首届航空工业“全国通航日”网络有奖竞答科普短文九 | 无人驾驶航空器 - 海洋观察航空器技术

2017年5月15日为首届航空工业“全国通航日”。为普及通用航空知识，推动航空文化传播，提升国民航空意识，促进通用航空产业健康发展，中国航空学会组织编写了10篇通用航空科普短文，并结合航空知识有奖竞答活动，在网络和手机端平台进行广泛宣传，现附文以飨读者。

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无人驾驶航空器基本知识

无人驾驶航空器是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器，简称无人机，英文缩写为UAV（Unmanned Aerial Vehicle）。多数是专门设计的，也有用有人驾驶飞机或导弹改装的。与有人驾驶飞机相比，其结构简单、重量轻、尺寸小、成本低和使用费用低、机动性高、隐蔽性好，并能完成有人驾驶飞机不宜执行的某些任务。微电子技术、信息技术、控制和导航技术及新材料的发展，推动了无人机的发展。

无人驾驶航空器基本组成 7 k3 z4 B% w; a5 ?' l+ d" a; t: K

无人驾驶航空器的使用需要一整套专用装置和设备，无人驾驶航空器与这些设备构成一个完整的系统，称为无人驾驶航空器系统。该系统包括无人驾驶航空器、机外遥控站和起飞、回收装置等。

无人驾驶航空器包括机体、动力装置、机上飞行控制系统、有效载荷及用于起飞和回收的装置等。无人机的机体与有人驾驶飞机大致相同，但不需要生命保障等系统，结构比较简单、轻便，广泛采用非金属材料。动力装置的类型因无人驾驶航空器的性能和用途而异，有小型涡轮喷气发动机、活塞式航空发动机、冲压喷气发动机和火箭发动机等，其特点是成本低和要求寿命短。机上飞行控制系统包括自动驾驶仪、程序控制装置、遥控和遥测设备、电视摄像机、自动导航设备、计算机、自动起飞和着陆系统等。有效载荷包括侦察与测试设备、电子对抗设备和武器等。无人驾驶航空器可根据不同用途选装上述设备和加装其他专用设备。

无人驾驶航空器种类 ' c6 o0 K( S( b6 V; o& D

按照飞行方式分，无人驾驶航空器主要可分为固定翼、旋翼类、扑翼和无人驾驶飞艇等种类。

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固定翼，是通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和程控飞行均容易实现，抗风能力也比较强，是类型最多、应用最广泛的无人驾驶飞行器。其发展趋势是微型化和长航时，目前微型化的无人机只有手掌大小，长航时无人机的体积一般比较大，续航时间在10小时以上，能同时搭载多种遥感传感器。起飞方式有滑行、弹射、车载、火箭助推和飞机投放等；降落方式有滑行、伞降和撞网等。固定翼型无人机的起降需要比较空旷的场地，比较适合林业和草场监测、矿山资源监测、海洋环境监测、城乡结合部的土地利用监测以及水利、电力等领域的应用。

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无人驾驶直升机的技术优势是能够定点起飞、降落，对起降场地的条件要求不高，其飞行也是通过无线电遥控或通过机载计算机实现程控。但无人驾驶直升机的结构相对来说比较复杂，操控难度也较大，所以种类不多，实际应用也比较少。

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多旋翼无人驾驶航空器，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。

扑翼，是指像鸟—样通过机翼主动运动产生升力和前行力的飞行器，又称振翼机。其特征是：1.机翼主动运动；2.靠机翼拍打空气的反力作为升力及前行力；3.通过机翼及尾翼的位置改变进行机动飞行。

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飞艇，是通过艇囊中填充的氦气或氢气所产生的浮力以及发动机提供的动力来实现飞行。它的出现和应用比飞机还要早，1884年世界上最早的实用飞艇试飞成功。飞艇的飞行因为受大风和雷雨的气候条件影响比较大，到20世纪30年代，随着飞机的逐渐完善化和实用化，飞艇被飞机取代。但是无人驾驶飞艇独特的技术优势，使人们从未放弃对它的开发和应用，大型飞艇可以搭载1000公斤以上的载荷飞到20000米的高空，留空时间可以达一个月以上；小型飞艇可以实现低空、低速飞行，作为一种独特的飞行平台能够获取高分辨率遥感影像，同时，无人驾驶飞艇系统操控比较容易，安全性好，可以使用运动场或城市广场等作为起降场地，特别适合在建筑物密集的城市地区和地形复杂地区应用，如城市地形图的修测、补测，数字城市建立时的建筑物精细纹理的采集、城市交通监测、通讯中继等领域。

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无人驾驶航空器操作员要求

航空知识要求 / k5 d/ }/ r/ h' g

无人驾驶航空器操作员必须接受并记录培训机构工作人员提供的地面训练，完成下列与所申请无人驾驶航空器系统等级相应的地面训练课程并通过理论考试。  

1．通用航空法规以及机场周边飞行、防撞、无线电通信、夜间运行、高空运行等知识； 

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2．气象学，包括识别临界天气状况，获得气象资料的程 序以及航空天气报告和预报的使用； 

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3．航空器空气动力学基础和飞行原理； 

4．无人驾驶航空器主要系统，如导航、飞控、动力、链路、电气等 知识； 

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5．无人驾驶航空器系统通用应急操作程序；

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6．所使用的无人驾驶航空器系统特性。

飞行技能与经历要求 3 I& [& O' l/ S: K, U

无人驾驶航空器操作员必须至少在下列操作上接受并记录了培训机构提供的针对所申请无人驾驶航空器系统等级的实际操纵飞行或模拟飞行训练。   

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对于机长： 

1.空域申请与空管通讯，不少于4小时；  

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2.航线规划，不少于4小时；  

3.系统检查程序，不少于4小时；  

4.正常飞行程序指挥，不少于20小时；  

5.应急飞行程序指挥，包括规避航空器、发动机故障、 链路丢失、应急回收、迫降等，不少于20小时；

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6.任务执行指挥，不少于4小时。

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对于驾驶员：

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1.飞行前检查，不少于4小时； 

2.正常飞行程序操作，不少于20小时；  

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3.应急飞行程序操作，包括发动机故障、链路丢失、应急回收、迫降等，不少于20小时。      

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无人机运行管理要求

《轻小无人机运行规定(试行)》

民航局2015年12月29日出台《轻小无人机运行规定(试行)》。根据《运行规定》，空机重量小于等于116千克、起飞全重不大于150千克的无人机，起飞全重不超过5700千克、距受药面高度不超过15米的植保类无人机，充气体积在4600立方米以下的无人飞艇，使用了自动驾驶仪、指令与控制数据链路或自主飞行设备的航空模型全部纳入民航监管范围。

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《运行规定》将民用无人机划分为七类：

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空机重量和起飞全重小于1.5千克的为Ⅰ类无人机;

空机重量介于1.5～4千克之间、起飞全重介于1.5～7千克之间的为Ⅱ类无人机;

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空机重量介于4～15千克之间、起飞全重介于7～25千克之间为Ⅲ类无人机;

空机重量介于15～116千克之间、起飞全重介于25～150千克之间的为Ⅳ类无人机;

植保类无人机为Ⅴ类无人机;

无人飞艇为Ⅵ类无人机;

可100米之外超视距运行的Ⅰ、Ⅱ类无人机为Ⅶ类无人机。

其中，Ⅰ类无人机只需使用人确保安全，可不受《运行规定》管理。

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《运行规定》明确，民用无人机驾驶员必须具备相应民用无人机等级的驾驶执照，不得酒驾，不得在受到任何药物影响及其工作能力对飞行安全造成影响的情况下驾驶无人机。民用无人机机长对无人机的运行直接负责，应做好飞行前准备工作，避免无人机运行时进入限制区域，并具有最终决定权。

《运行规定》强调，无论在视距内运行，还是在视距外运行，各类民用无人机必须将航路优先权让与其它民用航空器，不能危害到空域的其他使用者、地面上人身财产安全。

《民用无人驾驶航空器系统空中交通管理办法》 - E. ?, s1 }- I7 c5 @2 r9 Y; Z! y

2016年9月21日航空局空中交通管理局发布了《民用无人驾驶航空器系统空中交通管理办法》，对民用无人机的空域管理做出了明确规定：

第二条本办法适用于依法在航路航线、进近(终端)和机场管制地带等民用航空使用空域范围内或者对以上空域内运行存在影响的民用无人驾驶航空器系统活动的空中交通管理工作。

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第四条民用无人驾驶航空器仅允许在隔离空域内飞行。民用无人驾驶航空器在隔离空域内飞行，由组织单位和个人负责实施，并对其安全负责。多个主体同时在同一空域范围内开展民用无人驾驶航空器飞行活动的，应当明确一个活动组织者，并对隔离空域内民用无人驾驶航空器飞行活动安全负责。

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第五条在本办法第二条规定的民用航空使用空域范围内开展民用无人驾驶航空器系统飞行活动，除满足以下全部条件的情况外，应通过地区管理局评审:

1.机场净空保护区以外;

2.民用无人驾驶航空器最大起飞重量小于或等于7千克;  $ E, }3 P/ b8 l- Z# _ C r2 H

3. 在视距内飞行，且天气条件不影响持续可见无人驾驶航空器;

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4. 在昼间飞行;

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5.飞行速度不大于120千米/小时;

6. 民用无人驾驶航空器符合适航管理相关要求;  ! X7 q# @! v5 C9 L

7. 驾驶员符合相关资质要求;

8. 在进行飞行前驾驶员完成对民用无人驾驶航空器系统的检查; - B# N8 h& b' `' [% j4 ` l. @# o [: s4 c6 U) U* _3 n, R

9. 不得对飞行活动以外的其他方面造成影响，包括地面人员、设施、环境安全和社会治安等。

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10.运营人应确保其飞行活动持续符合以上条件。

无人驾驶航空器应用范围

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目前，国内外民用领域中，国土测绘、地质勘测、灾害监测、气象探测无人驾驶航空器、电力巡检无人驾驶航空器、空中交通管制无人驾驶航空器、边境控制无人驾驶航空器、通信中继无人驾驶航空器、农药喷洒无人驾驶航空器的研究和应用正在不断的发展中。进行国土测绘与对海洋、高压线路、灾情及气象等进行监视，对无人驾驶航空器的技术要求是不一样的。

电力巡检

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装配有高清数码摄像机和照相机以及GPS定位系统的无人驾驶航空器，可沿电网进行定位自主巡航，实时传送拍摄影像，监控人员可在电脑上同步收看与操控。

采用传统的人工电力巡线方式，条件艰苦，效率低下，一线的电力巡查工偶尔会遭遇“被狗撵”“被蛇咬”的危险。无人驾驶航空器实现了电子化、信息化、智能化巡检，提高了电力线路巡检的工作效率、应急抢险水平和供电可靠率。而在山洪暴发、地震灾害等紧急情况下，无人驾驶航空器可对线路的潜在危险，诸如塔基陷落等问题进行勘测与紧急排查，丝毫不受路面状况影响，既免去攀爬杆塔之苦，又能勘测到人眼的视觉死角，对于迅速恢复供电很有帮助。

农业检测

利用集成了高清数码相机、光谱分析仪、热红外传感器等装置的无人驾驶航空器在农田上飞行，准确测算投保地块的种植面积，所采集数据可用来评估农作物风险情况、保险费率，并能为受灾农田定损，此外，无人驾驶航空器的巡查还可实现对农作物的监测。

自然灾害频发，面对颗粒无收的局面，农业保险有时候是农民们的一根救命稻草，却因理赔难，又让人多了一肚子苦水。无人驾驶航空器在农业保险领域的应用，既可确保定损的准确性以及理赔的高效率，又能监测农作物的正常生长，帮助农户采取针对性的措施，以减少风险和损失。

环保领域

无人驾驶航空器开展航拍，持久性强，可采用远红外夜拍等模式，实现全天候航空监测，且不受空间与地形限制，时效性强，机动性好，巡查范围广，因而在环保领域具有广泛应用。无人驾驶航空器在环保领域的应用，大致可分为三种类型。一、环境监测：观测空气、土壤、植被和水质状况，也可以实时快速跟踪和监测突发环境污染事件的发展；二、环境执法：环监部门利用搭载了采集与分析设备的无人驾驶航空器在特定区域巡航，可监测企业的废气与废水排放，寻找污染源；三、环境治理：利用携带了催化剂和气象探测设备的无人驾驶航空器在空中进行喷撒，与播撒农药的工作原理一样，可在一定区域内消除雾霾。

国土测绘 7 `8 @9 V% |# S) _# s* L/ h

遥感无人驾驶航空器上的航测系统是根据不同类型的遥感任务，研发相应的机载遥感设备、传感器、控制系统等来组成的。根据遥测系统定位航摄点、摄影比例尺、重叠度等参数以及飞行控制系统实时提供的飞行高度、飞行速度等数据，自动计算并自动控制遥感传感器的工作，使获取的空间数据在精度、比例尺、重叠度等方面满足遥感的技术要求。

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相比较传统的测绘手段，无人驾驶航空器测绘能够凭借其机动灵活等特点，在国土测绘领域发挥重要的作用。通过快速获取测绘无人驾驶航空器航摄数据，能够快速掌握测区的详细情况，应用于国土资源动态监测与调查、土地利用和覆盖图更新、土地利用动态变化监测、特征信息分析等。高分辨率的航空影像还可应用于区域规划等。

水利检测

遥感无人驾驶航空器可应用于洪涝监测、河道管理、河道污染检测等。无人驾驶航空器可根据地形和河流情况，确定航线，并进行凌情应急监测、滩区洪水灾害监测、水污染等突发事件等，还可应用于填海造地、水产养殖、海岸带变迁等情况，近海岛礁监测、船只、藻类、浮标等目标识别，以及海洋环境监测等。

应急救灾

无人驾驶航空器在应急救援领域具有广泛的应用需求。例如洪涝灾害监测评估、气象灾害监测、地质灾害巡查与防护、地震灾害救援与灾情评估等。

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▼洪涝灾害监测

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目前,洪涝灾害监测方法主要是通过地面上的水文实测站点获取的水文数据分析整个流域的汛情。这些点上的分布特征,难于形成完整的面上信息。利用无人驾驶航空器航空遥感系统拍摄的水文信息比其他常规手段更加快速、客观和全面。其主要应用包括: 

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1.利用航拍结果,进行对比分析,详细分析汛情的发展,研究汛情的变化情况,把握汛情现状和发展趋势。

2.在航片上提取洪水范围,评估灾害损失情况。

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3.结合地形数据确定水位和水深,结合土地利用数据库确定不同的土地淹没类型和面积。

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▼森林防火检测

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无人驾驶航空器通过搭载摄像设备和影像传输设备，可随时执行火警侦察和火场探测任务。地面人员通过接收来自无人驾驶航空器的微波信号，随时掌握火场动态信息。无人驾驶航空器可以全天候地在空中对林区进行勘查，及时发现火情，报告火场位置，采取行动将火灾消灭在初期；无人驾驶航空器配备彩色CCD 任务载荷，按预定航迹对林区进行空中巡查，对于可疑点或区域，通过遥控指令可改变无人驾驶航空器飞行航迹及飞行高度进行详查，详查图像通过无线链路实时传回地面。对已出现火情的地区进行空中火情态势观察，使灭火指挥部门迅速有效地组织、部署灭火队伍，提高灭火作战效率。

▼气象灾害监测

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利用无人驾驶航空器航空遥感系统提供的灾情信息和图像数据可以进行灾害损失评估与灾害过程监测，估计灾害发生的范围，准确计算受灾面积及其灾害损失评估。对于雨雪、冰冻灾害等的发生强度及分布范围实施实时动态监测，为相关部门及时采取有效救灾措施提供及时信息。

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▼地质灾害监测

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我国是地质灾害最为严重的国家之一 。无人驾驶航空器航空遥感系统提供的地质灾害区图像包括地质、地貌、土壤、水文、土地利用和植被等信息，这些信息构成地质灾害灾情评估的基础数据，对于提高区域地质灾害的准确预报、监测管理和灾情评估的科学性、准确性和有效性具有重要作用,可以大大提高减灾、抗灾、防灾的效率和现代化水平。

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▼地震灾害监测

 无人驾驶航空器航空遥感系统可以快速获取地震灾区信息，利用其搭载的传感器真实记录灾区地球表面的自然地貌、人工景观以及人类活动的痕迹,能够准确反映地震后灾区的全面景观，为震害调查、损失快速评估提供科学依据，对震后速报灾情、快速评估地震损失、决策救灾减灾行动提供支持。

第五届国际无人飞行器创新大奖赛

大奖赛始创于2011年，是由中国科学技术协会、中国宋庆龄基金会、共青团中央共同指导，中国航空工业集团公司、中国航空学会等单位共同主办的国际赛事，在北京市、浙江省成功举办了四届，现已成为我国以无人飞行器为主题的最具影响力的航空科技创新飞行盛会，形成良好社会效应和国际影响力。“第五届国际无人飞行器创新大奖赛暨安吉2017航空嘉年华活动”将于 2017年10月底至11月初在浙江安吉县举办。本届大奖赛内容包括创意赛（专业组与非专业组）、竞技赛（含固定翼类与旋翼类）、国际航模大师秀、高峰论坛、航空嘉年华等活动。

创意赛专业组设大奖，奖金额为20万元，非专业组奖金额达11万元人民币；固定翼类竞技赛设大奖，奖金额达50万元人民币；固定翼和旋翼类竞技赛一等奖金额均达20万元，总奖金额为170万元。

同期同地还将举办国际航模大师秀以及第一视角大师秀，为广大观众呈现精彩视觉盛宴。 届时组委会将邀请军地领导和专家进行现场指导，邀请无人机企业参与支持，联合电视、网络、平面等媒体进行全方位报道。欢迎全国各地参赛队伍按附件要求报名参赛和参展、提交相关材料，截止日期均为2017年9月30日。

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比赛规程、规则、活动动态等请查看：官方网站  www.uavgp.com.cn

组委会热线：010-84977718

官方报名邮箱：uavgpchina@163.com

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参赛报名热线：010-85777186  13811298266

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参赛规则

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1.参赛者在注册时，需准确填写真实姓名、所属地区、有效联系电话等内容。参赛者提供的个人信息只用于本次活动发放奖品使用，主办方承诺不泄露个人身份信息。

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2.竞赛题全部为单选题，参赛者在备选选项中选择一个正确答案。30道题全答对者可参与一二三等奖抽奖。

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3.在“中国航空学会”“空天界”“航空知识”微信平台推送的标题带有“全国通航日”的文章文末右下角点击「写留言」，留下您对通用航空产业未来的期许、祝福与建议，留言列为精选留言后您将获得提示信息，发动好友给您的留言点赞，截止5月15日每个平台留言点赞数最高（同一个人如果在同一平台为多篇文章留言，则相加全部点赞数）的读者可获航迷奖。

4.本次竞赛活动的相关事宜由活动主办方负责解释。

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奖项设置

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▼个人奖：将在30道题全部答对者中，随机抽取总计119名获奖者，分别获得一、二、三等奖。

一等奖：电脑端与手机端各3名，共计6名

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奖品：1:48歼20飞机模型一架

二等奖：电脑端与手机端各5名，共计10名

奖品：1:48武直-10飞机模型一架

三等奖：电脑端与手机端各50名，共计100名

奖品：《航空知识》杂志一本 

航迷奖：共计3名

奖品： C919飞机模型一架

▼优秀组织奖：5个单位，由主办单位评选

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获奖单位可于5月13-15日组织10-50名代表带队免费参观航空工业飞机制造厂

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奖品发放

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本次活动由国翊创新科技（北京）有限公司承办，最终抽奖结果将在中国航空学会官方网站予以公布。各位参赛者请完整填写个人联系方式和奖品联系地址，如联系信息不完整、不真实视为自动放弃获奖资格。奖品将在活动组委会与获奖者联系后邮寄发放。

点击“阅读全文”，参加本次答题活动

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