人工智能背景下无人机在野外探究的应用探析

摘要：无人机能够为《自然地理学》野外探究提供有力的技术支撑。无人机应用于《自然地理学》野外探究，能够快速获取航空影像、快速计算测试数据、及时供给急救药物。无人机应用于《自然地理学》野外探究的问题主要有：个别型号受到限制、容易引起当地人的恐慌、存在主权侵害的潜在危险。针对这些问题的解决策略主要有：延长无人机的续航时间，提高无人机定位的准确性，提高无人机飞行安全性。

关键词：人工智能；无人机；野外探究；自然地理学

引 言

在人工智能迅速发展的背景下，科学技术日新月异，为教育的发展也带来了更多的机遇和挑战。特别是随着5G时代的来临，教育也将会发生翻天覆地的变化。无人机应用于《自然地理学》野外探究，能够代替人工完成野外探究任务，能够减少人员在野外探究过程中可能会出现的各种意外事件。无人机与人类相比，在野外探究中能够节约更多的时间，更加及时地应对各种突发情况，更加高效地收集数据。

一、VUCA时代的特点

（一）易变性与复杂性

“今天被誉为雾卡新常态时代，即VUCA。其体现出显著的易变性、不确定性、错综复杂和模糊不清的特点。”[1]VUCA时代下，技术的更新换代十分迅速。虽然现在人工智能主要是集中发展弱人工智能与专用人工智能，但是技术在教育、医疗、军事等领域的应用效果是十分可观的。人工智能并不是一门独立的学科，而是一门技术，其存在的意义是服务于人类社会。《地平线报告2015-2019年版》对人工智能领域的发展阶段和未来趋势进行了整理，如表1所示：

表1 《地平线报告2015-2019年版》对人工智能领域的发展阶段整理及未来趋势预测

年度 2015版 2016版 2017版 2018版 2019版

2016 自帶

设备 翻转

课堂

2017 创客

空间 可穿戴设备 自带

设备 学习分析自适应技术

2018 增强现实虚拟现实 创客

空间 自适应学习技术 移动

学习

2019 自适应学习 物联网 物联网 下一代学习管理系统 创客空间 分析技术

2020 情感

技术 机器人 自适应学习技术 人工智能 移动

学习 分析

技术

2021 自然用户界面 人工

智能 混合

现实 人工

智能

2022 融合现实 机器人

2023 区域链 虚拟

助手

2024

（二）不确定性与模糊性

VUCA时代，边界的位移和内容的相互客串是很常见的。“伴随5G的来临，场馆学习也愈来愈炙手可热。比如咖啡厅、餐厅、公园等地方，都可能在提供其专项服务的同时，还能够为用户提供学习场地。”[2]大数据时代下，信息和交流和沟通也显得尤为重要，知识与信息之间的交互越来越明显。很多课程通过各种形式的网络载体被转化为资源形态，除了具有瞬时效力之外，还能够在今后很长的一段时间里供其他需求者观摩和学习。“现实和虚拟环境的交互作用越来越突出，数字孪生对未来教育形态会带来很大的影响，能够更加有效地节约资源成本。”[3]将无人机应用到野外探究中，同样体现了现代技术对教育领域的有力支撑作用。

二、《自然地理学》野外探究频遇的困难

（一）受到环境的过多限制

有些地方人迹罕至，甚至很多探险者有去无回，即使已经做了充分的准备，对调查人员来说也是巨大的挑战。即便已经进入探究地点，也会因为地形地势、气候条件等自然环境的限制，难以顺利展开调查。

（二）影像获取受到限制

单纯地依靠人力进行野外探究，通过摄像机等拍照设备获取影像之后，还需要将影像再上传到其他平台。野外探究的环境通常来说比较艰苦，网络也很难覆盖，想要获取影像需要十分漫长的时间，甚至需要探究结束之后才能够上传。另外，在野外经常会遇到一些特殊情况，一旦摄像设备意外破坏难以恢复，未上传到平台的影像资料也会随之消失，之前的探究也随之付诸东流。

（三）数据计算时间过长

人的大脑最多同时处理九件事情，人的数据储存和运算能力都是有限的。庞大的数据和复杂的运算程序假如不借助一些智能工具来计算的话，大脑很难能够在短时间内计算出准确的结果。

三、无人机应用于野外探究的策略

（一）延长无人机的续航时间

无人机的续航问题是比较令行业头疼的难题，一般无人机的续航时间集中在20-40分钟，不能够满足长时间工作的需求，要解决这一难题，可以从两个层面来入手。首先，改变无人机的电源。尽管这是解决难题的一个办法，但是却很难能够实现。油动力的无人机的续航时间是电动力无人机续航时间的五—六倍，但是危险性太大。第二，改变无人机的充电方式。来自清华大学创客空间协会的UVAPowerPlus团队在2015年中美青年创客大赛上，凭借着自主研发的无人机充电桩，在比赛中获得了很好的成绩。这种充电桩类似于加油站，在无人机中写入特定的程序，当电量不足不能完成飞行任务时，自动搜索距离较近的充电桩，并停在上面，充电桩为无人机提供无线快速充电，而充电桩本身是太阳能供电，把太阳能储存起来更快的提供给无人机，帮助无人机实现远距离飞行，这种充电方式绿色环保，节省人力。

（二）提高无人机定位的准确度

在山区，无人机与控制终端之间通常都会存在遮挡物，特别是在一些偏远地区，无人机常常需要翻山越岭才能够到达目的地，这对无人机的飞行准确性要求很高。可以在一架大型无人机上装上移动控制器，将这一无人机作为移动基站悬停在高空。控制命令通过地面控制中心输送给移动基站，然后再由移动基站将这些命令输送给负责执行的无人机。

（三）完善无人机监管的相关法律法规

一般而言，无人机的使用必然会与超视距飞行和在人群上空飞行相联系。但是，国外的法律普遍禁止无人机超视距飞行以及在人群上空飞行，除非获得监管机构的允许。这就造成了无人机送货在国外发展困难重重。谷歌在2016年8月获批在美国展开无人机送货测试，前提就是获得FAA的豁免。这主要是因为各国的无人机应用依然处于初步发展阶段，对无人机的监管规则十分匮乏，存在很多空白领域，亟待依赖大量的测试逐步建立相应的规则。

四、结论

“最神圣的目标是拥有一个自动的无人机网络，这些飞机独立完成其工作，同时人类来监控这些交付移动”纽约巴德学院无人机研究中心主任Arthur Holland Michel说。“或许这项技术还需要几年的发展才足够被信任，并用于运送重要货物在这些险峻的偏远地区，如非洲；但这就是科技为何为科技。”无人机的应用对《自然地理学》野外探究工作来说既是机遇也是挑战，但是从长远来看，无人机技术会为野外探究工作带来更多的便利。

参考文献

[1]卢艳军，王诗宇，张太宁.针对目标跟踪过程的双目视觉测距方法研究[J/OL].电光与控制：1-5[2019-7-18].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/41.1227.TN.20190626.1454.002.html.

[2]宋智.VUCA时代：加速领导力发展的路径[J].中国商论，2016（04）：30-31.

[3]Zanna Friberg，Isto Huvila. Using object biographies to understand the curation crisis： lessons learned from the museum life of an archaeological collection[J]. Museum Management and Curatorship，2019，34（4）.

作者简介：段元超（1995.06.10），女，汉族，山东省泰安市，研究生在读，江西科技师范大学，江西省南昌市，330000，教育学。