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莘莊商務樓1326室
目錄
城市低空安防趨勢
1. 警用無人機挑戰(zhàn)
1.1. 安全飛行挑戰(zhàn)
1.2. 自主飛行挑戰(zhàn)
1.3. 智慧飛行挑戰(zhàn)
1.4. 警用 掛載挑戰(zhàn)
2. 城市低空安防解決方案
2.1. 城市低空飛行器平臺
2.2. 警用無人機機載大腦
2.2.1. 遠程無線通訊
2.2.2. 視頻編碼及推流
2.2.3. 全向激光雷達點云
2.2.4. 增強避障機制
2.2.5. 雙重定位機制
2.2.6. 動態(tài)路徑規(guī)劃
2.2.7. 增強飛行機制
2.2.8. 增強邊緣AI
2.2.9. 增強飛行日志
2.3. 警用安全飛行策略
2.3.1. 正常飛行策略
2.3.2. 正常避障策略
2.3.3. 異常飛行策略
關于AIBOX-警用版的Q&A
巨視安防
從傳統(tǒng)視頻監(jiān)控到視頻AI大模型，城市安防從監(jiān)控覆蓋的量變走向智能、智慧的智變。低空安防作為無人機低空經濟重要應用領域，實現了城市安防物理空間拓展，為城市安防中的重大事件保障、日常巡邏檢查以及重大事故第 一現場的空中視角提供重要技術手段，必將是未來城市安防重要發(fā)展趨勢。
n無人機第 一現場DFR-Drone as First Responders
使用無人機在緊急情況下提供快速現場服務，意味著無人機能夠完成第 一個到達目標地點并提供援助，避免了地面交通堵塞以及車輛無法到達的地方等狀況發(fā)生。
n交通事故重現
借助無人機的高精度定位、航空攝影和測繪，能更好地進行現場分析。有了鳥瞰圖并進行測量的能力，意味著調查人員可以獲得更準確的報告并節(jié)省時間。
n人群監(jiān)控
使用無人機進行人群監(jiān)控可以鳥瞰整個區(qū)域，從給定位置監(jiān)視人群。人流實時分析及人員流量控制，突發(fā)事件的及時發(fā)現以及從空中視角監(jiān)視和跟蹤可疑人員。
n空中遠程監(jiān)視
無人機遠距離監(jiān)控人或感興趣的地方是一種非侵入式的觀察方式。配備高變焦攝像頭的無人機意味著無人機可以飛得很遠，依然能近距離觀察特定位置或人。與傳統(tǒng)地面監(jiān)控方式不同，無人機提供了靈活遠程不同位置和角度的監(jiān)控。此外基于紅外熱成像和毫米波雷達，無人機還可以發(fā)現建筑物內的人員情況。
n搜索與救援
在發(fā)生大型火災、搜救行動或火災后評估，使用無人機能全面了解情況 以及確保消防隊安全。通過提供有關火災蔓延和強度的實時信息，幫助急救人員監(jiān)測和控制火災。同時實時檢查危險環(huán)境，減少救援人員傷害風險。無人機能夠快速掃描大片土地，在尋找走失或失蹤人員時至關重要。配備熱成像攝像機可以發(fā)現走失或失蹤的人員。
無人機飛行安全永遠是第 一重要的，除了遵守相關的安全飛行法規(guī)，無人機自身技術保障也是安全飛行重要保證：
l增強避障：包括低照度環(huán)境障礙物感知，高壓電線以及建筑玻璃幕墻避障，以及塔吊、風箏等空中移動目標避障機制。
l通訊保障：低空無線通訊的保障，以及在地面人員密集情況的無線通訊保障機制。
l安全飛行策略：根據公安、交警、消防業(yè)務單位的不同場景需要，制定合適的安全飛行策略
l安全數據記錄：記錄飛行實時位置、姿態(tài)、速度、障礙物感知、電池電量以及通訊鏈路質量信息的安全數據機制
l應急處理：電池電量異常、突發(fā)天氣情況、衛(wèi)星定位信號被干擾、遙控器信號被干擾、強磁干擾等緊急情況的應急處理機制
如何在GNSS拒絕的場景，或者衛(wèi)星定位信號被干擾、遙控器信號被干擾、強磁干擾，依然基于激光雷達SLAM自主定位及導航完成抵近目標自主飛行。
lGNSS拒絕場景：城市高樓導致GNSS信號失效
l衛(wèi)星定位信號被干擾：被地面惡意干擾
l遙控器信號被干擾：：被地面惡意干擾
l強磁干擾：附近有高壓線、變電站等環(huán)境
出現以上情況，機載激光雷達SLAM實現無人機的自主定位，基于目標坐標的簡單路徑規(guī)劃以及基于位置或者速度的PID無人機自主飛行控制，實現無人機自主抵近目標的任務飛行。
當然并不是所有出現異常情況，激光雷達SLAM都有效，當SLAM失效情況，無人機執(zhí)行自動返航。
無人機機視頻及識別特點：
1.實時而非歷史：不同于地面相機，無人機視頻是非長時間固定畫面，更側重于實時而非歷史錄像應用。
2.垂直及大角度：不同于地面相機，無人機視角多垂直或大角度，同時高度高，具備高點大場景、小目標的特點。
3.識別模型多樣性：地面相機一般依據場景固定識別模型，比如出入口的車輛識別或人臉識別等，無人機視頻由于其移動的特點，無法固化識別模型，模型存在多樣性，比如需要支持更多的分類識別而非固定幾種分類；
4.識別實時性要求：有些事件識別需要無人機在飛行中快速捕捉，比如事故現場等，需要無人機到達現場后，自動發(fā)現并引導無人機到達。
5.視頻實時認知：固定相機可以依據畫面的固定背景實現事件的判斷，如高速公路應急車道占用，固定相機可通過劃區(qū)域識別，無人機需要不畫線畫框識別的，要算法對畫面有認知。無人機視頻的認知包括通用認知以及根據無人機當前位置的個性化認知。
6.協(xié)同性要求：某些事件需要和無人機飛行以及負載控制聯(lián)動，類似電力線巡檢的事件檢測、車牌識別以及車輛跟蹤等。
整體的低空安防的智慧飛行解決方案包括無人機端、邊、云算力架構及多模態(tài)大模型智慧飛行。無人機自身的智慧飛行指無人機通過自帶的算力，實現基于視頻邊緣AI，完成自主飛行過程中自動發(fā)現目標，并指導飛行同時執(zhí)行相關任務。
例如公安采用無人機發(fā)現罌粟花種植的情況，抵近目標并拍照回傳中心；高架交警采用無人機發(fā)現違法的大貨車，實現自動跟蹤、車牌識別和警示驅離；消防采用無人機發(fā)現可疑著火場景，抵近并回傳現場視頻到監(jiān)控中心。
以高架交警大貨車違法處理為例，無人機基于邊緣AI算法實現大貨車目標檢測，根據無人機當前位置和姿態(tài)、云臺的姿態(tài)以及目標到無人機的距離，計算出目標坐標，控制無人機實現目標實時跟蹤。無人機自動實現車牌的拍照，回傳中心，聯(lián)動執(zhí)法處理。無人機可以基于自帶的LED顯示設備，警示違法行為。
其他包括違法車牌識別、人員數量統(tǒng)計警用任務等場景，都涉及視頻AI功能要求。當然不涉及飛行控制的視頻AI，可以通過邊端或者云端視頻AI算法實現。
根據不同應用場景和執(zhí)行任務的不同，需要警用無人機具備支持不同專業(yè)掛載的能力，可能需要類似以下掛載：
l可見光、熱成像實時視頻采集
l毫米波雷達空中生命探測
l激光雷達現場三維測繪
l空中喊話器
l空中信息指示器
l空中拋投器
這些掛載涉及供電及數據通訊。
城市低空安防相比城市地面安防，是一個更為復雜的系統(tǒng)工程，涉及低空通訊、低空管理、飛行法規(guī)、飛行策略、飛行技術保障以及飛行感知、飛行偵測及反制等一系列任務綜合管理平臺。
分成三個階段：
首先選擇安全可靠、高性價比的飛行器平臺：飛行器應具備升級改造的能力。通過加載機載算力模塊和根據不同業(yè)務需求的警用專業(yè)功能掛載，將通用飛行器升級為具備警用無人機專業(yè)屬性的警用無人機。
第二階段是制定空中航線法規(guī)以及無人機準入法規(guī)：包括航線法規(guī)、無人機準入法規(guī)、飛行法規(guī)以及運營法規(guī)等。結合警用無人機進一步升級改造，類似敵我識別、ABS等以及偵測和反制技術引入，從法規(guī)和技術兩個層面，保障低空安防的安全性和規(guī)范性。
第三階段基于警用無人機，結合不同的警用業(yè)務場景，實現低空安防更加全面的安全、自主和智慧飛行，保障低空安防全面推廣。
大疆無人機M350是最 具安全可靠、高性價比的飛行器平臺，同時M350提供多種類型的開發(fā)接口，用戶可以從掛載、APP以及平臺幾個層面，升級改造通用無人機成為滿足自身業(yè)務及管理需要的專業(yè)的行業(yè)無人機。
lM350 RTK飛機采用大疆領先的飛行控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)，均采用冗余設計，最 大限度地確保飛行安全；六向視覺系統(tǒng)、紅外傳感系統(tǒng)和夜視FPV飛行攝像機，實現了飛行過程中的六向障礙物感知和避障。
lM350 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。機身配備了夜燈，以在夜間識別飛機，并配備了輔助燈，以協(xié)助視覺系統(tǒng)在夜間或低光條件下定位。
lM350 RTK采用ZENMUSETM L1/L2/P1，可實現高精度測繪，Zenmuse H20/H30系列可實現智能視頻監(jiān)控功能。
警用無人機機載大腦用途：
l安全飛行增強：確保在各種情況下的安全飛行，減少炸機的概率
l自主飛行增強：減少手動飛行，確保指點或航線的自主飛行
l智慧飛行增強：邊緣AI能力，解決智慧飛行
AIBOX_Drone通過全國產化軟硬件嵌入式設備提供可靠遠程無線通訊、增強的避障感知、位置增強、動態(tài)規(guī)劃、邊緣AI等能力，解決低空安防面對的飛行挑戰(zhàn)。
大疆自帶的2.4G/5.8G雙頻無線通訊具備遠距離、點到點、高信噪比、動態(tài)帶寬、動態(tài)編碼特點。但是建筑物遮擋會導致信號無法回傳。盡管大疆也提供了高性價比的圖傳模塊，單只支持4G單卡。在人員密集區(qū)域，圖傳模塊不能發(fā)揮很好的功效。
AIBOX_Drone可以最 大支持3路獨立的無線通訊，可選擇5G或者1.4G任意運營商網絡。并且支持實時動態(tài)檢測每個無線通訊網絡信號質量并MQTT上報，包括SINR、RSRP、RSSI、RSPQ、Cell ID等信息。
AIBOX_Drone支持多卡選路及多卡聚合MPTCP功能。在人員密集的場景，5G鏈路擁擠，多卡聚合可以保障無人機現場視頻實時回傳。
大疆FPV視頻流7-8Mbps且不支持碼流及分辨率的修改，在無線通訊網絡帶寬無法滿足情況，需采用二次編碼的方式。并且無人機不支持國標GB28181推流方式。
AIBOX_Drone支持基于PSDK獲取無人機的FPV或負載視頻流，支持視頻流的二次編碼，并且可設定碼流帶寬、分辨率及GOP。
AIBOX_Drone視頻推流支持GB和ONVIF推流，支持多通道同時推流；
AIBOX_Drone內置水平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。采用非重復掃描技術，角分辨率可隨時間積分顯著改善，還大大增強對細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航、避障，甚至是進行檢測分類，充分釋放無人機人工智能的潛力。
盡管M350 RTK飛機采用了領先六向視覺系統(tǒng)和紅外傳感系統(tǒng)實現周圍環(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)境或弱紋理目標會失效。
AIBOX_Drone在大疆無人機原有的避障保護機制上，通過自身激光雷達點云實時數據分析將障礙物感知距離擴展到40米，低照及強反射度環(huán)境或弱紋理目標感知依然正常工作。
大疆無人機僅支持GNSS定位和RTK精準定位，也只有在GNSS定位正常的情況，才能完成指點飛行或航線飛行。GNSS定位失效的情況，指點飛行或航線飛行將中止并等待手動飛行。
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位置。AIBOX_Drone同時支持陌生環(huán)境，基于LiDAR+IMU的SLAM三維建圖并保存。
考慮到激光雷達的有效距離以及算法本身，GNSS+LiDAR+IMU融合的SLAM定位算法對于環(huán)境有一定要求，并不能適用所有環(huán)境。
大疆M350 RTK無人機僅支持指點和航線的靜態(tài)飛行路徑規(guī)劃，飛行過程中出現運動方向障礙物，只能選擇懸停等待手動操控。動態(tài)路徑規(guī)劃是在無人機指點或航線飛行過程中，出現運動方向障礙物時依賴動態(tài)路徑規(guī)劃算法實現無人機繞過障礙物繼續(xù)飛行。
城市警用場景動態(tài)路徑規(guī)劃策略：本著垂直空間的復雜度遠低于水平空間的復雜度，采取升空+直線飛行+下降的飛行策略，上升和下降過程中通過避障感知數據，實現繞行的動態(tài)避障策略。
大疆無人機支持一鍵起飛、一鍵降落和一鍵返航等功能。飛行策略包括手動飛行、指點飛行和航線飛行。配合一鍵起飛、一鍵返航和指點及航線飛行實現無人機的自主飛行。但是上述過程中遇到GNSS失效和飛行方向有障礙物，就會懸停中止飛行，需要采取手動控制方式飛行或者選擇返航。手動飛行會增加飛行風險。
l如何在GNSS失效的情況，依然能夠指點或者航線自主飛行？
首先在出現GNSS失效的時候，基于AIBOX的SLAM定位，實時獲取飛機位置；其次AIBOX基于飛機的姿態(tài)、速度以及運動方向，完成對無人機的自動控制，從而取代這種狀況下的手動控制。
l如何在指點或者航線自主飛行過程中遇到障礙物，如何保證繼續(xù)飛行？
首先AIBOX需要基于環(huán)境的激光點云和大疆障礙物數據分析，得到運動方向的障礙物的方位及大小信息；其次AIBOX會根據動態(tài)路徑規(guī)劃策略實現飛行路徑的調整；最后AIBOX會根據新的路徑方向實現飛行。
AIBOX采用國產化邊緣AI嵌入式平臺RK3588，自帶6TOPs算力，可選26 TOPs的GPU卡。
l模型輕量化研究及優(yōu)化：實現模型在指定硬件環(huán)境和算力資源下的輕量化設計。通過分析模型的結構和參數，提出針對輕量化目標的模型優(yōu)化策略，包括模型剪枝、量化壓縮和數據增強等，將有效地提高模型的性能和魯棒性。
l模型在邊緣側的部署：針對特定無人機的硬件平臺，實現輕量化模型的部署，包括：模型向瑞芯微RK系列平臺的移植；實現基于瑞芯微rknn開發(fā)環(huán)境的模型推理；
無人機邊緣AI涉及飛行和降落兩個過程：
l飛行主要涉及障礙物識別、目標識別以及目標跟蹤場景
障礙物識別：飛行方向類似玻璃幕墻、電線風箏線以及樹枝等微小障礙物、運動障礙物等；結合FPV相機AI識別和面陣激光雷達測量實現避障飛行。
目標識別及跟蹤：通過深度學習，發(fā)現特定事件或特定目標，通過激光目標測距等技術實現目標坐標定位。對于固定目標，實現飛臨目標；對于移動目標，通過視頻實現目標跟隨，通過激光目標實時測距實現目標的實時坐標定位，依據跟隨算法，實現無人機跟隨。
l降落主要涉及降落標識識別、降落區(qū)域識別、降落過程障礙物識別
降落標識識別：通過對特定的降落標識深度學習，實現輔助無人機降落；
降落區(qū)域識別：通過深度學習，識別適合降落區(qū)域，實現輔助無人機降落；
降落過程障礙物識別：類似電線細小障礙物的判別；配合激光雷達實現避障；
無人機飛行日志相當于無人機的黑匣子，對于追溯整個飛行過程、異常情況排查以及指導后續(xù)飛行有重要的意義。
AIBOX的飛行日志信息包括：
l飛行任務數據-起飛時間、起飛航點、起飛電量、降落時間、降落航點、降落電量、航程
l飛行數據-飛行模式、位置、姿態(tài)、速度-5Hz
l通訊鏈路數據-飛機&遙控器、5G、1.4G-1HZ
l飛行器傳感器數據-避障數據-5HZ
l異常及報警-避障事件及避障數據、EPORT異常、AIBOX異常、溫度過高
城市警用飛行除了日常航線巡邏以外，最多應用場景是指點飛行-提供目的地坐標的指點飛行。城市警用飛行特點：
l遠距離飛行，提高無人機的執(zhí)行任務的區(qū)域，一般M350/M300覆蓋5-7公里
l通過手動飛行方式的飛行區(qū)域排查，設定無人機禁飛區(qū)域、危險區(qū)域（飛行高度的限制區(qū)域、復雜區(qū)域建議事先手動飛行生成航線預案，到達此區(qū)域后切換到航線飛行）
l航線飛行和指點飛行過程需要實時檢測電池電量，需保證足夠電量一鍵返航。
l高層建筑、高壓線以及橋梁等影響飛行的區(qū)域，建議提前手動飛行摸排
基于機載AIBOX執(zhí)行的安全飛行的策略：
不考慮突發(fā)異常情況，僅僅涉及路線飛行里程，沒有障礙物等情況。電量規(guī)劃需滿足5公里一鍵返航的電量標準，返航高度設定。
l警用航線飛行：保持RTK功能有效情況，首先由飛手手動飛行生成航線文件-包括航點信息、飛行速度以及動作。以后由采取執(zhí)行航線飛行的方式執(zhí)行時常巡邏的任務。執(zhí)行航線飛行任務中可以停止、繼續(xù)飛行。
l警用指點飛行：首先獲取到目標地點的坐標；無人機升至設定指點飛行高度（一般根據無人機任務區(qū)域最 高建筑高度為參考+變量，變量的目的保證同一區(qū)域無人機設定高度有所差別，避免空中飛行風險）；無人機直線飛行的方式達到目標點區(qū)域上空；無人機下降至30-50高度后懸停，此過程需要考慮避障繞行，保證安全下降；執(zhí)行任務完畢后，一鍵返航。
無人機在姿態(tài)飛行模式下，自身避障功能失效，需要自主根據感知的避障數據實現避障策略。
正常飛行過程情況無人機避障策略：
基本：基于大疆飛機運動方向（上、下、前）避障信息并設定安全距離，運動方向安全距離出現障礙物，飛行懸停并停止飛行，等待手動控制，10秒內無任何操作，執(zhí)行返航。
增強-基于AIBOX的激光雷達點云分析運動方向障礙物情況，設定安全距離。
異常飛行策略是飛行中的突發(fā)情況處理，根據各類情況，給予不同處理辦法：
lAIBOX故障-EPORT通訊&供電故障：飛機交給遙控器管理，若遙控器失聯(lián)，執(zhí)行返航（無人機飛行前設定）
l無線通訊鏈路中斷或異常：執(zhí)行返航
l飛行設備故障之溫度過高：執(zhí)行返航
l飛行設備故障之發(fā)動機故障：緊急降落
l突發(fā)的惡劣天氣：上升飛行，執(zhí)行返航或繼續(xù)任務
l飛行方向出現障礙物：嘗試避障飛行或者避障措施
Q1：AIBOX-警用版支持的無人機機型有哪些？
A：目前支持大疆無人機M350和M300，后續(xù)考慮支持M30系列
Q2：AIBOX-警用版和通用版有什么區(qū)別？
A：包括通用版、警用版和定制版，通用版不支持多卡和激光雷達，僅定制版支持激光雷達。
Q3：AIBOX-警用版為何考慮多鏈路通訊增強？
A：多卡多鏈路有兩個方面考慮，其一是類似上海等城市建設了專業(yè)的低空通訊網，雙卡的保證了低空和地面通訊網的一體化通訊。其次類似大型活動情況，人員密集導致無線通訊鏈路擁擠，多卡可以保證無人機視頻可靠回傳。
Q4：AIBOX-警用版是否采用國產化的軟硬件平臺？
A：采用的是全國產化的嵌入式算力平臺瑞芯微RK3588，未來計劃公安部檢測報告
Q5：AIBOX-警用版算力情況以及邊緣AI的規(guī)劃？
A：RK3588是一款8核的高性能國產嵌入式CPU芯片，除了自帶圖像處理以及圖像編解碼VPU以外，內置6TOPs的NPU?？梢酝耆珓偃晤愃芛OLO的邊緣目標檢測算法。同時AIBOX還可以選擇擴展的26TOPs的GPU算力卡，實現類似CLIP多模態(tài)大模型。目前AIBOX的邊緣AI的規(guī)劃是采取開發(fā)嵌入式開發(fā)環(huán)境，合作伙伴一起共同實現。
Q6：AIBOX-警用版和同行相比有哪些特點和優(yōu)勢？
A：AIBOX采用是全國產化嵌入式嵌入式硬件平臺，可選單卡或者多卡增強通訊，可選激光雷達增強飛行，可選GPU卡擴展算力，是最 具性價比的機載通訊算力模塊。另外AIBOX提供MQTT以及GB推流標準接口，同時開放嵌入式開發(fā)環(huán)境，便于第三方邊緣AI移植。開放性更好，更易對接。
Q7：AIBOX-警用版提供展示平臺及展示平臺相關介紹？
A：提供城市低空飛行管控平臺，詳見其他相關文檔
Q8：AIBOX-警用版是否考慮激光雷達增強無人機自身的障礙物感知能力
A：目前僅定制版配置了激光雷達，定制版AIOBX具備增強環(huán)境感知能力，詳見2.2.3&2.2.4
Q9：AIBOX-警用版如何對接第三方平臺
A：提供MQTT以及GB推流標準接口及文檔，開放嵌入式開發(fā)環(huán)境，便于第三方邊緣AI移植。
Q10：AIBOX-警用版團隊能基于展示平臺幫助用戶定制平臺的嗎？
A：可以，包括視頻流媒體服務、OSS文件服務、MQTT服務、HTTP服務及web開發(fā)以及Android APP開發(fā)等。
Q11：AIBOX-警用版團隊能幫助用戶開發(fā)邊緣AI算法嗎？
A：可以，已聯(lián)合高校團隊一起完成算法模型并輕量化部署到AIBOX上。
Q12：AIBOX-警用版和大疆4G增強圖傳模塊有哪些特點和優(yōu)勢？
A：AIBOX采用的5G無線通信，相比4G具有容量、帶寬、抗干擾等多方面優(yōu)勢。此外，大疆的4G增強圖傳模塊必須采用大疆自帶的流媒體服務，用戶只能從遙控器或機巢側才能獲取視頻流，不支持直接無人機獲取視頻流。AIBOX直接從無人機獲取視頻流，且直接開放推流接口接入第三方平臺。另外，AIBOX支持外置和內置天線，5G天線采用4*4設計，內置5G天線更是考慮了雙極化的設計，這些設計考慮比大疆4G圖傳模塊天線設計更具信號優(yōu)勢。
Q13：AIBOX-警用版推廣策略
A：AIBOX采取城市合作伙伴推廣策略，協(xié)助合作伙伴一起完成低空安防項目。
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