Built with Qt
Avilus
新一代军民两用无人机的可认证 GUI
经认证的高性能人机界面(HMI),适用于军民两用无人机
90%
UI代码减少
50%
原型制作周期缩短
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适用于 Windows 和 Linux 的代码库
Avilus 是一家德国制造商,同时也是经过认证的运营方,专注于新一代军民两用无人驾驶航空器。其无人机用于医疗后送、物流、情报、监控及支援任务,载荷与航程都超出小型无人机,同时避开了经认证的有人驾驶航空所带来的成本与复杂性。
产品线以三款平台为核心:用于医疗后送的Grille 六旋翼无人机 、用于物流的Wespe 旋翼无人机 ,以及用于监控的Bussard 固定翼机。
三款机型共用同一套地面控制段。该控制段的人机界面(HMI),以及舱内操作员与患者之间的通信应用,均基于 Qt 开发。
在航空领域,我们开发的任何东西都必须经过认证。这些流程本身就设计得又慢又贵。有了 Qt,我们给系统上新功能,真的快了很多。
Avilus 任务控制负责人 Florian Schwaiger
Qt 解决方案亮点
可追溯:每一个实现决策都能对应到认证要求
低延迟:飞行仪表、传感器遥测数据与视频流实时呈现
跨平台:一次开发,同时覆盖 Windows 与 Linux
航空系统的操作员界面
为航空系统构建操作员界面,要求每一行代码都能追溯到一条系统需求。Avilus 任务控制负责人、工程博士 Florian Schwaiger 解释道:
可追溯性意味着每一个实现决策都必须清晰地对应到一项认证要求,因为航空系统要经过严格的审批流程。
此外,航空应用还需要在真实飞行条件下实现高性能、高帧率、低延迟的可视化。
对飞行仪表和传感器遥测数据来说,低延迟可视化必不可少。尤其是用于精准着陆的实时视频画面,送达操作员的过程中不能有任何由框架本身带来的延迟。他接着说。
Avilus 需要一个 HMI 框架,能同时满足这几项高要求。
用了 Qt,我们的代码库变得非常好读。主窗口我们是用 QML 实现的,代码精简到我可以把每一部分都直接对应到相应的需求上。和之前用的技术相比,QML 实现让用户界面的代码量减少了大约 90%。
Avilus 任务控制负责人 Florian Schwaiger
Qt 的可追溯性与代码透明度
在统一采用 Qt 之前,Avilus 评估过多个框架。起决定作用的是代码清晰度 和对代码的掌控权。借助 Qt 的 QML 语言,视觉结构、呈现方式和交互行为可以写在一起,形式简洁、易读,也省去了许多同类工具链所依赖的 XML 设计文件带来的额外开销。
对我们团队来说,这不只是审美偏好。代码库精简、易读,意味着每个 UI 元素都能直接关联到对应的系统要求。准备认证材料时,这是巨大的优势。Florian 说道。
与 Avilus 团队测试过的其他框架相比,代码的清晰、精简和透明是 Qt 突出的差异化优势。
选 Qt 的主要理由是,代码库管起来舒服多了。真心觉得这套代码是我们自己的。Florian 说。
开发上另一个主要挑战是,所有显示信息都必须做到极低延迟,视频流尤其如此。我们需要的是高性能、高帧率、低延迟的可视化。
Avilus 任务控制负责人 Florian Schwaiger
高性能渲染
Avilus 地面控制系统中的操作员显示界面,必须满足两种不同的性能要求。
飞机在近距离以外作业时,飞行员依靠仪表飞行,包括地平仪、高度、速度和导航数据,这些显示必须实时更新,没有可察觉的滞后。而在较近距离作业时(例如执行医疗后送任务),还会加入实时视频流,辅助精准着陆。
两种情况下的要求是一样的:框架本身不能增加任何额外延迟。Florian表示。
网络和无线电链路的延迟,是远程操作中可以接受的客观限制;
但渲染层引入的任何延迟都不行。Qt 直接满足了这一要求。
集成过程中,团队遇到了一些配置问题。Qt 技术支持团队给出了可行的解决方案,实现了任务配置文件所要求的最低延迟。
Qt 技术支持团队会主动先帮我们复现问题、再找解决办法,哪怕我们自己都还没把问题说清楚。说句实在话:简单的问题我是不会去找技术支持的。Florian 说道。
做快速原型的话,我的感觉是开发迭代时间缩短了大约 50%。以前一个新功能从实现、构建到验证,差不多要一天;现在用 Qt,同样的流程大概半天就够了。
Avilus 任务控制负责人 Florian Schwaiger
团队效率与工作流优化
采用 Qt 后,新功能的原型开发周期缩短了约 50%。
实现一个新功能、完成构建、再到目标硬件上验证,以前要整整一天,现在一半时间就能搞定。Florian 说。Florian 表示。
做视觉布局原型时,开发周期必须非常紧凑。QML Preview功能进一步压缩了单次迭代:过去每改一次布局要构建两分钟,现在几秒钟就能看到效果。
只要知道新功能能做到 30 秒迭代一轮,整个开发节奏就真的快起来了。他继续说道。
此外还有 Qt 广为人知的跨平台能力,让新旧两代系统的维护时间减半。
同一个 Qt 项目,既能构建到基于 Windows 的旧款地面控制硬件上,也能构建到基于 Linux 的下一代系统上。Florian 说道。
多平台 UI 开发中常见的重复投入和代码分叉风险,也随之消除。
Avilus 的 Qt 技术栈
| Qt Quick | 地面控制 HMI 的主要用户界面框架 |
| Qt Multimedia | 精准着陆作业中的低延迟视频流 |
| Qt WebEngine | 将第三方 Web 应用集成到操作员控制台 |
| Qt Design Studio | 用户界面应用的前期设计与项目启动 |
| Qt Creator | 日常开发环境 |
| Qt QML Language Server | 既可在 Qt Creator 内使用,也可独立运行,覆盖整个 QML 代码库的代码智能与重构 |
关于Avilus
Avilus是一家德国制造商,同时也是经过认证的运营方,专注于新一代军民军民两用无人机。其无人机用于医疗后送、物流、情报、监视及支援任务,载荷与航程都超出小型无人机,同时避开了经认证的有人驾驶航空所带来的成本与复杂性。
Avilus 持有德国联邦航空局依据《欧盟第 2019/947 号条例》颁发的轻型无人机运营人证书(Light UAS Operator Certificate, LUC),是欧洲航空安全局(EASA)空域内少数几家获准独立规划、审批并执行无人机任务的运营方之一。产品线以三款平台为核心:用于医疗后送的 Grille 六旋翼无人机、用于物流的 Wespe 旋翼无人机,以及用于监视的 Bussard 固定翼无人机。
