行业无人机空中检查

AIBOX技术白皮书

行业无人机空中检查趋势   

无人机因效率高、成本效益高以及能够执行人类难以完成或危险的任务而越来越受各行各业的欢迎。以下是一些已开始使用无人机的行业：

能源和公用事业行业

能源领域涵盖广泛的无人机活动，涉及提供电力、石油、天然气、蒸汽供应、供水和废水处理等基本公用设施。无人机彻底改变了能源公用事业的运营方式。例如，它们用于检查输电线、风力涡轮机和太阳能电池板。配备热像仪的无人机可以检测并定位设备中的任何故障或损坏，并可以快速修复。这为能源公司节省了时间和金钱，并降低了发生事故的风险。

建造行业

建筑业由主要从事建筑物或公路和公用设施系统等工程项目建设的机构组成。无人机在建筑行业用于勘测场地、创建 3D 地图和监控进度。它们还可用于检查建筑物和桥梁的损坏或磨损情况。配备摄像头和传感器的无人机可以帮助建筑公司检测潜在的安全隐患并防止事故发生。

农业和林业行业

近年来，无人机在农业和林业中的应用急剧增加。配备多光谱摄像头的无人机可以捕捉作物健康和生长的数据，从而帮助农民提高产量。在林业中，无人机用于勘察树木健康状况、探测森林火灾和监测野生动物种群。

科学教育行业

无人机可用于科学研究和教育，研究野生动物、监测天气模式和探索偏远地区。它们还可用于收集环境数据，例如空气和水质。它们可以提供温度、湿度、风速和其他天气变量的实时数据，帮助科学家和气象学家更好地了解天气模式并预测恶劣天气事件。

采矿和矿山行业

事实证明，在采矿和矿山作业中使用无人机可以提高安全性，因为这样工人就无需执行危险任务，例如爬上料堆或检查高空设备。无人机收集的数据可以使用先进的软件和机器学习算法进行分析，为矿业公司提供见解，为其战略规划和决策过程提供参考。

概括    

无人机应用已经改变了能源、公用事业、农业、物流和医疗保健等各个行业。无人机的应用范围很广，包括测绘、检查、摄影和拍摄、喷洒和播种以及送货。无人机的使用提高了各行业的效率、降低了成本并提高了安全性。随着技术的不断发展，预计未来几年全球无人机市场将大幅扩张。

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无人机在废弃隧道检查应用

无人机在铁路隧道检查应用

无人机地下采矿应用

无人机在桥梁及基础设施检查中的应用

无人机高速公路桥梁检测

1.行业无人机挑战   

行业无人机空中检查和城市低空安防飞行有很大不同：

飞行范围及飞行操作

行业级无人机执行的空中检查多数是视距且近目标飞行，一般不会太高高度飞行。一般采取手动飞行、规定航线自主飞行以及自主路劲规划的智慧飞行。

飞行机动性以及无人化执行任务

行业无人机需要高机动性来提高工作效率，比如采用车载形式。无人化或者尽量少的飞手飞行是行业无人机工作效率的重要保证，整个数据采集过程尽可能简单且标准化。

飞行任务明确性

空中检查飞行具有很强飞行目的性特点，高效率飞行并采集高质量的完整数据。每条数据必须要有对应的准确位置信息。    

飞行环境的复杂性

行业无人机往往是近目标的飞行，环境复杂高比如低照度、没有GNSS信号、狭窄空间、无通讯信号、高温高湿环境、强磁干扰环境、高电压环境、运动目标检查等都是需要面对和解决的问题。

挂载专业性

行业无人机的数据采集设备更具专业性，往往需要结合可见光、热成像、超声波、激光雷达、气体传感器、电磁传感器等技术研制专用数据采集设备。

总而言之每个行业领域都需要结合自身行业需求，形成行业无人机空中检查的行业标准规范，才能促进行业无人机空中检查低空经济的发展。

行业无人机空中检查解决方案包括以下步骤：

1.飞行平台的选型

2.机载大脑

3.专业挂载

4.边缘AI定制

5.数据存储及加工

6.数据AI分析及总结

前三步涉及无人机高效率、高质量完成数据采集任务，属于前端建设解决方案；后三步涉及后台数据加工及AI分析，属于后台及平台建设解决方案。

行业无人机空中检查解决方案更加专业化、系统化。具有开发复杂度高，技术要求高、开发周期长等特点。

1.1.空中检查飞行平台  

以下列举了几款国内外行业空中检查飞行平台比较：

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无损检测 (NDT) -最适合桥梁检查的无人机

最 佳采矿无人机对比

最适合电力线路检查的无人机

2024 年最 佳桥梁检查无人机

大疆的M350是最 具性价比的行业空中检查飞行平台。通过加载机载AI大脑和专业挂载，形成完整空中检查前端建设解决方案。

行业无人机机载大脑用途：

增强安全飞行：确保复杂场景的安全飞行

位置完整性：确保在GNSS拒绝环境下的每个采集数据都具备位置信息

增强自主飞行：确保在GNSS拒绝环境的，按设定的航线自主飞行

智慧飞行：边缘AI具备目标辨识能力，提高飞行效率

专业挂载是完成行业专业数据采集任务，往往需要和行业合作伙伴一起完成专业定制及集成。

1.2.M350无人机  

大疆无人机M350是最 具安全可靠、高性价比的飞行器平台，支持2.7Kg的挂载，同时M350提供多种类型的开发接口，用户可以从挂载、APP以及平台几个层面，升级改造通用无人机成为满足自身业务及管理需要的专业的行业无人机。 

M350 RTK飞机采用大疆领先的飞行控制系统和传感器系统，均采用冗余设计，最 大限度地确保飞行安全；六向视觉系统、红外传感系统和夜视FPV飞行摄像机，实现了飞行过程中的六向障碍物感知和避障。

M350 RTK最多可同时支持三个独立的云台。配备多个SDK扩展端口，可以满足不同的扩展功能。

M350 RTK采用ZENMUSETM L1/L2/P1，可实现高精度测绘，Zenmuse H20/H30系列可实现智能视频监控功能。

1.3.行业机载AI大脑  

硬件配置：

1. 单卡5G，内置单极化天线2*2或4*4

2. WIFI 2.4/5.8双频，内置天线

3. 64G FlashDisk-数据存储

4. 激光雷达（可选）-MID360

5. GPU卡（可选）-Hailo-8 26TOPs

6. EPORT扩展接口-POWER+USB+串口+PPS同步

7. LAN扩展接口-GE

8. 直流电源输出-5V或12V&2A

9. 兼容M350&M300（H20&H30T）&M30

10. 增强惯导扩展（可选）-内置独立模块

11. 自组网通讯扩展（可选）：1.4GMESH自组网 - 外挂独立模块

12. UWB高精度定位模块（可选）：TOF+PDOA、TDOA+PDOA-外挂独立模块

软件环境：

-Ubuntu&ROS1.0    

ubuntu20.04，python3.9-3.11，RKNNToolkitsLite1.6.0以上，rk3588npu-driver 0.8.2以上

-支持5G远程RTTY开发调试

1.3.1.增强避障  

尽管M350 RTK飞机采用了领先六向视觉系统和红外传感系统实现周围环境感知，除了有盲区以外，视觉双目的有效距离只有6-8米，并且在低照及强反射度环境或弱纹理目标会失效。

AIBOX_Drone内置水平360°垂直59°，20万点/秒的激光雷达，感知距离可达 40米@10% 反射率。采用非重复扫描技术，角分辨率可随时间积分显著改善，还大大增强对细小障碍物的感知能力，为无人机安全运行保驾护航。激光雷达不受环境光约束，无论是昏暗的室内走廊，还是光照强烈的室外场景, 均能感知足够的点云信息辅助无人机进行导航、避障，甚至是进行检测分类，充分释放无人机人工智能的潜力。          

1.3.2.位置完整性  

行业无人机在执行空中检查任务一个重要的需求就是所有采集的数据必须有精准位置信息，这个对于后续数据分析以及问题排查至关重要。但是很多场景没办法得到GNSS坐标信息，比如桥梁检查时桥梁腹部、近距离扫描类似罐体等大型金属目标、铁路或高速隧道以及室内空间检查及3D测绘、大型文物建筑近距离扫描检查和3D测绘等。

在GNSS拒绝的情况依然可以获取目标精准位置信息是行业无人机面临解决的重要问题。

AIBOX_Drone支持GNSS+LiDAR+IMU融合的SLAM定位算法，在GNSS定位失效情况，通过SLAM定位获取无人机的实时坐标位置。在类似隧道缺乏纹理辨识度的场景，AIBOX可以选用战术级IMU实现无人机的实时定位。

1.3.3.自主飞行  

为提高行业无人机工作效率以及简化日常规律性的空中检查任务，类似桥梁空中检查一般首次飞行由专业飞手根据要求手动完成飞行，基于GNSS和激光雷达SLAM定位，保证航线过程的每个航点都具备绝 对坐标位置信息；基于航点生成飞行航线，后续空中检查任务就可以按照航线完成空中检查任务。此流程同样试用其他室外近距离扫描大型类似罐体等金属目标和室外大型文物建筑近距离扫描检查和3D测绘。

铁路或高速隧道以及室内空间检查及3D测绘的场景，可能全程都没有GNSS信号，这需要标识好起飞点，由专业飞手根据要求手动完成首次飞行，基于INS或者激光雷达SLAM定位，保证航线过程的每个航点都具备相对坐标位置信息；基于航点生成飞行航线，后续每次检查严格同一起飞点起飞（起飞点的确认很重要），空中检查任务就可以按照航线完成空中检查任务。

1.3.4.智慧飞行  

AIBOX采用国产化边缘AI嵌入式平台RK3588，自带6TOPs算力，可选26 TOPs的GPU卡。

模型轻量化研究及优化：实现模型在指定硬件环境和算力资源下的轻量化设计。通过分析模型的结构和参数，提出针对轻量化目标的模型优化策略，包括模型剪枝、量化压缩和数据增强等，将有效地提高模型的性能和鲁棒性。

模型在边缘侧的部署：针对特定无人机的硬件平台，实现轻量化模型的部署，包括：模型向瑞芯微RK系列平台的移植；实现基于瑞芯微rknn开发环境的模型推理；

行业无人机的边缘AI包括在飞行过程中目标的发现以及执行拍照级测量工作，比如桥梁的病态检查；还有就是跟随一些移动的目标，比如风机空中检查时跟踪风叶并拍照等。

总之，基于无人机边缘AI的行业无人机智慧飞行的目的就是提高飞行及数据采集的效率，避免盲目性，使得数据采集更具针对性。

1.3.5.战术级INS惯性导航  

SBG Systems 的 Pulse-40 IMU 是一款 6 自由度战术级惯性测量装置，可为 SWaP-C 受限应用提供出色的性能，可在恶劣条件下运行。Pulse-40 IMU 重量仅为 12 克，采用 0.3 W 传感器。超低噪音陀螺仪和高精度加速度计使其非常适合高振动环境。

特点：

l运动到输出延迟 < 2ms

l超低噪音陀螺仪（0.08°/√h）

l出色零偏稳定性（0.8°/h）

l高精度加速度计 (6µg)    

l高带宽（480Hz）

l校准温度范围为 -40°C 至 85°C

1.3.6.无线MESH自组网  

具有高效的MAC层传输协议和二层路由协议的自组织分布式宽带无线网络传输系统。无中心、分布式、多跳中继、动态路由、抗毁性强及扩展性好的无线宽带系统，使用自主路由协议, 通过无线多跳转发完成各节点间的无线通信。所有节点完全对等，无需借助任何基础设施，可快速构建移动节点间的专用自组织网络，提供即时自适应通信，具备优异的宽带性能。系统具备抗干扰能力强、频谱效率高、传输距离远、抗衰落能力、绕射能力强等优点。

l通信频率：1415~1455MHz，1MHz步进可调；

l发射功率：2*30dBm（2*1W），1dBm步进可调；

l带宽模式：5 / 10 / 20/40 MHz；

l调制方式：多载波TDD-COFDM；

l载波调制：BPSK/QPSK/16QAM/64QAM；

l接收灵敏度：-98dBm @ 10MHz；

l通信距离：30km（地空/空空视距）；

l通信速率：峰值90Mbps；

l传输时延：单跳约2ms；

l多跳能力：可达8跳；

l启动时间：≤25S；

l支持≥32个节点互连     

关于AIBOX-行业版的Q&A  

Q1：AIBOX支持的无人机机型有哪些？

A：目前支持大疆的M350和M300

Q2：AIBOX是否采用国产化硬件平台以及算力数据

A：采用全国产化的嵌入式算力硬件平台瑞芯微RK3588，RK3588是一款8核的高性能国产嵌入式CPU芯片，除了自带图像处理以及图像编解码VPU以外，内置6TOPs的NPU。可以完全胜任类似YOLO的边缘目标检测算法。同时AIBOX还可以选择扩展的26TOPs的GPU算力卡，实现类似CLIP多模态大模型。目前AIBOX的边缘AI的规划是采取开放嵌入式开发环境，与合作伙伴一起共同实现。

Q3：AIBOX的嵌入式软件环境以及远程开发调试环境介绍

A：嵌入式软件环境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远程RTTY开发调试，同时AIBOX支持WIFI热点，方便数据下载和程序更新。

Q4：AIBOX集成哪些硬件模块以及可扩展模块及接口

A：集成以下硬件模块：单卡5G，内置单极化天线、WIFI：2.4/5.8双频、32G FlashDisk-第三方数据存储、激光雷达（可选）-MID360、GPU卡（可选）-Hailo-8 26TOPs、EPORT扩展接口-POWER+USB+串口+PPS同步、LAN扩展接口-GE、直流电源输出-5V或12V&2A、增强惯导扩展（可选）-内置独立模块、自组网通讯扩展（可选）：1.4G自组网 - 外挂独立模块、UWB高精度定位模块（可选）：TOF+PDOA、TDOA+PDOA-外挂独立模块

Q5：AIBOX重量、供电及功耗

A：重量600克以内，大疆EPORT接口供电或者外部供电，功耗10W以内    

Q6：AIBOX无线通讯能力

A：自带5G和WIFI无线通讯，可扩展1.4G的MESH自组网无线通讯模块。

Q7：AIBOX目前可以获取无人机哪些数据

A：无人机位置、姿态、速度、六面避障数据、六面双目图片、FPV视频等数据

Q8：AIBOX是否支持战术级IMU方案

A：可选战术级IMU模块PULSE-40

Q9：AIBOX行业无人机室内飞行技术路线    

A：AIBOX目前基于激光雷达SLAM定位导航技术，对于纹理空间辨识度低的环境，推荐采用基于战术级IMU的INS定位导航方案。支持UWB辅助定位，但不推荐。

Q10：AIBOX是否支持和无人机遥控器数据通讯能力

A：大疆通过PSDK和MSDK的数据通讯，可以支持AIBOX和遥控器APP通讯。

Q11：AIBOX数据存储能力

A：AIBOX本身可以存储64GB数据，也可以外接大容量U盘存储数据。

Q12：AIBOX激光雷达用途

A：AIBOX的激光雷达一方面可以用于提升环境感知，增强避障功能。另一方面可以实现激光雷达SLAM定位。

Q13：AIBOX的激光雷达SLAM介绍及用途

A：AIBOX的激光雷达SLAM算法实现了GNSS+激光雷达+IMU的融合定位，实现由RTK区域过渡到GNSS拒绝区域的平滑定位。可以用于类似桥梁检测等从RTK定位到SLAM定位的融合应用场景。

Q14：AIBOX算力及边缘AI算法规划

A：AIBOX采用全国产化的嵌入式硬件RK3588，自带6TOPS算力，同时可选扩展26TOPS的GPU卡。开放开发编译环境，配合算法移植整合，和合作伙伴一起共同实现无人机边缘AI。

Q15：AIBOX是否支持视觉SLAM

A：目前AIBOX只支持INS和激光雷达SLAM定位，能够获取包括大疆无人机双目图片等数据，支持基于位置或速度的自主PID飞控。尚未支持视觉SLAM，欢迎具备成熟方案的高校和科研所合作。

Q16：AIBOX目前算法合作情况    

A：目前在INS和激光雷达SLAM定位和上海交大技术团队合作。未来围绕视觉SLAM、边缘AI以及边缘大模型等，将会和更多高等学府以及科研院、行业AI算法公司所展开伙伴。

Q17：AIBOX行业空中检查有哪些应用以及在探索的领域

A：目前在桥梁检测领域试用，行业应用需要大量验证，保证高可靠性和高效率。同时涉及数据采集的规范性和高质量保证，以及后台的AI数据分析。无人机行业空中检查是一个创新的严谨工程实践系统，给行业用户带来重要的价值。未来计划配合行业合作伙伴在铁路隧道等更多行业探索空中检查。

Q18：AIBOX和第三方共同开发空中检查解决方案

A：行业空中检查解决方案多数由行业无人机公司、系统集成维护公司以及行业专家用户共同完成。行业无人机公司根据专家用户和系统集成维护公司要求完成现场高效率、高质量数据采集，并形成标准行业现场作业规范，可能涉及专业数据采集设备研制以及边缘AI、图像处理算法的定制开发。其次还涉及对于数据存储和归纳，以及AI大数据分析，并结合行业标准生成评估报告和建议。