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《无人机的定位方式》教学设计
课题 《无人机的定位方式》 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 八年级
教材分析 这节课我们学习了无人机的定位方法和作用，了解如何用二维码来对无人机进行定位，以及如何编写程序，还学习了无人机定位基于两种方式，以及两种方式的定位原理，结合生活中的实际培养学生的动手动脑能力。
学习目标 了解无人机定位的作用了解无人机定位的方法掌握无人机二维码定位的编程方法
重点 了解无人机定位的两种方式。
难点 运用二维码对无人机进行定位。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 师：生活中常见的航拍无人机起飞后，在我们没有用遥控器控制它的时候，为什么还能稳定地悬停在空中呢？航拍无人机及一些专业无人机都具有定位功能，因此无人机才能保持在一定的高度与水平位置上。缺少定位功能的无人机，如在茫茫大海航行中缺失了指南针的船，无法获取位置及前进方向，只能随风漂流！ 提出无人机定位的概念 循序渐进引发学生思考讨论
讲授新课 无人机定位的作用 无人机定位的作用是为无人机提供精确的空间位置和方向信息。图1-8-1 无人机的空间位置及方向信息多学一手无人机是如何知道自己的位置的呢？无人机是借助全球卫星导航系统、气压计或者是超声波传感器、摄像头来获取自身位置的高度及水平信息的。实现无人机定位的方法有很多，基于全球卫星导航系统定位与基于视觉定位是目前常用的两种无人机定位方法。1.基于全球卫星导航系统定位全球卫星导航系统也叫全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，简称GNSS），是一种全球性无线电卫星导航系统，其利用人造卫星这类“人造星体”作为参考点来确定一个物体的位置、速度及时间信息，位置精确程度可达厘米级别。其中，中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。拓展延伸中国北斗卫星导航系统简介基于全球卫星导航系统定位适用于室外比较空旷的环境，常搭配气压计辅助定位。在室内环境中使用基于全球卫星导航系统定位时，由于捕获的无线信号强度不足，因此无法满足定位的需求。2.基于视觉定位视觉定位是通过摄像头获取环境图像，再经过处理分析，得出无人机实际位置的过程，就好比我们是通过眼睛获取周围的图像来确定在环境中的位置一样。图1-8-3 LY-230无人机底部的摄像头视觉定位精度高，需搭配激光测距传感器一起使用，可应用于室内光照条件较好的环境。室外环境多变，因此视觉定位无法满足室外定位的需求。根据对环境图像处理分析原理的不同，视觉定位又可以分成多种类别，常用的有光流定位、二维码定位等。表1-8-1 视觉定位的分类类别和原理光流定位无人机运动时，原本位置的图像亮度会产生变化，采用光流算法计算前后两帧图像的位移，进而确定无人机的位置变化。二维码定位基本原理为从摄像头获取的图像中提取二维码矩形，通过基于二维码图像识别的算法计算出二维码对于摄像头的具体位置。多学一手无人机实现定位的方法还有基于激光测距仪的定位、基于惯性导航系统的定位等，不同定位方法的定位精度、适用环境以及成本都是不同的。无人机二维码定位的编程方法1.无人机的飞行误差无人机在飞行过程中通过定位功能来确定自身的飞行距离，以龙云LY-230无人机为例，其默认情况下是借助光流定位来确定飞行距离的。图1-8-4 LY-230无人机每种定位方法都存在一定的飞行误差，飞行时间越长，积累的误差就越大。例如，使用了“向前移动200cm”积木块，而无人机实际上可能只前进了192cm。图1-8-5 编写的程序图1-8-6 程序的执行效果2.二维码定位的编程方法为了矫正无人机飞行过程中出现的飞行误差，可以在光流定位的基础上添加二维码定位来辅助无人机定位。在无人机飞行过程中，二维码起到了提供一个定位点的作用。（1）二维码的数字标号每个二维码代表的图像信息是不一样的，其右下角都有一个与之相对应的数字标号。图1-8-7 二维码的数字标号（2）二维码定位的示例程序 编写程序使LY-230无人机向前飞行200cm，操作步骤如下：1.将1号二维码放在目标点上，注意无人机机头方向” “箭头方向是无人机的机头方向）需与二维码数字标号的正方向一致，如图1-8-8所示。图1-8-8 将二维码放在目标点上2.打开LONGING图形化编程软件，在程序中添加寻找①号标签积木块，该积木块的作用是使无人机寻找1号二维码，并移动、悬停到二维码上方，从而纠正飞行误差，如图1-8-9所示。图1-8-9 程序及执行效果自主探索如果需要使无人机实现定点降落（如降落到离无人机正右方200厘米的指定位置），该如何摆放二维码及编写程序呢？动手试一试吧！实践与提高在一个自动化仓库中，无人机的任务是对货架上的商品进行盘点扫描，从而帮助管理人员提高仓库的盘点效率。图1-8-10 仓库示意图如图1-8-10所示，一架无人机从“原地”出发，结束盘点任务后返程，需降落到“停机坪”的位置。根据仓库实际环境情况，无人机需按照蓝色路线进行返程，在返程途中的A点位置会遇到一个货架，货架的第二层区域（即图中紫色区域，宽1.5m、高1.8m）是无人机的飞行通道。请同学们编写程序，使无人机能够顺利完成返程任务。本次任务要求如下：要求和明细飞行任务 无人机从“原地”出发，穿越货架的第二层，并成功降落到“停机坪”位置飞行要求1.按照蓝色线路方向飞行器材要求2.起飞后至最终降落期间不能触底每小组可使用4个二维码1.分析任务（1）根据任务要求，无人机的飞行路线是怎样的呢？请小组讨论并在图1-8-10中画出无人机的飞行路线。（2）你认为需要在飞行路线中的哪些位置添加二维码？请小组讨论并在图1-8-10中标记出二维码的位置。2.动作设计 请根据规划的飞行路线及二维码位置设计无人机的飞行动作、飞行参数并记录下来。（备注：如需识别二维码，则飞行动作一栏填写“识别二维码”、飞行参数一栏填写“二维码的数字标号”。）3.编写程序：根据动作设计中的飞行动作及飞行参数编写无人机程序。4.调试程序：运行程序，如果无法正常执行飞行任务，请分析出现问题的原因，并修改程序直至无人机正常完成仓库返程任务。 观看课件，了解无人机定位的作用了解全球定位系统以及中国北斗卫星导航系统了解视觉定位的原理学习二维码如何定位可讨论并编写程序观察仓库示意图并完成要求分析任务并进行动作设计编写调试程序 对之后实践操作做准备尽可能动手实践
课堂小结 这节课我们学习了无人机的定位方法和作用，了解如何用二维码来对无人机进行定位，以及如何编写程序，结合所学知识，大家一起来动手实践吧。 总结 对本节课内容进行总结概括。
板书 无人机定位的作用无人机定位的方法无人机二维码定位的编程方法
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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