意：請在電器接線、焊接后，先舉手示意裁判進行評分再安裝上下殼。完成任務2后，舉手示意裁判進行評分任務二：智能無人機數字化故障診斷與維修競賽時間30分鐘根據大賽提供的智能無人機及維修設備以及維修工單故障描述內容，使用地面站軟件對智能無人機設備進行故障診斷，記錄故障參數并填寫附件一“故障記錄表”，查找導致該故障的原因，針對可能導致故障的原因進行確認，并填寫診斷清單（完成附件二中“故障現象”、“故障原因”欄內容，附件三檢修報告內容）；返修工單硬件故障描述：無人機墜落，傳感器報錯提示軟件故障描述：軟件報IMU異常，無人機無法起飛情況描述：無人機巡檢過程中撞擊障礙物導致墜機。重啟無人機并解鎖時系統(tǒng)報錯，提示IMU數據異常。備注：無法搜索GPS衛(wèi)星信號磁羅盤提示“主羅盤未連接”（一）根據任務要求，對設備故障點進行定位1、先嘗試解鎖無人機；2、若無法解鎖，請根據錯誤代碼和錯誤信息進行故障查找；3、根據錯誤代碼和錯誤信息，并與故障參數進行比對驗證并填寫附件二。（二）根據任務要求，對設備故障點進行精確定位1、對故障點進行初步排障；2、嘗試解鎖無人機；3、若該故障點不再提示錯誤，則正確找到故障點；4、將故障點進行描述和記錄。（三）根據任務要求和已知故障點進行維修任務，并填寫附件三檢修報告。1、對導致故障點的問題進行排除并核對；2、解鎖測試故障點已正確排除；完成任務2后，舉手示意裁判進行評分。任務三：智能無人機應用開發(fā)及任務仿真競賽時間30分鐘為滿足智能無人機全自主路面巡檢項目需求，請在巡檢區(qū)域內（如圖2所示）根據任務目標要求，使用Python語言工具在智能無人機的機載計算機中進行功能研發(fā)。程序執(zhí)行后，智能無人機從起降點自主起飛行至路面作業(yè)區(qū)域上空執(zhí)行航線巡檢工作，任務結束后自動返航至起降點。并將最終程序保留至桌面指定文件夾。1、任務目標：（1）智能無人機能夠執(zhí)行全自主飛行；（2）在飛行過程中無需人工干預，能自動拍照實現相片采集；（3）航線自主巡檢任務結束后，飛行器能自動返航，降落后自動加鎖。（4）所有功能能夠在仿真環(huán)境中實現。2、智能無人機全自主巡檢任務參數如下：（1）無人機全自主起飛至5米；（2）場地尺寸：長：15米、寬：15米、高6米，合理規(guī)劃無人機飛行航路，執(zhí)行巡檢飛行任務；（3）飛行時每條航線間隔1米； （4）巡檢范圍由坐標（0，0）、（20，20）兩個點構成方形區(qū)域；圖2場地示意圖完成任務3后，舉手示意裁判進行評分注意：1、此處評分需要提供仿真全流程視頻錄屏，選手將錄屏內容保存至桌面指定文件夾，并提示意裁判進行評分。為保障飛行安全，在仿真任務中驗證全自主飛行功能實現后，才能參加外場飛行任務（任務四），仿真飛行不通過禁止在外場飛行（此處需技術支持人員確認）。任務四：全自主巡檢任務功能驗證競賽時間90分鐘該任務由全自主巡檢任務驗證和場地建模兩個部分組成共90分鐘，其中全自主巡檢任務驗證環(huán)節(jié)為30分鐘，場地建模時間為60分鐘。作為公路巡檢工作人員，請使用智能無人機完成江蘇省境內的滬寧線G2某路段巡檢工作，若發(fā)現路面防撞設施損壞、路面裂紋、路面坑槽、路面龜裂等問題，請?zhí)顚懧访嫜矙z表并及時上報。請使用任務三開發(fā)的智能無人機完成全自主巡檢任務功能驗證任務。一、飛行作業(yè)任務目標：（1）請對無人機進行飛行前校準和調試，并填寫飛行前自檢清單；（2）在指定飛行測試場地內標定坐標信息；（3）優(yōu)化全自主巡檢程序，以滿足實際飛行需求；（4）為確保任務安全，全自主飛行前須手動測試智能飛行器性能；（5）智能無人機須在指定區(qū)域起降，并完成巡檢航路飛行及拍攝任務；二、建模任務目標：（1）程序執(zhí)行后，智能無人機將對目標區(qū)域進行全自主數據采集，拍攝不低于200張照片；（2）對采集到的數據使用建模軟件完成場地三維建模，建模面積需全覆蓋飛行場地（飛行場地以邊界點為準）；（3）與歷史數據進行比對，對巡檢的建模結果進行篩選和調試，完成《無人機巡檢任務書》（附件四），（4）對所處理的進行篩選和記錄，完成巡檢報告。完成任務3后，舉手示意裁判進行評分附件一故障記錄表解鎖報錯信息截圖故障參數截圖磁羅盤故障參數記錄主羅盤ID主磁羅盤X軸偏置主磁羅盤Y軸偏置主磁羅盤Z軸偏置IMU故障參數記錄主IMUID加速度計X軸偏置加速度計Y軸偏置加速度計Z軸偏置陀螺儀X軸偏置陀螺儀Y軸偏置陀螺儀Z軸偏置通訊故障參數記錄機載計算機接口機載計算機本地端口飛行控制故障參數記錄UWB地磁偏置最大下降速度下雷達數據偏置附件二故障診斷維修記錄序號故障現象故障原因解決方法12345附件三檢修報告返修單描述現象檢測現象傳感器異常數據名稱傳感器異常數據值附件四無人機路面巡檢報告索引：編制：修訂：版本號：無人機路面巡檢報告區(qū)域名稱：巡檢時間：負責人：（填寫抽簽號）

航測飛行報告概況明細概況內容路面編號（起始至終結）Xxxx（對應空三坐標）相對航高Xm（米）飛行速度Xm/s（米/秒）航線邊界Xxxx；XXXX；XXXX；XXXX（對應GPS（UWB）坐標）（X，Y，Z）照片張數X計算地面分辨率（GSD）Xcm/pixel（厘米/像素）2、空三報告概況明細概況內容模型采用照片數量（張）X張地面分辨率（GSD）Xcm/pixel（厘米/像素）加密點平面位置中誤差Mean:Xmm；Ymm；Zmm；3、線路概況表概況明細概況內容路面編號（起始至終結）（數據精確到0.001，四舍五入）Xxxx（對應模型坐標）單位為M模型疑似缺陷數量（處）Xxxx處4、缺陷概況匯總表疑似缺陷編號缺陷描述12345巡檢情況對比巡檢區(qū)域編號歷史數據巡檢數據截圖粘貼處1截圖粘貼處1截圖粘貼處2截圖粘貼處2截圖粘貼處3截圖粘貼處3截圖粘貼處4截圖粘貼處4四、評分標準及流程本項目分為4個任務，總分為100分，詳細評分任務及分值如表2所示。評分方法為：過程評分、結果評分兩類，其中智能無人機組裝與調試為過程評分，其余模塊為結果評分。表2評分任務及對應分值序號名稱分值備注1智能無人機組裝與調試302智能無人機數字化故障診斷與維修203智能無人機應用開發(fā)及任務仿真204全自主巡檢任務功能驗證30合計100本項目評分流程參考職業(yè)技能大賽的評分方法進行。各專家裁判和裁判員隊伍分為不同的組別，每組不少于3人，由裁判長指定組長，分別對各模塊進行評分。各評分小組負責所有選手同一指標的現場評分，并簽字確認評分結果，如有現場演示部分，則需要選手現場簽字與裁判共同確認結果。五、場地及設施設備（一）場地1、競賽場地光線充足，照明良好；供電供水設施正常且安全有保障；場地整潔；內場每個賽位布局參照內場示意圖1所示，占地不小于6m2（2m×3m），場地凈高不低于3m；外場每個賽位占地不小于225m2（15m×15m），場地凈高不低于7m且標明賽位號，每個競賽賽位提供380V、220V交流電源，每個賽位提供獨立的電源保護裝置和安全保護措施。圖1內場工位示意圖2、競賽場地設置隔離帶，非裁判員、參賽選手、工作人員不得進入比賽場地；競賽場地劃分為檢錄區(qū)、競賽操作區(qū)、現場服務與技術支持區(qū)、休息區(qū)、觀摩通道等區(qū)域，區(qū)域之間有明顯標志或警示帶；標明消防器材、安全通道、洗手間等位置。3、賽場設置保密室、閱卷室、核分室、裁判專家工作室、工作人員休息室。監(jiān)督室、仲裁室、醫(yī)務室。4、賽場設有保安、公安、消防、醫(yī)療、設備維修和電力搶險人員待命，以防突發(fā)事件；賽場還應設有生活補給站等公共服務設施，為選手和賽場人員提供服務。5、賽場設置安全通道和警戒線，確保進入賽場的大賽參觀、采訪、視察的人員限定在安全區(qū)域內活動，以保證大賽安全有序進行。（二）設施設備1、競賽設施設備和工具（1）競賽設備競賽場地設備由主辦方統(tǒng)一提供，供選手及裁判使用的設備，具體場地設備設施見表4-1。表4-1無人機應用技術賽項技術平臺主要配置清單序號設備名稱配置數量備注1無人機橋路巡檢應用平臺1、橋路巡檢無人機軸距680mm機臂:碳纖維+工業(yè)級注塑成型件機體結構：鋁合金一體主體內置機載計算機飛控系統(tǒng)（一體式結構）雙電池冗余保護（5800mAH*2/架飛機）包裝：便攜式航空箱1套實際比賽場地按照人數調整2、圖數一體鏈路最大通信距離：16km通道：13顯示設備：5.5英寸高清高亮觸摸LCD顯示屏系統(tǒng)配置：Android9.02G運行內存，16G存儲空間1套3、下視覺傳感器板載2WIRLED以改善低光操作光流量傳感器大于9Lex的超低光照條件下的光學流量計算內置距離傳感器，支持最大30M定高飛行，抗強光干擾200kLux環(huán)境光1套4、高清云臺一體化相機云臺支架鏡頭：定焦、六倍數碼變焦視頻信號輸出方式：網絡、HDMI、CVBS控制信號輸入方式：網絡、串口、SBUS5、無人機橋路巡檢應用軟件（Python）無人機自主校準位置姿態(tài)，使其在起飛點正常起飛和降落無人機按規(guī)劃航線依次換航上述巡檢過程拍照記錄，拍照間隔1s具有圖像識別功能有前方、下方識別能力1套6、3D建模軟件支持紅外多譜影像能以快速處理任何比例的格網模型，生成正射影像、三維PDF和iModel，并可以在格網模型的視覺環(huán)境中實現直觀搜索、導航、可視化和動畫能生成三維CAD模型能基于各種CAD格式、三維通用格式、DSM和密集三維點云生成三維模型，兼容9款主流GIS平臺7、LJEDU智能控制系統(tǒng)支持智能無人機性能調參提供專用API通信接口，并提供Andriod/IOS的SDK，同時與OCP相結合，支持各類無人機配套產品并可進行機載軟件的二次開發(fā)故障設置：能設置無人機軟、硬件故障點20個。1套2