基於無人機建模的數字孿生智慧校園

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基於無人機建模的數字孿生智慧校園數字孿生是現實世界中的實體或系統的數字化表示，是數字化轉型的關鍵組成部分和推動者。它以數字化的形式在虛擬空間中構建了與物理世界一致的高保真模型，通過與物理世界間不間斷的閉環信息交互反饋與數據融合，能夠實時監控物理世界的變化。當前對於智慧校園的建設主要集中在簡化審批流程等方面，忽略了對校園諸場景人流密度信息的關注。如果不能有效地解決錯峰就餐、運動和空閒自習室查找等問題，學生的時間利用率和體驗舒適度將會大大降低。並且智慧校園管理雲平台的界面還是停留在簡單的文字交互，無法對管理人員和用戶生動可視化呈現當前運行狀況。

目錄

技術要點

本項目對管理平台的人機界面進行創新，採用新一代3D交互圖形界面，將大大降低用戶使用門檻及溝通、執行效率。並針對此校園場景下實時人流密度信息進行建模，結合深度學習目標檢測技術和SLAM無人機自動導航技術，通過微信客戶端實現了向用戶提供實時數字孿生服務以實現校園錯峰就餐、運動和空閒自習室的查找。

本文提出的模型能夠較好的實現校園諸場景的數字孿生模擬，能夠顯著提高學生群體的時間利用率和體驗舒適度，對智慧校園的建設提出了新的思路和解決方案，具有較高的應用價值。

創新點

數字孿生校園系統的核心分為兩大部分分別是基礎模型和交互系統。校園模型採用3DS MAX對無人機採集到的校園圖像信息進行高精度的模型重建，高度還原校園的整體構造。第二部分的交互系統在校園模型的基礎上，引入虛幻4引擎對3D模型的交互系統進行開發，通過對接外部物理校園的數據，實現虛擬數字孿生模型和外部物理校園的實時交互。

應用前景

通過幾個月時間的調研與研發，數字孿生智慧校園項目基本成型。

團隊通過優化目前已有的FPGA+STM32飛控板，改變數據交互方式，通過4G模塊實現無人機，服務器的直接交互，減少了遙控器的中轉部分，避免了數據的丟失；利用智能終端聯網，來實現對機群的控制；採用太陽能與電池雙供電方式，來提高無人機的飛行時間與速度。

優化一鍵起飛，一鍵降落功能；完善基於機器學習的防炸機功能，提高預判的準確性；加入毫米波模塊實現避障；加入攝像頭實現人臉識別和跟隨。同時利用霧計算的概念，將機器學習算法移植到智能終端上，以減少雲端的壓力，優化系統數據的延時。

採用冗餘系統的概念，除了原本的飛控板內容，再增加一塊中央處理芯片，實現對無人機飛行的保障，一旦無人機出現炸機則直接控制備份處理芯片自動運行懸停迫降程序，以此來減少無人機的安全事故，保障無人機的飛行安全。

儘管項目的基本框架已經實現，但是整體還是有許多需要優化與改進的地方，下一步團隊將會從以下幾個方面着手優化系統：

1、在構建三維模型時由於環境的複雜性，模型上一部分點將會缺失，需要繼續優化導航方式以得到更加豐富的建築信息，使得重建出的模型更加精確。

2、在對籃球場的圖像識別時，只能對特定角度籃球場的圖像進行識別，無法在任意角度識別出籃球場的位置以及球場內的信息。需要改進圖像識別算法，使得飛機可以在任意角度識別球場內的信息。

相信通過團隊接下來一段時間的努力，我們構建數字化智慧校園的技術將會更加成熟，可以為未來數字孿生城市提供一個方案，貢獻研究生的一份力量。