📌 一、赛题速览与难点剖析
一、原题再现
任务（官方原文，本科组）
设计一基于四旋翼飞行器的模拟植保飞行器，能够对指定田块完成"撒药"作业。如图 1 所示作业区中，灰色部分是非播撒区域，绿色部分是待"播撒农药"的区域，分成多个 50cm×50cm 虚线格区块，用 1~28 数字标识，以全覆盖飞行方式完成播撒作业。作业中播撒区域不得漏撒、重复播撒，非播撒区域不得播撒，否则将扣分；播撒作业完成时间越短越好。
图 1 中，黑底白字的"十"字是飞行器起降点标识；"21"是播撒作业起点区块，用"A"标识；飞行器用启闭可控、垂直向下安装的激光笔的闪烁光点表示播撒动作，光点在每个区块闪烁 1~3 次视为正常播撒；同一区块光点闪烁次数大于 3 次，将被认定为重复播撒。激光笔光点闪烁周期 1~2s。
400cm×500cm 作业区四周及顶部设置安全网，安全网外有支架。
下面是官方"图 1 播撒作业区示意图"（A 点 = 区块 21 起点，绿色区块共 28 格带数字 1~28，灰色 L 形区域为非播撒区；下方黑色圆形为起降点"十"字标识；作业区总尺寸 400cm×500cm）：
要求（官方原文）
1. 基本要求
（1）飞行器在"十"字起降点垂直起飞，升空至 150±10cm 巡航高度。
（2）寻找播撒作业起点，从"A"所在区块开始"撒药"作业。
（3）必须在 360 秒内完成对图 1 中所有绿色区块进行全覆盖播撒。
（4）作业完成后稳定准确降落在起降点；飞行器几何中心点与起降点中心距离的偏差不大于 ±10cm。
2. 发挥部分
（1）将作业区中任意位置的 3~4 个连续播撒区块改为用非播撒区域颜色覆盖，重复基本要求（1）~（3）的作业。
（2）在作业区中放置一只高度为 150cm、直径 3.5±0.5cm 的黑色杆塔，杆塔上套有圆环形条形码（放条码的高度为 120~140cm）；作业中或返航途中，飞行器识别条形码所表征的数字，用 LED 闪烁次数显示数字，间隔数秒后再次闪烁显示。
（3）以起降点"十"字中心为圆心，以上述（2）中识别的数字乘 10cm 为半径，飞行器在该圆周上稳定降落；飞行器几何中心点与该圆周最近距离的偏差不大于 ±10cm。
（4）在测试现场随机抽取一个项目，30 分钟内现场完成一组飞行动作任务的编程调试，并完成飞行动作。
（5）其他。
下面是官方"图 2 条形码示意图"（杆塔高度 150cm，杆直径 3.5±0.5cm，4 位数条形码高度 4cm，圆环状套在杆塔顶部 120~140cm 高度处）：
说明（官方原文节选）
作业区域铺设亚光喷绘布，非播撒区为淡灰色（R-240, G-240, B-240），播撒作业区为淡绿色（R-150, G-250, B-150）；播撒区上、右两侧有 0.5cm 宽黑色标志线；参赛队应考虑到材料及颜料导致颜色存在差异的可能性。作业起始区块标志"A"为加粗黑体，字符高 25cm。
测试现场避免阳光直射，但不排除顶部照明灯及窗外环境光照射，参赛队应考虑到测试现场会受到外界光照或室内照明不均等影响因素；测试时不得提出光照条件要求。
飞行器最大轴间距不大于 45cm。飞行器桨叶必须全防护，否则不得测试。飞行器上的激光笔垂直向下安装，不可移动、转动，激光笔可被控制开或关。
起飞前，飞行器可手动放置到起降点；起飞可手动一键启动，起飞后整个飞行过程中不得人为干预；若采用飞行器以外的启动操作装置，一键启动起飞操作后必须立刻将装置交给工作人员。
调试及测试时必须佩戴防护眼镜，穿戴防护手套。
基本要求（1）~（4）的作业须连续完成，期间不得人为干预；基本部分可测试两次，参赛者选择其中一次记录；发挥部分只能测试一次。
每次测试全过程中不得更换电池；两次测试之间允许更换电池，更换电池时间不大于 2 分钟。
基本要求及发挥部分播撒作业全程不能在 360 秒内完成的不记录成绩。
飞行器播撒作业可参考激光笔光点轨迹判定：激光点在图 1 所示播撒区虚线格中闪烁 1~3 次即视为正常播撒；若激光点在同一虚线格中往复或闪烁次数大于 3 次即视为重复播撒；激光点未在虚线格内闪烁视为漏撒。飞行器飞行经过但激光笔未开启，不作为播撒。
飞行期间，飞行器触及地面后自行恢复飞行的，酌情扣分；触地后 5 秒内不能自行恢复飞行视为失败，失败前完成动作仍计分。
评分标准（官方原文）
设计报告：方案论证 3 / 理论分析与计算 5 / 电路与程序设计 7 / 测试方案与测试结果 3 / 设计报告结构及规范性 2 = 20 分
基本要求：完成第（1）项 5 / 完成第（2）项 5 / 完成第（3）项 30 / 完成第（4）项 10 = 50 分
发挥部分：完成第（1）项 20 / 完成第（2）项 2 / 完成第（3）项 8 / 完成第（4）项 15 / 完成第（5）项 5 = 50 分
总分 120
判分关键解读（教练视角）
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| 基本要求（3）全覆盖播撒 |
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占基本分 60%——决定基本项是否及格
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| 基本要求（4）精准降落 |
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| 基本要求（1）+（2） |
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| 发挥（1）障碍区作业 |
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占发挥分 40%
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| 发挥（3）圆周降落 |
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| 发挥（2）杆塔扫码 |
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| 发挥（4）现场编程 |
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| 设计报告 |
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权重提醒：基本（3）30 分 + 发挥（1）20 分 = 50 分——这 50 分全部是"全覆盖 + 障碍区"。激光笔下方是不是绿色这一件事，直接决定 50 分。所以视觉色块识别是这题的"生死线"，比 VIO 还重要。
一.5、题目工程背景
这道题的专业对应面是植保无人机——也就是"飞防"。中国是全球最大的农业无人机市场之一：大疆 T 系列、极飞 P 系列每年作业亩次数十亿亩，覆盖撒药、播种、撒肥、巡田等场景。"飞防"是这十几年中国农业最显著的技术红利之一。
把"飞防"拆开看，它在产业里是一条完整的链路：
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| 作业规划 |
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| 飞行控制 |
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| 精准播撒 |
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| 障碍物识别 |
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| 作业记录 |
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| 合规监管 |
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为什么电赛要出这道题？ 三个层面：
1. 学科交叉浓缩点：嵌入式（四旋翼硬件）+ 控制（PID/姿态解算）+ 视觉（色块/A 字/条码/杆塔）+ 规划（蛇形全覆盖路径）+ 安全（桨叶防护/激光垂直/不可干预）——4 天 3 夜要打通 5 个学科，是最像"工程实操"的题之一
2. 现实产业对标：考完后学生 1 个月就能上手大疆 T40/T50 的开发接口（OSDK），对就业有直接帮助
3. 考察"工程妥协"能力：题目对单机重量、轴间距、桨叶、激光姿态有硬约束，不是"性能堆到极致就赢"——而是"用最小成本做对的事"。这与产业的"性价比"逻辑一致
一个反常识的延伸认知：电赛无人机题历史上真正决定胜负的不是飞控板做得多精致，而是"路径规划 + 视觉色块判定 + 闭环降落"三件事的稳定性。零队（国一）用 VIO 拿下满分基本项；380844A（国二）靠"开环飞 + 闭环降"只丢发挥（1）的色块判定分。4 天 3 夜的资源约束下，方案的"完成度"远比"先进性"重要。
二、大白话版解读
把官方语言翻译成工程师之间聊天的语言：
官方版：设计基于四旋翼飞行器的模拟植保飞行器，对指定田块完成"撒药"作业……
大白话版：造个会飞的"打点器"。地面是 28 个 50cm 见方的绿色格子，飞机 1.5 米高空巡航，每飞过一格就让激光笔闪 1~3 下表示"打药"。6 分钟内把所有格子覆盖一遍，不漏不多，最后还要稳稳地降回起飞的那个"十"字上——误差不能超过 10cm。
传统无人机 vs 本题植保飞行器 对比
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定位算法完全不同 |
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必须无人为接管 |
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机载算力 |
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系统模块人话版
整套系统可以拆成 4 个层次，每层有自己的"操心的事"：
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| 飞控层 |
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| 感知层 |
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| 决策层 |
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| 执行层 |
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硬骨头分级（按"卡脖子程度"排）
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三、核心指标速查表
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| 基本 (1) |
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| 基本 (2) |
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| 基本 (3) |
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30 |
| 基本 (4) |
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| 发挥 (1) |
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20 |
| 发挥 (2) |
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| 发挥 (3) |
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| 发挥 (4) |
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| 发挥 (5) |
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| 报告 |
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总分 |
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120 |
四、最大卡脖子难点（按教练视角排序）
难点 1：室内无 GPS 的全图定位（30 分生死线）
为什么难：消费级无人机靠 GPS + 磁罗盘 + IMU 在室外悬停精度能到 1~2 米，但室内没有 GPS，光流模块在纯绿色地面失效（光流靠图像特征点匹配，纯色 = 无特征点），磁罗盘被电调干扰。这题的核心矛盾就是"我到底在 28 个格子的哪一格"。
国赛破题三路线：
▸ 路线 A：VIO 全图定位（零队/国一）—— Jetson NX + 双目摄像头 + IMU 做视觉惯性融合，定位误差 < 5cm，能拿满分。代价是 4 天 3 夜部署 YOLOv2 + VIO 难度极大
▸ 路线 B：开环飞 + 闭环降（380844A/国二）—— 25cm/s 蛇形飞，OPENMV 识别 A 点进入和起降点圆心退出，靠预设路径拿"差不多"的定位。代价是发挥（1）色块判定拿不到满分
▸ 路线 C：边缘巡航 ROI 模型（gaowanlu）—— 双 OpenMV 分区检测绿色色块分布，绕地图边缘巡航喷洒。代价是路径长度大、覆盖率依赖算法
教练建议：4 天 3 夜没有 VIO 经验 → 选 B；有余力 → B + 加 OPENMV 色块判定 → 接近 A。
难点 2：飞行中识别圆环 Code128 条形码（4 位数字，4cm 高）
为什么难：4 位数条形码（Code128）圆环套在 3.5cm 直径杆上，飞机要在 1~2m 距离、抖动环境下、杆位置随机的情况下扫码。
两个国赛方案的对比：
▸ 零队（国一）用 K210 + 训练集识别，准确度高（YOLOv2 + 训练损失 < 0.05）
▸ 380844A（国二）试过 OPENMV，"基本识别不到"，最终靠"现场选出来的条形码数字"硬算
教练建议：用专用扫码模块（如 GM65 / M70 串口扫码枪）比 OPENMV 可靠得多——扫码枪内置解码芯片 + 主动补光，单模块 30~50 元，识别率比视觉方案高一个数量级。
难点 3：±10cm 精准降落（10 分）
为什么难：单纯 IMU 悬停精度受气流影响在 ±20~30cm，必须加视觉闭环。
关键算法：
▸ 下视 OPENMV 识别"起降点圆心 + 黑色十字"
▸ 像素坐标 (cx, cy) → 世界坐标偏移 (dx, dy) → PID 控制飞机回正
▸ 核心是"识别圆心"算法——Hough 圆检测或色块几何中心
难点 4：360 秒时间预算（决定能不能拿基本分）
预算分解：
▸ 起飞升空 + 寻 A 点：~15s
▸ 全覆盖巡航（28 格 × 2s/格）：~56s（理论）
▸ 杆塔识别 + LED 闪烁：~10s
▸ 返航 + 精准降落：~20s
▸ 应急余量：~60s
▸ 总预算：~160s / 360s = 45%——有充足余量，但要警惕多次尝试 / 路径绕远 / 视觉误判
反常识：很多队伍把发挥 (1) 障碍区做完，路径要从 56s 拖到 80s+，总时间 160s 紧贴到 100%，发挥 (4) 现场编程根本没时间。所以 360s 的限制其实在考任务调度能力。
难点 5：功耗与电池（4S 锂电全航只能测 1 次）
题目说"每次测试全过程中不得更换电池"——意味着单电池必须撑完所有动作。4S 2200mAh 锂电悬停 6~8 分钟（负载 1.2kg），必须做功耗预算。
🛠️ 二、硬件方案
2.1 系统架构（硬件框图）
2.2 主电路拓扑（按子系统）
