浅谈工业4.0背景下的空中数据端口，无人机3D 可视化系统的应用

前言

近年来，无人机的发展越发迅速，既可民用于航拍，又可军用于侦察，涉及行业广泛，把无人机想象成一个“会飞的传感器”，无人机就成了工业4.0的一个空中数据端口，大至地球物理、气象、农业数据、小至个人位置信息，无人机将引爆一场空中的大数据革命！本系统则是通过 Hightopo 的  HT for Web  产品来搭建的一款 无人机 3D 可视化系统，通过对无人机及其信息的全景展示来模拟无人机状态的监控。

系统中包含 4 种展示模式：实体模式 、热力模式、线框模式和内部模式，通过飞机下方操作按钮即可进行模式切换。

 

实现过程及效果预览

• 加载界面采用 2D 拓扑组件进行绘制，全矢量化图标，与传统的 png、jpg 等格式的图片相比，完美适配移动端、PC 端、大屏等各种尺寸及分辨率屏幕，不会出现失真情况。
• 无人机及周边信息面板采用 3D 引擎进行场景搭建，用户可从场景任意位置对无人机进行查看。
• 动画过程采用产品提供的动画函数 ht.Default.startAnim 来驱动图形属性值的改变，应用其 Time-Based 的方式，只需要指定动画周期 duration 的毫秒数，由系统去计算帧数或 action 函数被调用的次数，以保证更加高效、平滑的进行动画过程。

系统分析

无人机是无人驾驶飞机的简称（Unmanned Aerial Vehicle），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器（20-100公里空域），如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看，无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务，可以被看做是“空中机器人”。

按照不同平台构型来分类，无人机可主要有固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三大平台，其它小种类无人机平台还包括伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等。固定翼无人机是军用和多数民用无人机的主流平台，最大特点是飞行速度较快；无人直升机是灵活性最强的无人机平台，可以原地垂直起飞和悬停；多旋翼（多轴）无人机是消费级和部分民用用途的首选平台，灵活性介于固定翼和直升机中间（起降需要推力），但操纵简单、成本较低。

按不同使用领域来划分，无人机可分为军用、民用和消费级三大类，对于无人机的性能要求各有偏重：

（1）军用无人机对于灵敏度、飞行高度速度、智能化等有着更高的要求，是技术水平最高的无人机，包括侦察、诱饵、电子对抗、通信中继、靶机和无人战斗机等机型；

（2）民用无人机一般对于速度、升限和航程等要求都较低，但对于人员操作培训、综合成本有较高的要求，因此需要形成成熟的产业链提供尽可能低廉的零部件和支持服务，目前来看民用无人机最大的市场在于政府公共服务的提供，如警用、消防、气象等，占到总需求的约70%，而我们认为未来无人机潜力最大的市场可能就在民用，新增市场需求可能出现在农业植保、货物速度、空中无线网络、数据获取等领域；

（3）消费级无人机一般采用成本较低的多旋翼平台，用于航拍、游戏等休闲用途。

无人机的应用前景还是很广泛的，对于新兴的技术产业来看，其存在的意义价值还是很大的。

效果实现及实际意义

一、应用场景

民用无人机下游需求非常广泛，包括农业、电力石油、检灾、林业、气象、国土资源、警用、海洋水利、测绘、城市规划等多个行业。近年来无人机在民用市场的应用受到越来越多的关注，如农林植保和电力巡线两个领域，无人机需求较为迫切，且具备较大的市场规模。我们认为其它行业的潜在需求也将逐步显现，我国民用无人机市场空间巨大，将进入快速发展期。

 

二、无人机形态切换及内部结构

1、形态切换

无人机主体形态分为三种：实体模式、线框模式和热力模式。通过点击下方按钮，可切换至按钮所对应的形态。切换的过程中，将目标形态进行显示，并分别上下移动目标形态和原形态，使用户可以短暂的进行同时查看，之后再回归原位并将原形态进行隐藏。隐藏的方式则有所不用，线框模式是改变线框颜色，其余两种模式则是调整模型的透明度。这里的线框是根据模型的轮廓生成的，通过 3D 引擎自动计算描绘，非常便捷。

 

通过 3D 引擎，我们可以生成立体图形，也可以添加导入的模型，图形的位置由 x、y、z 三个方向的坐标来确认，而坐标轴汇聚的原点则是图形的锚点，无人机前方旋转的圆环则是将锚点调整到圆环中心后，操纵 rotation 属性进行转动 。在系统中线框状态的无人机则是像图中左侧的球体这样生成的，如果我们将图形的透明度调为 0，则只显示线框的样式。

 

2、内部结构

在线框模式下，大家会发现按钮的上方出现了一个小按钮，点击它就可以进入到无人机的另一个状态，在这里我们除了可以看到线框，还能够接触到无人机的内部结构，查看它的每一个部件。进入的过程会将场景内的其它图形隐藏，将内部结构显示出来。

 

三、界面和面板搭建

界面的搭载上，承载着无人机的各种指标数据，可以在无人机航行的时候，准确且即时地反馈运行中的飞行情况，通过数据的传递，可以使无人机的操作人员预测到一些突发状况或者了解机身的状态。

 

总结

现如今，信息化快速发展，智能化工具成为了新生产力出现在我们的生活中。与此同时，工业互联网的概念也随之诞生，将人、数据、设备联系到了一起，而可视化界面则可以很好的将数据和设备进行展示，方便管理的同时也更加安全、高效。

结合众多行业上积累的经验，HT实现了许多的行业可视化解决方案，例如在民航飞机的案例实现上，有想要了解更多有趣的实现方法，可以通过《三维组态的仿真运用案例：民航飞机的数据监控》来了解实际的应用场景。

 

2019 我们也更新了数百个工业互联网 2D/3D 可视化案例集，在这里你能发现许多新奇的实例，也能发掘出不一样的工业互联网：https://mp.weixin.qq.com/s/ZbhB6LO2kBRPrRIfHlKGQA

同时，你也可以查看更多案例及效果：https://www.hightopo.com/demos/index.html