技工院校低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實訓(xùn)室解決方案
為貫徹落實《關(guān)于加強新時代高技能人才隊伍建設(shè)的意見》,根據(jù)《技工教育“十四五”規(guī)劃》部署,加強技工院校專業(yè)建設(shè),相關(guān)部門組織開展了《全國技工院校專業(yè)目錄(2022年修訂)》增補工作。經(jīng)廣泛征求意見,組織專家研究論證,確定新增20個專業(yè),其中信息類專業(yè)新增了低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)專業(yè)。
一、低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)專業(yè)解析
低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)專業(yè),是一門融合了無人機技術(shù)、通信技術(shù)以及人工智能技術(shù)的新興專業(yè)。它專注于培養(yǎng)能夠在低空領(lǐng)域構(gòu)建智能通信網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)無人機與地面控制中心、無人機之間高效通信與協(xié)同作業(yè)的專業(yè)人才。
從技術(shù)層面來看,該專業(yè)涉及無人機通信鏈路的搭建與優(yōu)化。無人機通信鏈路是實現(xiàn)無人機遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。隨著無人機應(yīng)用場景的不斷拓展,對通信鏈路的可靠性、穩(wěn)定性和傳輸速率提出了更高要求。
5G 技術(shù)的融合是該專業(yè)的一大亮點。5G 技術(shù)以其高速率、低延遲、大容量的特點,為低空智能網(wǎng)絡(luò)通信帶來了質(zhì)的飛躍。它能夠?qū)崿F(xiàn)無人機高清視頻的實時回傳,使操作人員能夠清晰地了解無人機所處環(huán)境;支持無人機群的協(xié)同作業(yè),通過 5G 網(wǎng)絡(luò),多架無人機可以實時共享數(shù)據(jù),協(xié)同完成復(fù)雜任務(wù),如在大型活動的安保監(jiān)控中,多架無人機可以通過 5G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作,實現(xiàn)對整個活動區(qū)域的監(jiān)控。
人工智能技術(shù)在低空智能網(wǎng)絡(luò)通信中也發(fā)揮著重要作用。通過機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能算法,無人機可以實現(xiàn)自主避障、路徑規(guī)劃等功能。當(dāng)無人機在飛行過程中遇到障礙物時,人工智能算法能夠根據(jù)傳感器獲取的數(shù)據(jù),快速分析并規(guī)劃出一條新的安全飛行路徑,提高無人機飛行的安全性和自主性。
二、行業(yè)發(fā)展需求與前景
近年來,低空經(jīng)濟作為新興的經(jīng)濟形態(tài),呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。隨著低空空域的逐步開放和相關(guān)技術(shù)的不斷成熟,低空經(jīng)濟在物流、農(nóng)業(yè)、安防、測繪等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
在物流領(lǐng)域,無人機配送正逐漸成為一種新的配送模式。電商都在積極探索無人機配送服務(wù)。在偏遠(yuǎn)地區(qū)或交通擁堵的城市,無人機配送能夠快速、高效地將貨物送達(dá)客戶手中,大大提高了配送效率,降低了物流成本。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測,未來幾年,無人機物流市場規(guī)模將持續(xù)增長,對具備低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的專業(yè)人才需求也將日益旺盛。
農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也是低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的重要應(yīng)用場景。無人機可以搭載各種傳感器,如多光譜相機、熱成像儀等,對農(nóng)田進(jìn)行實時監(jiān)測,獲取農(nóng)作物的生長狀況、病蟲害情況等信息。這些數(shù)據(jù)通過低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)傳輸回地面控制中心,農(nóng)業(yè)專家可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)制定精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方案,實現(xiàn)精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)噴藥,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,減少資源浪費。隨著智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展,對低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)人才的需求也將不斷增加。
在安防領(lǐng)域,無人機可以用于邊境監(jiān)控等任務(wù)。通過低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),無人機能夠?qū)崟r拍攝的畫面?zhèn)鬏敾刂笓]中心,為安防決策提供及時、準(zhǔn)確的信息。在一些大型活動中,無人機還可以用于人群監(jiān)測、交通疏導(dǎo)等工作,提高安防工作的效率和質(zhì)量。
低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在測繪、能源巡檢、應(yīng)急救援等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景。在測繪領(lǐng)域,無人機可以快速獲取高精度的地形數(shù)據(jù),為城市規(guī)劃、土地測量等提供數(shù)據(jù)支持;在能源巡檢領(lǐng)域,無人機可以對石油管道、電力線路等進(jìn)行巡檢,及時發(fā)現(xiàn)安全隱患;在應(yīng)急救援領(lǐng)域,當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害時,無人機可以快速抵達(dá)災(zāi)區(qū),搭建臨時通信網(wǎng)絡(luò),為救援工作提供通信保障,同時還可以運輸救援物資,提高救援效率。
隨著低空經(jīng)濟的快速發(fā)展,對低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)專業(yè)人才的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。然而,目前該領(lǐng)域的專業(yè)人才儲備嚴(yán)重不足,人才缺口巨大。據(jù)統(tǒng)計,未來幾年,低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域的人才缺口將達(dá)到數(shù)十萬人。這為技工院校低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)專業(yè)的學(xué)生提供了廣闊的就業(yè)空間和良好的職業(yè)發(fā)展前景 。
三、建設(shè)目標(biāo)
技工院校低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實訓(xùn)室的建設(shè),旨在為學(xué)生提供一個高度仿真、功能齊全的實踐教學(xué)環(huán)境,以滿足專業(yè)教學(xué)和人才培養(yǎng)的需求。
從人才培養(yǎng)角度來看,實訓(xùn)室致力于培養(yǎng)學(xué)生扎實的低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實操能力。通過一系列的實驗實訓(xùn)項目,學(xué)生能夠熟練掌握無人機通信鏈路的搭建與調(diào)試技巧,學(xué)會運用各種通信設(shè)備和工具,解決實際操作中出現(xiàn)的問題。在無人機通信鏈路搭建實驗中,學(xué)生需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景,選擇合適的通信頻段、調(diào)制解調(diào)方式等,確保通信鏈路的穩(wěn)定可靠,從而提升學(xué)生的實際動手能力和解決問題的能力。
實訓(xùn)室還注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。鼓勵學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識和技能的基礎(chǔ)上,積極探索低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的新應(yīng)用、新方法。通過開展創(chuàng)新實踐項目,學(xué)生可以提出自己的創(chuàng)意和想法,并在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實踐驗證。例如,學(xué)生可以嘗試?yán)萌斯ぶ悄芗夹g(shù)優(yōu)化無人機的自主飛行算法,或者探索 5G 技術(shù)在低空物流配送中的新應(yīng)用模式,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。
從服務(wù)社會角度出發(fā),實訓(xùn)室將緊密對接地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。隨著低空經(jīng)濟在各地的蓬勃發(fā)展,對低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)人才的需求日益增長。實訓(xùn)室將通過與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的合作,為企業(yè)提供技術(shù)研發(fā)支持、人才培訓(xùn)等服務(wù),促進(jìn)地方低空經(jīng)濟的發(fā)展。與當(dāng)?shù)氐奈锪髌髽I(yè)合作,共同開展無人機配送項目的研究與實踐,為企業(yè)解決技術(shù)難題,培養(yǎng)適應(yīng)企業(yè)需求的專業(yè)人才,實現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)的互利共贏 。
四、實訓(xùn)室設(shè)計規(guī)劃布局
在空間布局上,實訓(xùn)室充分考慮教學(xué)和實踐的便利性,進(jìn)行了合理的劃分。整個實訓(xùn)室分為教學(xué)區(qū)、實訓(xùn)區(qū)、設(shè)備存儲區(qū)和成果展示區(qū)四個主要部分。
教學(xué)區(qū)配備了多媒體教學(xué)設(shè)備,如高清投影儀、智能交互白板等,為理論教學(xué)提供了良好的條件。教師可以通過多媒體教學(xué)設(shè)備,生動形象地講解低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的理論知識,展示實際案例和操作演示,使學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)知識。
實訓(xùn)區(qū)是實訓(xùn)室的核心區(qū)域,按照不同的實訓(xùn)項目和功能進(jìn)行了細(xì)分。設(shè)置了無人機飛行操控實訓(xùn)區(qū),學(xué)生可以在這里進(jìn)行無人機的起飛、降落、懸停、航線飛行等基本操作訓(xùn)練,提高飛行操控技能;通信設(shè)備調(diào)試實訓(xùn)區(qū),學(xué)生可以對各種通信設(shè)備,如基站、交換機、調(diào)制解調(diào)器等進(jìn)行安裝、調(diào)試和維護(hù),熟悉通信設(shè)備的工作原理和操作方法;低空智能網(wǎng)絡(luò)搭建實訓(xùn)區(qū),學(xué)生可以模擬搭建低空智能網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計、設(shè)備配置、數(shù)據(jù)傳輸測試等實踐操作,培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建和管理能力。
設(shè)備存儲區(qū)用于存放各類實驗設(shè)備、工具和耗材。為了確保設(shè)備的安全和管理的便捷,存儲區(qū)采用了分類存放的方式,對不同類型的設(shè)備進(jìn)行了明確的標(biāo)識和分區(qū)管理。同時,配備了專業(yè)的設(shè)備管理軟件,對設(shè)備的入庫、出庫、使用情況等進(jìn)行實時監(jiān)控和記錄,保證設(shè)備的完好率和利用率。
成果展示區(qū)則展示了學(xué)生在實訓(xùn)過程中取得的優(yōu)秀成果,如創(chuàng)新實踐項目作品、實驗報告、競賽獲獎證書等。通過展示這些成果,不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和成就感,還可以向外界展示實訓(xùn)室的教學(xué)成果和學(xué)生的專業(yè)能力,提升實訓(xùn)室的影響力。
在功能分區(qū)方面,各個區(qū)域之間既相互獨立,又緊密聯(lián)系。教學(xué)區(qū)為實訓(xùn)區(qū)提供理論指導(dǎo),學(xué)生在掌握理論知識后,能夠更好地在實訓(xùn)區(qū)進(jìn)行實踐操作;實訓(xùn)區(qū)的實踐成果又可以為教學(xué)區(qū)提供豐富的教學(xué)案例,實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合。設(shè)備存儲區(qū)為教學(xué)區(qū)和實訓(xùn)區(qū)提供設(shè)備和物資保障,確保教學(xué)和實訓(xùn)活動的順利進(jìn)行。成果展示區(qū)則是對教學(xué)和實訓(xùn)成果的總結(jié)和展示,為學(xué)生提供了一個交流和學(xué)習(xí)的平臺,促進(jìn)學(xué)生之間的相互學(xué)習(xí)和共同進(jìn)步。
低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實訓(xùn)室效果圖
低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實訓(xùn)室效果圖
低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實訓(xùn)室效果圖
五、教學(xué)資源與課程體系
(一)課程設(shè)置
在課程體系的構(gòu)建上,低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)專業(yè)充分體現(xiàn)了理論與實踐相結(jié)合的原則,精心設(shè)置了專業(yè)基礎(chǔ)課、核心課和實踐課,以培養(yǎng)學(xué)生全面的專業(yè)素養(yǎng)和實踐能力。
專業(yè)基礎(chǔ)課為學(xué)生打下堅實的理論基礎(chǔ),涵蓋電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)等課程。在電路基礎(chǔ)課程中,學(xué)生學(xué)習(xí)電路的基本原理、基本定律和基本分析方法,了解電路元件的特性和應(yīng)用,為后續(xù)學(xué)習(xí)電子技術(shù)和通信原理等課程奠定基礎(chǔ)。模擬電子技術(shù)課程則重點講解半導(dǎo)體器件的工作原理、基本放大電路、集成運算放大器等內(nèi)容,使學(xué)生掌握模擬信號的處理和放大技術(shù)。數(shù)字電子技術(shù)課程讓學(xué)生熟悉數(shù)字電路的基本概念、邏輯門電路、組合邏輯電路和時序邏輯電路等知識,掌握數(shù)字信號的處理和傳輸方法。信號與系統(tǒng)課程則介紹信號的基本概念、分類、運算以及系統(tǒng)的基本概念、特性和分析方法,培養(yǎng)學(xué)生對信號和系統(tǒng)的分析和處理能力。
核心課程聚焦于低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的專業(yè)知識,包括無人機技術(shù)基礎(chǔ)、通信原理、5G 通信技術(shù)、低空智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。無人機技術(shù)基礎(chǔ)課程詳細(xì)介紹無人機的結(jié)構(gòu)、原理、飛行控制、任務(wù)規(guī)劃等方面的知識,使學(xué)生全面了解無人機的工作機制和應(yīng)用場景。通信原理課程深入講解通信系統(tǒng)的基本模型、信號的調(diào)制與解調(diào)、信道編碼與譯碼、同步原理等內(nèi)容,讓學(xué)生掌握通信的基本理論和技術(shù)。5G 通信技術(shù)課程則重點介紹 5G 通信的關(guān)鍵技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、應(yīng)用場景等知識,使學(xué)生了解 5G 通信的優(yōu)勢和發(fā)展趨勢。低空智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程全面闡述低空智能網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建原理、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸與處理等內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生在低空智能網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的專業(yè)能力。
實踐課程注重培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力和解決問題的能力,包括無人機飛行實訓(xùn)、通信設(shè)備調(diào)試實訓(xùn)、低空智能網(wǎng)絡(luò)搭建實訓(xùn)等。在無人機飛行實訓(xùn)中,學(xué)生在專業(yè)教師的指導(dǎo)下,進(jìn)行無人機的起飛、降落、懸停、航線飛行等實際操作訓(xùn)練,提高飛行操控技能。通信設(shè)備調(diào)試實訓(xùn)讓學(xué)生親自動手對通信基站、交換機、調(diào)制解調(diào)器等通信設(shè)備進(jìn)行安裝、調(diào)試和維護(hù),熟悉通信設(shè)備的工作原理和操作方法。低空智能網(wǎng)絡(luò)搭建實訓(xùn)則要求學(xué)生模擬搭建低空智能網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計、設(shè)備配置、數(shù)據(jù)傳輸測試等實踐操作,培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)搭建和管理能力。
課程的安排注重循序漸進(jìn),從基礎(chǔ)到專業(yè),從理論到實踐。在開始,主要開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)課,讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電路、電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)等基礎(chǔ)知識,為后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。第二學(xué)年,逐步引入核心課程,使學(xué)生深入了解無人機技術(shù)、通信原理、5G 通信技術(shù)等專業(yè)知識,掌握低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的核心內(nèi)容。第三學(xué)年,重點開展實踐課程,讓學(xué)生在實際操作中鞏固所學(xué)知識,提高實踐能力和解決問題的能力。通過這樣的課程安排,學(xué)生能夠逐步掌握低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的專業(yè)知識和技能,為未來的職業(yè)發(fā)展做好充分準(zhǔn)備 。
(二)教學(xué)資源開發(fā)
為了支持低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)專業(yè)的教學(xué),豐富多樣的教學(xué)資源開發(fā)工作正在有序進(jìn)行。
教材編寫方面,組織了行業(yè)專家和一線教師共同編寫專業(yè)教材。這些教材緊密結(jié)合行業(yè)實際需求和技術(shù)發(fā)展趨勢,內(nèi)容涵蓋無人機通信原理、低空智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、5G 通信技術(shù)在低空領(lǐng)域的應(yīng)用等方面。在無人機通信原理教材中,不僅詳細(xì)介紹了無人機通信的基本原理和技術(shù),還融入了研究成果和應(yīng)用案例,使學(xué)生能夠了解行業(yè)的前沿動態(tài)。教材注重理論與實踐相結(jié)合,配備了大量的案例分析和實踐項目,如無人機通信鏈路的搭建與優(yōu)化案例、低空智能網(wǎng)絡(luò)故障排查實踐項目等,幫助學(xué)生更好地理解和掌握專業(yè)知識,提高實踐能力。
教學(xué)案例庫的建設(shè)也在積極推進(jìn)。收集了大量來自企業(yè)實際項目的案例,如無人機物流配送項目、低空安防監(jiān)控項目等。這些案例涵蓋了低空智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用,具有很強的代表性和實用性。在無人機物流配送案例中,詳細(xì)介紹了無人機在物流配送過程中的通信需求、通信方案設(shè)計以及實際運行中遇到的問題和解決方案。通過對這些案例的分析和學(xué)習(xí),學(xué)生能夠了解實際項目的運作流程和技術(shù)要求,提高分析問題和解決問題的能力。案例庫還根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行了分類整理,方便教師在教學(xué)過程中根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的實際情況選擇合適的案例進(jìn)行教學(xué)。
在線學(xué)習(xí)平臺的建設(shè)為學(xué)生提供了更加便捷的學(xué)習(xí)渠道。平臺上整合了豐富的教學(xué)資源,包括教學(xué)視頻、電子教材、在線測試、虛擬實驗等。教學(xué)視頻由專業(yè)教師精心錄制,涵蓋了專業(yè)課程的各個知識點,學(xué)生可以隨時隨地通過平臺觀看教學(xué)視頻,進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。電子教材方便學(xué)生在線查閱和學(xué)習(xí),減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。在線測試系統(tǒng)可以實時對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評估,及時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的不足之處,調(diào)整學(xué)習(xí)策略。虛擬實驗平臺則為學(xué)生提供了一個虛擬的實驗環(huán)境,學(xué)生可以在平臺上進(jìn)行無人機飛行模擬實驗、通信設(shè)備調(diào)試模擬實驗等,在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實踐操作,提高實踐能力,同時也避免了實際實驗中的安全風(fēng)險和設(shè)備損耗。在線學(xué)習(xí)平臺還設(shè)置了互動交流區(qū),學(xué)生可以在交流區(qū)與教師和其他同學(xué)進(jìn)行交流和討論,分享學(xué)習(xí)心得和經(jīng)驗,營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍 。
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