新型環境偵測系統

李思然+趙嘉珩+胡健寧+左宗源+費心怡

摘 要：文中設計了一套以導航級四軸飛行器為載具的建立于多傳感器配合工作的環境偵測系統，意在為導航性飛行控制系統進行非慣性導航的環境感知。結合已有相關非慣性導航環境數據感知方式，通過編寫程序、合理組合、協調傳感器工作，使系統不僅可以獲得導航系統自主繪制的二維地圖，還可以得到其在整個空間中的三維架構。不僅實現了在無GPS且障礙物較多的室內環境進行自動控制偵測，還改進了探測技術，極大地簡化了原先復雜的機械結構，完成了高可靠性建模。

關鍵詞：全景反射鏡；全景視覺；三維建模

1 作品簡介

本項目為一套以導航級四軸飛行器為載具建立于多傳感器配合工作的新型環境偵測系統，意在為導航性飛行控制系統進行非慣性導航的環境感知。提出并驗證了一種飛行器等無人載具獲得環境數據的感知方法。結合已有相關非慣性導航環境數據感知方式，在原有設計的基礎上提出新的設計解決方案，通過合理組合、協調工作傳感器，同時考慮到光學、激光、超聲波等各傳感器的優缺點，在自編寫程序的協調下并行工作。本項目不僅可以獲得傳統導航系統自主繪制的二維地圖，還可以得到其在整個空間中的三維架構。與傳統同類產品相比，本項目不僅實現了在無GPS且障礙物較多的室內環境進行自動控制偵測，還改進了探測技術，極大地簡化了原先復雜的機械結構，完成了高可靠性的建模。產品可先于人員進入未知的室內，對建筑物內部進行大體偵測后反饋數據，指導后方人員并輔助指揮員做出決策等。實物如圖1所示。

2 創新點

（1）采用了截面為雙曲線的反射鏡進行大視場范圍內的成像；

（2）快速還原算法與高精度還原算法二級配合工作；

（3）相比機械掃描式全景光學系統具有更高的穩定性與可靠性；

（4）AIFIS采用了模塊化設計與多平臺應用相結合的技術，可基于全景攝像頭、機掃激光雷達、超聲波距離傳感器等進行二維和三維高速建模；

（5）采用雙目攝像頭陣列進行三維建模，在三維建模的同時，光學傳感系統對室內場景進行實時錄制，于機載計算機中完成全景圖像的畸變還原，從而生成實時可觀測的全息影像。

3 市場前景

3.1 市場描述

雖然我國環境偵測系統的應用尚處于起步階段，但市場需求潛力巨大。大部分軍工企業和民用企業都是我們的目標群體，而且還可以通過后期的推廣讓大部分此類企業成為我們的客戶，因此市場前景十分可觀。

勃蘭登堡社會與安全學院（BIGS）發布的《Unmanned aircraft systems for civilian missions》（2012年2月）報告中指出，最近幾年，無人機系統已經變得越來越重要。

2011年在UVS International上注冊的無人機設計是2005年的兩倍。同時期內，無人機的生產商與開發商也多了兩倍。隨之而來的是對無人機系統研發及生產興趣的增加以及無人機系統生產國數目的增多。盡管當前空中偵察系統大多用于軍事目的，但此間無人機系統在民用與商用領域的增長卻是最快速的。

2011年國內 《無人機》雜志在《聚焦需求，加強合作與創新—大力推進我國民用無人機系統快速發展》一文中認為我國無人機市場處于蓄勢待發階段，傳統軍用無人機企業和民間資本紛紛進入這一新興市場，未來的市場規模將會呈現指數增長。

雖然目前市場競爭日趨激烈，但不成熟的無人機技術在很大程度上困擾著大部分人機企業。本系統針對室內環境設計的飛行偵測系統相比普通行器具有更強的近距離環境感知能力，相比于地面無人車輛具有更好的越障能力及觀察視野。除此之外，AIFIS系統基于四軸開發，比傳統此類系統多一維，通過多平臺移植與多傳感器組合實現了模塊化工作，可以更好地做到自主避障。因此AIFIS具有較強的技術優勢。

3.2 目標市場及消費群

我們的目標市場根據面向用戶群的不同可以定義為航模與技術愛好者，和只需直接使用、不做技術探索的企業與組織。無人機導航技術近年來確有較大發展，但大部分導航技術只應用于室外場地，對于室內導航技術還需要深入研究。由于AIFIS團隊已申請了專利，所以此類市場在短時間內不會出現類似產品與AIFIS競爭，即使是行業巨頭——大疆公司，在導航型無人機制造領域也極少涉足。因此如何提升AIFIS的用戶體驗是我們首要考慮的問題。

據統計數據可知，航模技術愛好者開創的民用企業占據了現有無人機制造商的一半以上，且其比率有逐年升高的趨勢，因此，此類人員和企業是AIFIS較大的目標市場。我們將為其提供配套硬件及底層開發環境，并根據客戶需求做出相應改進。

由于AIFIS具有簡便性、穩定性等特點，已被廣泛應用在軍用、消防、有害物質探測、工廠室內探測等領域，而這類企業和組織只使用成品，不做技術探索，因此我們可選擇為其提供完備的軟硬件系統。

3.3 銷售戰略

3.3.1 與已有合作關系的公司開展長期合作

AIFIS團隊此前已與中航天信（北京）航空科技有限公司開展過合作項目，并為該公司帶來了較大的商業利益，因此我們可以繼續與該公司開展合作，以保證其他產品的開發。我們的優勢在于團隊有較大的后臺支持，不會因為資金等問題而滯留不前。

3.3.2 實行同類產品推銷策略

當AIFIS產品得到推廣，并獲得部分市場后，我們會與更多公司展開合作，在出售AIFIS的同時幫助相關合作商家推廣產品，并在交易成功時收取提成。不僅賺取了作為第三方的費用，更加深了與其他企業的合作，提升了企業信譽度。

3.4 競爭描述

AIFIS目前沒有直接競爭者，但是仍存在一些強勁的相關競爭者。如大疆公司，該公司側重于做穩定型無人機，在軍用和民用領域都占有很大的市場份額。而AIFIS專注于做導航型無人機，與大疆無直接競爭，相反，可以建立長期合作關系，實現互惠共贏。

此外，北京航空航天大學和麻省理工大學研制的自主導航無人機與AIFIS類似。但北京航空航天大學和麻省理工大學研制的自主導航無人機基于雙目視覺系統，基于復雜的機械機構，且建模實現的可靠性較低。而AIFIS研發出的新型全景視覺系統極大地簡化了機械結構，并在很大程度上提高了系統的可靠性。

3.5 競爭戰略/市場進入障礙

推廣一個產品需要耗費大量的人力、財力、物力。AIFIS目前并沒有太多的資金和人手做大量推廣，而同類競爭者卻已擁有了廣大的用戶基礎。此外，AIFIS雖然技術新穎，但與大疆等公司相比，持續技術力量還很薄弱。但我們堅信未來的道路是廣闊的，只要有技術，有能力，有對這個行業的熱愛，我們就一定會將產品做到最好，吸引越來越多的需求者！endprint