2025年無(wú)人機(jī)駕駛員職業(yè)技能考核試卷（無(wú)人機(jī)編程案例）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______案例一：城市巡檢無(wú)人機(jī)編程任務(wù)背景：你是一名無(wú)人機(jī)駕駛員，需要使用一架搭載高清攝像頭和GPS模塊的無(wú)人機(jī)執(zhí)行一次城市建筑外墻的巡檢任務(wù)。飛行區(qū)域大致呈矩形，長(zhǎng)約500米，寬約300米，地面有一些不規(guī)則的障礙物，如停放的車(chē)輛和垃圾桶。無(wú)人機(jī)起飛點(diǎn)位于矩形區(qū)域的一角（坐標(biāo)：0,0），目標(biāo)點(diǎn)是矩形的對(duì)角角（坐標(biāo)：500,300）。任務(wù)要求無(wú)人機(jī)沿外墻飛行，完成拍照，并盡量高效地覆蓋整個(gè)區(qū)域。飛行高度需保持15米，速度限制為5米/秒。無(wú)人機(jī)需具備自動(dòng)避障的基本能力，當(dāng)探測(cè)到前方5米內(nèi)有障礙物時(shí)，應(yīng)自動(dòng)繞行。任務(wù)過(guò)程中需時(shí)刻監(jiān)控電量，電量低于20%時(shí)自動(dòng)返航至起飛點(diǎn)降落。編程環(huán)境基于PX4SITL，使用Python語(yǔ)言通過(guò)QGroundControl的腳本功能實(shí)現(xiàn)。編程任務(wù)：請(qǐng)編寫(xiě)Python腳本，使用PX4SITL的API實(shí)現(xiàn)上述城市巡檢任務(wù)。腳本需要完成以下功能：1.任務(wù)初始化：實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的安全檢查、GPS等待（等待GPSfix達(dá)到2D或3D）、起飛至15米高度。2.路徑規(guī)劃與執(zhí)行：設(shè)計(jì)并執(zhí)行一個(gè)飛行路徑，使無(wú)人機(jī)能夠沿矩形外墻飛行，覆蓋整個(gè)區(qū)域。可以采用航點(diǎn)規(guī)劃或沿邊界搜索的方式。請(qǐng)描述你選擇的路徑策略及其原因。3.拍照任務(wù)：在飛行過(guò)程中，要求無(wú)人機(jī)在飛越預(yù)設(shè)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)（例如：坐標(biāo)（100,50）、（200,150）、（300,250）、（400,200））時(shí)自動(dòng)拍照。請(qǐng)編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)拍照功能的代碼。4.避障邏輯：實(shí)現(xiàn)基本的避障邏輯。當(dāng)傳感器檢測(cè)到前方5米內(nèi)有障礙物時(shí)，無(wú)人機(jī)應(yīng)執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單的繞障動(dòng)作（例如：向左偏轉(zhuǎn)90度，前進(jìn)1米，再右轉(zhuǎn)90度，繼續(xù)沿原方向飛行），繞過(guò)障礙物。5.電量監(jiān)控與返航：實(shí)現(xiàn)電量監(jiān)控功能。當(dāng)電池電量低于20%時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)返航程序，安全降落至起飛點(diǎn)。6.任務(wù)結(jié)束與降落：完成巡檢任務(wù)或觸發(fā)異常情況后，安全降落至起飛點(diǎn)。要求：*請(qǐng)?jiān)谀_本中添加必要的注釋，解釋關(guān)鍵代碼的功能和邏輯。*考慮代碼的可讀性和模塊化。*描述你設(shè)計(jì)的避障策略和繞障動(dòng)作的具體實(shí)現(xiàn)方式。*考慮如果GPS信號(hào)丟失，無(wú)人機(jī)應(yīng)如何應(yīng)對(duì)（可以簡(jiǎn)述策略，無(wú)需具體代碼）。案例二：農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)噴灑任務(wù)背景：你操作一架搭載噴灑系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)，執(zhí)行一片農(nóng)田的農(nóng)藥噴灑任務(wù)。農(nóng)田形狀不規(guī)則，面積約1公頃，地塊內(nèi)有一些小型隆起和凹陷。無(wú)人機(jī)需要從田邊的一個(gè)指定點(diǎn)起飛，按照預(yù)設(shè)的路徑對(duì)整個(gè)農(nóng)田進(jìn)行均勻噴灑。飛行高度為3米，前進(jìn)速度為4米/秒，噴灑速度與前進(jìn)速度同步。無(wú)人機(jī)需具備自動(dòng)懸停和邊界避讓功能。編程環(huán)境為基于ArduPilot的地面站，使用C++語(yǔ)言通過(guò)MAVLink協(xié)議與飛控通信，實(shí)現(xiàn)噴灑控制。請(qǐng)根據(jù)以下任務(wù)要求編寫(xiě)程序邏輯說(shuō)明和相關(guān)代碼片段。編程任務(wù)：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)程序邏輯并編寫(xiě)關(guān)鍵代碼片段（C++），實(shí)現(xiàn)以下農(nóng)業(yè)植保噴灑任務(wù)功能：1.任務(wù)接收與參數(shù)設(shè)置：無(wú)人機(jī)接收地面站發(fā)送的農(nóng)田邊界坐標(biāo)（例如：多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)列表）和噴灑參數(shù)（噴灑高度、速度、流量率）。請(qǐng)說(shuō)明如何通過(guò)MAVLink消息接收這些參數(shù)。2.路徑規(guī)劃：設(shè)計(jì)一個(gè)能夠覆蓋整個(gè)不規(guī)則農(nóng)田的飛行路徑，同時(shí)要繞過(guò)地塊內(nèi)的小型隆起等障礙物。可以采用“網(wǎng)格覆蓋”或“隨機(jī)游走”等策略。請(qǐng)簡(jiǎn)述你選擇的路徑規(guī)劃策略，并說(shuō)明如何根據(jù)接收到的邊界坐標(biāo)生成具體飛行航點(diǎn)。3.航點(diǎn)生成與飛行控制：根據(jù)規(guī)劃的路徑生成一系列航點(diǎn)，并通過(guò)MAVLink消息（如SET_POSITIONhold或SET_POSITION_GLOBAL_INT）控制無(wú)人機(jī)按順序飛行。請(qǐng)編寫(xiě)生成航點(diǎn)并發(fā)送給飛控的代碼片段。4.噴灑控制：實(shí)現(xiàn)噴灑系統(tǒng)的控制邏輯。無(wú)人機(jī)在沿航點(diǎn)飛行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)噴灑系統(tǒng)；到達(dá)航點(diǎn)懸停指令或完成預(yù)設(shè)懸停時(shí)間后，應(yīng)停止噴灑，待下一個(gè)航點(diǎn)指令。請(qǐng)編寫(xiě)控制噴灑系統(tǒng)啟停的代碼片段，并說(shuō)明如何與飛行控制指令協(xié)同。5.邊界避讓：當(dāng)無(wú)人機(jī)接近農(nóng)田邊界或在路徑上遇到小型隆起等障礙物時(shí)，應(yīng)自動(dòng)減速或懸停，避免碰撞。請(qǐng)簡(jiǎn)述邊界避讓的邏輯實(shí)現(xiàn)方法。6.任務(wù)監(jiān)控與中斷處理：無(wú)人機(jī)應(yīng)能監(jiān)控噴灑系統(tǒng)的狀態(tài)（如流量傳感器數(shù)據(jù)），并在噴灑量不足或出現(xiàn)故障時(shí)安全中止任務(wù)，返回起飛點(diǎn)降落。請(qǐng)簡(jiǎn)述任務(wù)監(jiān)控和中斷處理的邏輯。要求：*請(qǐng)?jiān)诖a片段或邏輯說(shuō)明中添加必要的注釋。*說(shuō)明你將使用哪些MAVLink消息類型與飛控進(jìn)行通信，以及它們的作用。*考慮噴灑系統(tǒng)啟動(dòng)和停止時(shí)的延時(shí)，以及流量控制精度對(duì)任務(wù)的影響。---試卷答案案例一：城市巡檢無(wú)人機(jī)編程任務(wù)1.任務(wù)初始化：```python#示例代碼片段importtimefromdronekitimportconnect,VehicleMode,LocationGlobalRelative,Command,Vehicle#連接無(wú)人機(jī)（假設(shè)使用PX4SITL）vehicle=connect('udpin:0.0.0:14550',wait_ready=True)vehicle.wait_ready(True,60)#等待GPS等傳感器就緒#安全檢查（假設(shè)有相關(guān)API或需執(zhí)行命令）#...#GPS等待whilenotvehicle.gps_0.fix_type==2andnotvehicle.gps_0.fix_type==3:print("等待GPSfix...")time.sleep(1)#起飛至15米高度print("起飛...")vehicle.mode=VehicleMode("TAKEOFF")whilenot=="TAKEOFF":time.sleep(0.5)target_altitude=15vehicle.simple_takeoff(target_altitude)whileTrue:print("當(dāng)前高度：",vehicle.location.global_relative_frame.alt)ifvehicle.location.global_relative_frame.alt>=target_altitude*0.95:print("已達(dá)到指定高度")breaktime.sleep(1)```2.路徑規(guī)劃與執(zhí)行：*解析思路：本題要求沿矩形外墻飛行覆蓋區(qū)域。最直接的方法是規(guī)劃兩條平行于長(zhǎng)邊和短邊的直線，分別連接矩形的對(duì)邊中點(diǎn)?；蛘撸?guī)劃沿矩形四條邊的路徑。選擇路徑策略需考慮效率和覆蓋完整性。例如，選擇沿四邊路徑策略。*示例代碼片段（簡(jiǎn)化航點(diǎn)設(shè)置）：```python#定義航點(diǎn)坐標(biāo)（示例）waypoints=[LocationGlobalRelative(-10,0,15),#起飛點(diǎn)偏移LocationGlobalRelative(0,0,15),#起飛點(diǎn)LocationGlobalRelative(500,0,15),#長(zhǎng)邊起點(diǎn)LocationGlobalRelative(500,300,15),#右上角LocationGlobalRelative(0,300,15),#短邊起點(diǎn)LocationGlobalRelative(0,0,15),#回到起飛點(diǎn)]#設(shè)置航點(diǎn)print("設(shè)置航點(diǎn)...")cmd=Command(0,0,0,0,0,0,0,0,1,len(waypoints),waypoints)vehicle.add_command(cmd)vehicle.armed=Truewhilenotvehicle.armed:print("等待無(wú)人機(jī)解鎖...")time.sleep(1)print("航點(diǎn)設(shè)置完成，開(kāi)始飛行")#啟動(dòng)航點(diǎn)飛行（假設(shè)使用MAVLink或SDK提供的功能）#...```3.拍照任務(wù)：*解析思路：需要在預(yù)設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)執(zhí)行拍照。可以通過(guò)在主路徑航點(diǎn)計(jì)劃中插入拍照航點(diǎn)，或在飛行過(guò)程中檢測(cè)到接近預(yù)設(shè)點(diǎn)時(shí)調(diào)用拍照API。這里假設(shè)在航點(diǎn)計(jì)劃中插入。*示例代碼片段（在航點(diǎn)中添加拍照指令）：```python#假設(shè)航點(diǎn)列表waypoints已經(jīng)定義#定義拍照點(diǎn)photo_points=[LocationGlobalRelative(100,50,15),LocationGlobalRelative(200,150,15),LocationGlobalRelative(300,250,15),LocationGlobalRelative(400,200,15),]#在主路徑航點(diǎn)前后插入拍照點(diǎn)（簡(jiǎn)化示例）forpointinphoto_points:waypoints.insert(-1,point)#在倒數(shù)第二個(gè)航點(diǎn)前插入拍照點(diǎn)#假設(shè)有拍照API調(diào)用#drone.take_photo()#在此航點(diǎn)調(diào)用#重新設(shè)置航點(diǎn)（如果需要）#...```4.避障邏輯：*解析思路：基本避障邏輯是實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器數(shù)據(jù)，判斷前方是否超障距離（如5米），如果是，則執(zhí)行預(yù)設(shè)的繞障動(dòng)作。繞障動(dòng)作可以是左轉(zhuǎn)+前進(jìn)，右轉(zhuǎn)+前進(jìn)，或根據(jù)傳感器信息選擇方向。需要調(diào)用SDK提供的傳感器數(shù)據(jù)接口和飛行控制接口。*示例代碼片段（偽代碼/框架）：```python#假設(shè)有一個(gè)函數(shù)獲取前方障礙物距離，返回True/Falsedefcheck_obstacle():#讀取傳感器數(shù)據(jù)（如超聲波、視覺(jué)）#...distance=get_sensor_distance()returndistance<5.0#假設(shè)有一個(gè)函數(shù)執(zhí)行繞障動(dòng)作defperform_obstacle_avoidance():print("檢測(cè)到障礙物，執(zhí)行繞障...")#執(zhí)行左轉(zhuǎn)90度（假設(shè)有函數(shù)控制舵機(jī)或發(fā)送指令）#turn_left(90)#前進(jìn)1米#move_forward(1.0)#右轉(zhuǎn)90度#turn_right(90)#恢復(fù)原航線（假設(shè)有函數(shù)）#resume_course()#飛行循環(huán)中調(diào)用whileTrue:ifcheck_obstacle():perform_obstacle_avoidance()#其他飛行控制邏輯...time.sleep(0.1)```5.電量監(jiān)控與返航：*解析思路：實(shí)時(shí)讀取電池狀態(tài)，判斷電壓或電量百分比是否低于閾值（如20%）。低于閾值時(shí)，停止當(dāng)前任務(wù)，切換到返航模式（RTL）。*示例代碼片段：```python#獲取電池狀態(tài)battery=vehicle.batterywhileTrue:voltage=battery.voltage#假設(shè)根據(jù)電壓估算電量為百分比，或直接使用battery.levelifbattery.levelisnotNoneandbattery.level<0.2:print("電量低于20%，啟動(dòng)返航")vehicle.mode=VehicleMode("RTL")break#或加入等待返航完成的邏輯#其他監(jiān)控邏輯...time.sleep(1)```6.任務(wù)結(jié)束與降落：*解析思路：任務(wù)結(jié)束條件可以是完成所有航點(diǎn)、達(dá)到指定區(qū)域外、或觸發(fā)異常（如電量低、GPS丟失）。任務(wù)結(jié)束時(shí)，確保無(wú)人機(jī)安全降落。如果觸發(fā)異常，應(yīng)優(yōu)先保證安全（如啟動(dòng)RTL）。案例二：農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)噴灑任務(wù)1.任務(wù)接收與參數(shù)設(shè)置：*解析思路：需要通過(guò)MAVLink協(xié)議接收地面站發(fā)送的消息。通常使用`HEARTBEAT`消息確認(rèn)連接，使用`COMMANDlong`或自定義消息發(fā)送任務(wù)參數(shù)（如農(nóng)田邊界點(diǎn)坐標(biāo)列表、高度、速度、流量率）。需要解析消息內(nèi)容獲取參數(shù)。*示例代碼片段（偽代碼/框架）：```cpp#偽代碼，具體API需查閱MAVLink文檔//連接MAVLink接口//...//接收消息循環(huán)while(true){Messagemsg=receive_message();//接收MAVLink消息if(msg.get_type()==HEARTBEAT){//確認(rèn)連接}elseif(msg.get_type()==COMMAND_LONG){uint16cmd=msg.get_param(0);//命令I(lǐng)Dif(cmd==MY自定義命令I(lǐng)D_接收任務(wù)){//解析后續(xù)參數(shù)uint16num_params=msg.get_num_params();std::vector<GeoPoint>boundary_points;for(inti=1;i<num_params;i+=2){//假設(shè)坐標(biāo)按x1,y1,x2,y2,...發(fā)送floatx=msg.get_param(i);floaty=msg.get_param(i+1);boundary_points.push_back(GeoPoint(x,y));}//存儲(chǔ)邊界坐標(biāo)store_boundary_points(boundary_points);//存儲(chǔ)其他參數(shù)target_altitude=msg.get_param(num_params-2);spray_speed=msg.get_param(num_params-1);//...}}//...}```2.路徑規(guī)劃：*解析思路：需要根據(jù)接收到的農(nóng)田邊界坐標(biāo)生成覆蓋路徑。對(duì)于不規(guī)則農(nóng)田，“網(wǎng)格覆蓋”可能需要調(diào)整網(wǎng)格密度以繞過(guò)障礙物；“隨機(jī)游走”或“基于邊界的搜索”（如A*）算法可能更合適。需要將邊界坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為飛控可理解的航點(diǎn)序列。*示例代碼片段（邏輯說(shuō)明）：*使用基于邊界的搜索算法，從起始點(diǎn)出發(fā)，沿邊界移動(dòng)，遇到田內(nèi)區(qū)域則進(jìn)入，遇到田外區(qū)域則沿邊界探索，直到覆蓋全部邊界?？梢詫⑺阉鬟^(guò)程生成的路徑點(diǎn)轉(zhuǎn)換為MAVLink`SET_POSITION`指令序列。3.航點(diǎn)生成與飛行控制：*解析思路：根據(jù)路徑規(guī)劃算法生成的點(diǎn)序列，創(chuàng)建一系列`SET_POSITION`或`SET_POSITION_GLOBAL_INT`消息，設(shè)置速度和懸停參數(shù)，發(fā)送給飛控執(zhí)行航點(diǎn)飛行。需要設(shè)置合適的速度和懸停時(shí)間，確保噴灑均勻。*示例代碼片段（C++偽代碼）：```cpp//假設(shè)path是包含飛行坐標(biāo)的vectorfor(constauto&point:path){//創(chuàng)建SET_POSITION消息mavlink_message_tmsg;uint8_tbuf[MAVLINK_MAX_PACKET_LEN];uint16_tcmd=MAV_CMD_NAV_SET_POSITION;//或其他合適的命令//填充消息內(nèi)容：目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)、速度、自動(dòng)飛行標(biāo)志等//mavlink_msg_set_position_pack(...)mavlink_msg_to_send_buffer(buf,&msg);//發(fā)送消息給飛控vehicle.send_mavlink(buf,msg.len);//設(shè)置噴灑狀態(tài)（假設(shè)有噴灑控制接口）//set_sprayer_state(SPRAY_ON);//懸停（假設(shè)發(fā)送懸停指令或等待一定時(shí)間）//...}```4.噴灑控制：*解析思路：噴灑控制需要與飛行控制協(xié)同。在飛行指令中包含噴灑指令，或在到達(dá)航點(diǎn)時(shí)通過(guò)MAVLink消息或SDK函數(shù)控制噴灑系統(tǒng)。噴灑啟動(dòng)/停止應(yīng)與飛行速度同步，確保流量率準(zhǔn)確。*示例代碼片段（C++偽代碼）：```cpp//在SET_POSITION消息中或通過(guò)附加消息控制噴灑for(constauto&point:path){mavlink_message_tmsg;uint8_tbuf[MAVLINK_MAX_PACKET_LEN];uint16_tcmd=MAV_CMD_NAV_SET_POSITION;//...設(shè)置位置、速度等參數(shù)...//添加噴灑指令（假設(shè)有相關(guān)MAV_CMD）//mavlink_msg_set_position_pack(...,false,true);//第二個(gè)參數(shù)控制噴灑mavlink_msg_to_send_buffer(buf,&msg);vehicle.send_mavlink(buf,msg.len);//到達(dá)航點(diǎn)后，確認(rèn)噴灑狀態(tài)//wait_for_sprayer_state(SPRAY_ON);//持續(xù)噴灑一段時(shí)間或直到下一個(gè)航點(diǎn)指令}//最后一個(gè)航點(diǎn)或任務(wù)結(jié)束時(shí)停止噴灑//set_sprayer_state(SPRAY_OFF);```5.邊界避讓：*解析思路：