周德旭，于海生，吕卉

（尚良仲毅（沈阳）高新科技有限公司、辽宁省产业技术研究院无人机研究所，辽宁 沈阳 110000）

1 无人机地面控制系统改良的必要性

作为大数据时代的典型应用之一，无人机以其能携带多种任务设备，便于控制飞行方向和飞行速度，能执行多种复杂任务的种种优点在国内外引发研发和大规模应用狂潮。

无人机能够在空中进行复杂飞行和完成种种高难度的任务，都依赖于地面控制台对其进行高精度的控制，而地面控制台能够提升的地方主要存在于两方面，一方面是控制设备灵敏度的提高，另一方面是无人机地面控制台人机配合能力的提高。目前提升控制设备灵敏度困难极大，现在的无人机飞行器控制设备灵敏度的提高已经达到了一个瓶颈阶段，所以，如何提高地面控制台人员与设备的协调程度成为提升无人机飞行水平和并提高其执行任务性能的一个重要手段。

而且同时，我国目前发展的无人机控制系统大部分是从国外引进的应用设备。因此，现行状态下投入使用的无人机飞行地面控制站台高度和外形设计是根据欧美人种的体型和身高设计的，与国内操作人员的使用习惯和方法并不是完全适合。因此，改善无人机地面控制台人机系统的外形，以提高其使用舒适度也是我们目前亟待解决的问题之一。

综上所述，研发一个适应地面无人机控制人员操作习惯的地面控制系统及其设备很有必要。

2 目前使用的无人机地面控制台主要缺陷

2.1 无人机地面控制员工作环境差

无人机地面控制台往往含有大量的控制设备，一方面，为了完成无人机群的复杂飞行任务，设计人员不得不将大量的无人机控制设备集中在一个特定的位置，这就会导致进行无人机地面控制的控制员工作的环境较差。控制设备中所含有的大量计算机不断排放热量，因此，地面控制站通风设备必须持续工作，这使得工作人员工作环境中空气流动性大，室内温度不稳定。另一方面，由于部分设备对光线的特殊要求，大部分无人机地面控制站选择较为封闭的建筑方式，这导致无人机地面控制操作人员所面对的工作环境光线较差，严重影响相关控制人员在进行无人机飞行控制时的心理，从而间接性地影响操作员的身体健康和无人机飞行任务执行的完美度。

同时，一些工作设备在长时间运行后会散发出对人体有毒有害的气体，而由于一些无人机地面控制站对这些有毒有害气体的忽视，导致部分无人机地面控制人员患上了以呼吸道疾病为代表的各种疾病。而且因为这些有毒有害气体在某些程度上对人体的神经系统有严重的损害作用，所以这些微小的易被忽略的气体可能会导致无人机地面控制人员发生精神恍惚、意识不清的症状，最终影响无人机飞行系统执行任务的成功率。

2.2 无人机地面控制站平台任务分配不合理

如图1，大型的无人机地面控制系统往往包含中央控制计算机、操作员控制工作台、无人机飞行平台、指挥所总控台等数个部分。操作员控制台又分为机动任务监控平台、状态监控平台等多个平台。但由于某些无人机飞行任务较为复杂，不同的操作员控制平台之间的功能会互相重叠，在无人机进行飞行探测任务时，信息监控平台和状态监控平台进行的任务就有所重叠，这会导致无人机地面控制员对无人机飞行状态监控的疏忽，因为双方都往往会认为对方在认真地观测无人机此时的飞行状态，双方就都放松了对无人机飞行状态监控的意识。这只是众多功能重叠无人机地面控制系统平台的简单一例，而这样的功能重叠甚至不仅仅发生在双平台之间，而是发生在多个平台之间，长期类似飞行任务的执行会影响无人机飞行任务成功率，使无人机在多种应用中起到的作用大打折扣。

图1 无人机地面控制系统

2.3 人机界面设计不合理

目前，我国能够进行复杂任务的大型无人机群地面控制系统基本上都是引自国外相关公司的产品。所以，这些操作系统上的文字提示和功能选项为全英文设计，这一方面会给地面无人机控制人员带来阅读和理解上的困难，大大影响我国无人机地面控制人员对无人机控制系统的使用习惯的培养，另一方面，也不利于我国目前提倡的高精尖技术国产化的政策。更重要的是，国外的操作控制器械和系统往往比较傻瓜化和易操作化，而根据调查，各种类型的飞机发生故障和任务失败主要原因是人为差错，这些由于人的问题导致的无人机飞行任务的失败绝大部分与操作系统简单，没有多重确认系统和保障系统有关，因此，在优化无人机地面控制台人机布局时，将操作系统的复杂度进行适当改善是我们目前要进行的一个大任务。

3 无人机地面控制人机布局优化设计措施

3.1 改善工作环境

我们首先需要改善无人机地面控制系统操作员的工作环境。要完成高难度的无人机飞行任务，地面控制员必须保持清醒的头脑和缜密的思维。无人机地面控制站设计人员应排除一切可能干扰无人机地面控制员的环境因素。我们提倡将工作环境加入一定艺术和绿色的元素，可以考虑在无人机地面控制站将控制设备进行一定的修饰，或者摆放适量绿植使地面控制员心情舒畅，改善他们的工作环境。另外，地面控制站的空气质量也是要进行改善的部分，设计人员应将检测和消除相关可能出现的有毒有害气体放在一个相对重要的位置。

3.2 改善人机界面

将无人机控制操作系统适当复杂化、本土化也是改善人机布局，提高人机匹配度的一项重要举措。针对目前无人机控制系统存在的问题，我们应将系统默认文字汉化，并在进行飞行控制的部分系统添加多重确认的保障措施，这样就可以很好地避免由于人为错误操作导致无人机飞行任务失败，发生机器坠毁的情况。

另外，由于国外公司的无人机控制系统存在布局不合理的情况，我们也应该将其进行适当的改善，使地面无人机操作员进行最方便、最舒适的无人机飞行控制。在设计操作台高度时，应考虑我国无人机飞行控制员的平均身高和体重，进行合理的调整。而控制桌面和控制按键应最大程度地布局在地面飞行控制人员双手可及的范围内，而在较大型进行复杂飞行任务无人机群控制系统，应将部分控制按键设计为由地面飞行控制人员的脚部控制。除此之外，最关键的是将所有无人机状态信息的显示栏放在操作员视力可及的范围内，以避免由于操作员进行转身、转头等动作造成的时间误差使无人机飞行任务失败。

3.3 合理分配各平台任务

目前，无人机操作系统存在着多平台工作功能紊乱的情况。新一代无人机地面控制飞行操作系统应注意改善这一点，将操作控制系统尽量扁平化、操作任务可视化，并安排特定的任务调配室来确定各个控制平台的具体任务分工，以避免发生各平台消极工作，不愿出时出力的情况发生。任务调配室应具有查看所有无人机飞行时工作安排的权限，并可以实时看到各个平台对数据的处理和分析以及相应做出的应对措施，通过这些数据和应对方法，我们还可以对地面人机工作的各个平台进行效率评估，来达到使无人机飞行任务最大完成率、执行任务最高成功率的目标。

4 结语

在无人机的用途越来越广泛的当下，对无人机控制系统人机布局的研发成为提升无人机飞行性能，使其执行更复杂的飞行任务的关键举措。而我们可以看到，目前的无人机地面控制站的控制系统存在着部分人机工作不匹配、操作系统界面不合理等情况。本文探究了目前无人机地面控制站控制系统存在的部分问题，并针对这些问题提出了相应的优化解决设计方案，相信经过改善后的无人机地面控制系统人机融合度将进一步提升，无人机的巨大用途的开发也将得到相应的保障。