AIBOX技術(shù)白皮書
行業(yè)無人機空中檢查趨勢
無人機因效率高、成本效益高以及能夠執(zhí)行人類難以完成或危險的任務(wù)而越來越受各行各業(yè)的歡迎 能源和公用事業(yè)行業(yè) 能源領(lǐng)域涵蓋廣泛的無人機活動 建造行業(yè) 建筑業(yè)由主要從事建筑物或公路和公用設(shè)施系統(tǒng)等工程項目建設(shè)的機構(gòu)組成 農(nóng)業(yè)和林業(yè)行業(yè) 近年來 科學(xué)教育行業(yè) 無人機可用于科學(xué)研究和教育 采礦和礦山行業(yè) 事實證明 概括 無人機應(yīng)用已經(jīng)改變了能源、公用事業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流和醫(yī)療保健等各個行業(yè)。無人機的應(yīng)用范圍很廣，包括測繪、檢查、攝影和拍攝、噴灑和播種以及送貨。無人機的使用提高了各行業(yè)的效率、降低了成本并提高了安全性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)計未來幾年全球無人機市場將大幅擴張。 相關(guān)內(nèi)容可關(guān)注公眾號微文： 無人機在橋梁及基礎(chǔ)設(shè)施檢查中的應(yīng)用 1.行業(yè)無人機挑戰(zhàn) 行業(yè)無人機空中檢查和城市低空安防飛行有很大不同： 飛行范圍及飛行操作 行業(yè)級無人機執(zhí)行的空中檢查多數(shù)是視距且近目標(biāo)飛行，一般不會太高高度飛行。一般采取手動飛行、規(guī)定航線自主飛行以及自主路勁規(guī)劃的智慧飛行。 飛行機動性以及無人化執(zhí)行任務(wù) 行業(yè)無人機需要高機動性來提高工作效率，比如采用車載形式。無人化或者盡量少的飛手飛行是行業(yè)無人機工作效率的重要保證，整個數(shù)據(jù)采集過程盡可能簡單且標(biāo)準(zhǔn)化。 飛行任務(wù)明確性 空中檢查飛行具有很強飛行目的性特點，高效率飛行并采集高質(zhì)量的完整數(shù)據(jù)。每條數(shù)據(jù)必須要有對應(yīng)的準(zhǔn)確位置信息。 飛行環(huán)境的復(fù)雜性 行業(yè)無人機往往是近目標(biāo)的飛行，環(huán)境復(fù)雜高比如低照度 掛載專業(yè)性 行業(yè)無人機的數(shù)據(jù)采集設(shè)備更具專業(yè)性，往往需要結(jié)合可見光、熱成像、超聲波 總而言之每個行業(yè)領(lǐng)域都需要結(jié)合自身行業(yè)需求 行業(yè)無人機空中檢查解決方案包括以下步驟： 1.飛行平臺的選型 2.機載大腦 3.專業(yè)掛載 4.邊緣AI定制 5.數(shù)據(jù)存儲及加工 6.數(shù)據(jù)AI分析及總結(jié) 前三步涉及無人機高效率、高質(zhì)量完成數(shù)據(jù)采集任務(wù) 行業(yè)無人機空中檢查解決方案更加專業(yè)化 以下列舉了幾款國內(nèi)外行業(yè)空中檢查飛行平臺比較： 相關(guān)內(nèi)容可關(guān)注公眾號微文： 大疆的M350是最 具性價比的行業(yè)空中檢查飛行平臺 行業(yè)無人機機載大腦用途： 增強安全飛行：確保復(fù)雜場景的安全飛行 位置完整性：確保在GNSS拒絕環(huán)境下的每個采集數(shù)據(jù)都具備位置信息 增強自主飛行：確保在GNSS拒絕環(huán)境的，按設(shè)定的航線自主飛行 智慧飛行：邊緣AI具備目標(biāo)辨識能力，提高飛行效率 專業(yè)掛載是完成行業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)采集任務(wù) 大疆無人機M350是最 具安全可靠 M350 RTK飛機采用大疆領(lǐng)先的飛行控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng) M350 RTK最多可同時支持三個獨立的云臺。配備多個SDK擴展端口，可以滿足不同的擴展功能。 M350 RTK采用ZENMUSETM L1/L2/P1，可實現(xiàn)高精度測繪，Zenmuse H20/H30系列可實現(xiàn)智能視頻監(jiān)控功能。 硬件配置： 1. 單卡5G，內(nèi)置單極化天線2*2或4*4 2. WIFI 2.4/5.8雙頻 3. 64G FlashDisk-數(shù)據(jù)存儲 4. 激光雷達（可選）-MID360 5. GPU卡（可選）-Hailo-8 26TOPs 6. EPORT擴展接口-POWER+USB+串口+PPS同步 7. LAN擴展接口-GE 8. 直流電源輸出-5V或12V&2A 9. 兼容M350&M300（H20&H30T）&M30 10. 增強慣導(dǎo)擴展（可選）-內(nèi)置獨立模塊 11. 自組網(wǎng)通訊擴展（可選）：1.4GMESH自組網(wǎng) - 外掛獨立模塊 12. UWB高精度定位模塊（可選）：TOF+PDOA 軟件環(huán)境： -Ubuntu&ROS1.0 ubuntu20.04 -支持5G遠程RTTY開發(fā)調(diào)試 盡管M350 RTK飛機采用了領(lǐng)先六向視覺系統(tǒng)和紅外傳感系統(tǒng)實現(xiàn)周圍環(huán)境感知，除了有盲區(qū)以外，視覺雙目的有效距離只有6-8米，并且在低照及強反射度環(huán)境或弱紋理目標(biāo)會失效。 AIBOX_Drone內(nèi)置水平360°垂直59°，20萬點/秒的激光雷達，感知距離可達 40米@10% 反射率。采用非重復(fù)掃描技術(shù)，角分辨率可隨時間積分顯著改善，還大大增強對細(xì)小障礙物的感知能力，為無人機安全運行保駕護航。激光雷達不受環(huán)境光約束，無論是昏暗的室內(nèi)走廊，還是光照強烈的室外場景, 均能感知足夠的點云信息輔助無人機進行導(dǎo)航 行業(yè)無人機在執(zhí)行空中檢查任務(wù)一個重要的需求就是所有采集的數(shù)據(jù)必須有精準(zhǔn)位置信息，這個對于后續(xù)數(shù)據(jù)分析以及問題排查至關(guān)重要。但是很多場景沒辦法得到GNSS坐標(biāo)信息，比如橋梁檢查時橋梁腹部、近距離掃描類似罐體等大型金屬目標(biāo)、鐵路或高速隧道以及室內(nèi)空間檢查及3D測繪、大型文物建筑近距離掃描檢查和3D測繪等。 在GNSS拒絕的情況依然可以獲取目標(biāo)精準(zhǔn)位置信息是行業(yè)無人機面臨解決的重要問題。 AIBOX_Drone支持GNSS+LiDAR+IMU融合的SLAM定位算法，在GNSS定位失效情況，通過SLAM定位獲取無人機的實時坐標(biāo)位置。在類似隧道缺乏紋理辨識度的場景，AIBOX可以選用戰(zhàn)術(shù)級IMU實現(xiàn)無人機的實時定位。 為提高行業(yè)無人機工作效率以及簡化日常規(guī)律性的空中檢查任務(wù) 鐵路或高速隧道以及室內(nèi)空間檢查及3D測繪的場景，可能全程都沒有GNSS信號 AIBOX采用國產(chǎn)化邊緣AI嵌入式平臺RK3588 模型輕量化研究及優(yōu)化：實現(xiàn)模型在指定硬件環(huán)境和算力資源下的輕量化設(shè)計 模型在邊緣側(cè)的部署：針對特定無人機的硬件平臺 行業(yè)無人機的邊緣AI包括在飛行過程中目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)以及執(zhí)行拍照級測量工作 總之，基于無人機邊緣AI的行業(yè)無人機智慧飛行的目的就是提高飛行及數(shù)據(jù)采集的效率 SBG Systems 的 Pulse-40 IMU 是一款 6 自由度戰(zhàn)術(shù)級慣性測量裝置，可為 SWaP-C 受限應(yīng)用提供出色的性能 特點： l運動到輸出延遲 < 2ms l超低噪音陀螺儀（0.08°/√h） l出色零偏穩(wěn)定性（0.8°/h） l高精度加速度計 (6μg) l高帶寬（480Hz） l校準(zhǔn)溫度范圍為 -40°C 至 85°C 具有高效的MAC層傳輸協(xié)議和二層路由協(xié)議的自組織分布式寬帶無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng) l通信頻率：1415~1455MHz l發(fā)射功率：2*30dBm（2*1W） l帶寬模式：5 / 10 / 20/40 MHz l調(diào)制方式：多載波TDD-COFDM l載波調(diào)制：BPSK/QPSK/16QAM/64QAM； l接收靈敏度：-98dBm @ 10MHz； l通信距離：30km（地空/空空視距）； l通信速率：峰值90Mbps； l傳輸時延：單跳約2ms； l多跳能力：可達8跳 l啟動時間：≤25S； l支持≥32個節(jié)點互連 Q1：AIBOX支持的無人機機型有哪些？ A：目前支持大疆的M350和M300 Q2：AIBOX是否采用國產(chǎn)化硬件平臺以及算力數(shù)據(jù) A：采用全國產(chǎn)化的嵌入式算力硬件平臺瑞芯微RK3588，RK3588是一款8核的高性能國產(chǎn)嵌入式CPU芯片，除了自帶圖像處理以及圖像編解碼VPU以外，內(nèi)置6TOPs的NPU?div id="m50uktp" class="box-center"> ？梢酝耆珓偃晤愃芛OLO的邊緣目標(biāo)檢測算法 Q3：AIBOX的嵌入式軟件環(huán)境以及遠程開發(fā)調(diào)試環(huán)境介紹 A：嵌入式軟件環(huán)境Ubuntu&ROS1.0：ubuntu20.04，python3.9-3.11，RKNNToolkitsLite1.6.0以上，rk3588npu-driver 0.8.2以上。AIBOX支持5G遠程RTTY開發(fā)調(diào)試，同時AIBOX支持WIFI熱點，方便數(shù)據(jù)下載和程序更新。 Q4：AIBOX集成哪些硬件模塊以及可擴展模塊及接口 A：集成以下硬件模塊：單卡5G，內(nèi)置單極化天線、WIFI：2.4/5.8雙頻、32G FlashDisk-第三方數(shù)據(jù)存儲、激光雷達（可選）-MID360、GPU卡（可選）-Hailo-8 26TOPs、EPORT擴展接口-POWER+USB+串口+PPS同步、LAN擴展接口-GE、直流電源輸出-5V或12V&2A、增強慣導(dǎo)擴展（可選）-內(nèi)置獨立模塊、自組網(wǎng)通訊擴展（可選）：1.4G自組網(wǎng) - 外掛獨立模塊、UWB高精度定位模塊（可選）：TOF+PDOA、TDOA+PDOA-外掛獨立模塊 Q5：AIBOX重量、供電及功耗 A：重量600克以內(nèi) Q6：AIBOX無線通訊能力 A：自帶5G和WIFI無線通訊，可擴展1.4G的MESH自組網(wǎng)無線通訊模塊 Q7：AIBOX目前可以獲取無人機哪些數(shù)據(jù) A：無人機位置 Q8：AIBOX是否支持戰(zhàn)術(shù)級IMU方案 A：可選戰(zhàn)術(shù)級IMU模塊PULSE-40 Q9：AIBOX行業(yè)無人機室內(nèi)飛行技術(shù)路線 A：AIBOX目前基于激光雷達SLAM定位導(dǎo)航技術(shù)，對于紋理空間辨識度低的環(huán)境，推薦采用基于戰(zhàn)術(shù)級IMU的INS定位導(dǎo)航方案。支持UWB輔助定位，但不推薦。 Q10：AIBOX是否支持和無人機遙控器數(shù)據(jù)通訊能力 A：大疆通過PSDK和MSDK的數(shù)據(jù)通訊，可以支持AIBOX和遙控器APP通訊。 Q11：AIBOX數(shù)據(jù)存儲能力 A：AIBOX本身可以存儲64GB數(shù)據(jù)，也可以外接大容量U盤存儲數(shù)據(jù)。 Q12：AIBOX激光雷達用途 A：AIBOX的激光雷達一方面可以用于提升環(huán)境感知，增強避障功能 Q13：AIBOX的激光雷達SLAM介紹及用途 A：AIBOX的激光雷達SLAM算法實現(xiàn)了GNSS+激光雷達+IMU的融合定位 Q14：AIBOX算力及邊緣AI算法規(guī)劃 A：AIBOX采用全國產(chǎn)化的嵌入式硬件RK3588，自帶6TOPS算力 Q15：AIBOX是否支持視覺SLAM A：目前AIBOX只支持INS和激光雷達SLAM定位 Q16：AIBOX目前算法合作情況 A：目前在INS和激光雷達SLAM定位和上海交大技術(shù)團隊合作 Q17：AIBOX行業(yè)空中檢查有哪些應(yīng)用以及在探索的領(lǐng)域 A：目前在橋梁檢測領(lǐng)域試用，行業(yè)應(yīng)用需要大量驗證 Q18：AIBOX和第三方共同開發(fā)空中檢查解決方案 A：行業(yè)空中檢查解決方案多數(shù)由行業(yè)無人機公司、系統(tǒng)集成維護公司以及行業(yè)專家用戶共同完成1.1.空中檢查飛行平臺
1.2.M350無人機
1.3.行業(yè)機載AI大腦
1.3.1.增強避障
1.3.2.位置完整性
1.3.3.自主飛行
1.3.4.智慧飛行
1.3.5.戰(zhàn)術(shù)級INS慣性導(dǎo)航
1.3.6.無線MESH自組網(wǎng)
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