一、城市高层建筑搜救无人机的研发意义  
    随着经济建设步伐的加快，密集的城市人口与公共服务设施在支撑经济发展的同时，也使其面对突发的灾害显得极其脆弱，尤其是当洪水、火灾、地震、海啸等突发自然灾害发生时，会给生命和财产安全造成重大的损失。根据近期调查显示，仅2019年一季度各类突发自然灾害就造成139.6万人次受灾，直接经济损失27.9亿元。
    无人机作为一种由程序控制或无线遥控设备操纵的无人驾驶飞行器，可携带重要设备在空中完成指定任务，具有实时性强、外界环境影响小、灵活部署、使用和维护成本低等优点，将无人机用于突发事故的应急救援，能做出快速而精准的响应，从而降低突发事故对公众造成的危害。
    当前，在无人机应用领域大部分导航技术仅适用于室外的空旷场所，室内救灾环境具有复杂性和未知性，导航技术是制约无人机应急救援最关键的技术之一。因此，研究导航技术对搜救无人机的应急救援具有重要的理论与现实意义。
    通过本作品设计、发明，可以拓展专业的深度和宽度，提高学生的自主研发兴趣，实现项目带动、以研促学、以研促教，进一步提升学生自主创新的精神。最终的目的是要设计制作一台搜救无人机，实现城市高层建筑搜救任务。
二、城市高层建筑搜救无人机的主要结构与运行原理
    1.作品成品整体照片
    
    2.作品装配机的组成
    本作品的结构如图1所示， 作品硬件组成：机架，4个螺旋桨、 4个电机、4个电调、1信号接收器、1个飞控板、1个 稳压模块、1个电池。旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。如图所示：

3.无人机实现的飞行动作

本作品可实现如下功能，飞行示意图如下图所示。
    俯仰飞行：绕y轴旋转，前低后高爬升,1,2转速减小，3,4转速增大，pitch为负；

横滚飞行：绕x轴旋转，2,3转速增大，1,4转速减小，机体右滚，roll值为正；

偏航调整：绕z轴旋转，假设2,4顺时针，1,3逆时针，当2,4转速增大，1,3转速减小时，机头右偏，yaw值为正；
    垂直飞行：调节油门大小，四个旋翼的转速同时变大或者变小；
    精确识别：本作品可借助相应传感器，对搜救对象进行精确识别；
    抵御干扰：本作品有较强的在火场、烟雾等环境下抗干扰的能力。

三、作品的主要创新点  
    1.作品的先进性
    ①运用BP神经网络模型识别障碍，实现无人机对救援危险区的精准识别与避让。
    ②各种机械结构设计、机械设计中的数字化技术CAD/CAM/CAE以及高速切削技术等，因此具有先进性。
    2.作品的创新性
    （1）作品整体创新：
    本产品通过对基本运行载体进行重新全面设计改造，设计自动避障、自动悬停、自动识别搜救对象等以搜救为主的的无人机。
       （2）作品创新了算法及结构设计：
        a.运用双目视觉避障法，实现无人机自动识别障碍物进行躲避，自动修正飞行航迹;
    b.运用基于V图的飞行路径规划，实现无人机在障碍物条件下快速抵达搜救区域。目前关于无人机群路径规划的研究，更多局限于山区抢险、地震救灾等室外领域，将基于V图的路径规划算法用于室内搜救等障碍物约束条件下的搜救将是新的尝试。
四、作品的应用发展      
    本作品主要以现有的四旋翼无人机技术为基础，开发一搜救为目的的搜救无人机，通过对基本运行载体进行重新全面设计改造，设计自动避障、自动悬停、自动识别搜救对象等以搜救为主基本运行系统，同时利用5G传输技术，实现救援场景的实时传输，为救援提供强有力的技术支持，为救援行动制定、风险规避规划提供理论依据。搜救无人机在救援活动中具有实际的应用价值，故本作品具有较高的科学性和较强的先进性、实用性。