目录

城市低空安防趋势

1. 警用无人机挑战

1.1. 安全飞行挑战

1.2. 自主飞行挑战

1.3. 智慧飞行挑战

1.4. 警用 挂载挑战

2. 城市低空安防解决方案

2.1. 城市低空飞行器平台

2.2. 警用无人机机载大脑

2.2.1. 远程无线通讯

2.2.2. 视频编码及推流

2.2.3. 全向激光雷达点云

2.2.4. 增强避障机制

2.2.5. 双重定位机制

2.2.6. 动态路径规划

2.2.7. 增强飞行机制

2.2.8. 增强边缘AI

2.2.9. 增强飞行日志

2.3. 警用安全飞行策略

2.3.1. 正常飞行策略

2.3.2. 正常避障策略    

2.3.3. 异常飞行策略

关于AIBOX-警用版的Q&A

巨视安防

城市低空安防趋势  

从传统视频监控到视频AI大模型，城市安防从监控覆盖的量变走向智能、智慧的智变。低空安防作为无人机低空经济重要应用领域，实现了城市安防物理空间拓展，为城市安防中的重大事件保障、日常巡逻检查以及重大事故第 一现场的空中视角提供重要技术手段，必将是未来城市安防重要发展趋势。 

n无人机第 一现场DFR-Drone as First Responders

使用无人机在紧急情况下提供快速现场服务，意味着无人机能够完成第 一个到达目标地点并提供援助，避免了地面交通堵塞以及车辆无法到达的地方等状况发生。

n交通事故重现

借助无人机的高精度定位、航空摄影和测绘，能更好地进行现场分析。有了鸟瞰图并进行测量的能力，意味着调查人员可以获得更准确的报告并节省时间。

n人群监控

使用无人机进行人群监控可以鸟瞰整个区域，从给定位置监视人群。人流实时分析及人员流量控制，突发事件的及时发现以及从空中视角监视和跟踪可疑人员。

n空中远程监视

无人机远距离监控人或感兴趣的地方是一种非侵入式的观察方式。配备高变焦摄像头的无人机意味着无人机可以飞得很远，依然能近距离观察特定位置或人。与传统地面监控方式不同，无人机提供了灵活远程不同位置和角度的监控。此外基于红外热成像和毫米波雷达，无人机还可以发现建筑物内的人员情况。

n搜索与救援

在发生大型火灾、搜救行动或火灾后评估，使用无人机能全面了解情况 以及确保消防队安全。通过提供有关火灾蔓延和强度的实时信息，帮助急救人员监测和控制火灾。同时实时检查危险环境，减少救援人员伤害风险。无人机能够快速扫描大片土地，在寻找走失或失踪人员时至关重要。配备热成像摄像机可以发现走失或失踪的人员。          

1.警用无人机挑战   

1.1.安全飞行挑战  

无人机飞行安全永远是第 一重要的，除了遵守相关的安全飞行法规，无人机自身技术保障也是安全飞行重要保证：

l增强避障：包括低照度环境障碍物感知，高压电线以及建筑玻璃幕墙避障，以及塔吊、风筝等空中移动目标避障机制。

l通讯保障：低空无线通讯的保障，以及在地面人员密集情况的无线通讯保障机制。

l安全飞行策略：根据公安、交警、消防业务单位的不同场景需要，制定合适的安全飞行策略    

l安全数据记录：记录飞行实时位置、姿态、速度、障碍物感知、电池电量以及通讯链路质量信息的安全数据机制

l应急处理：电池电量异常、突发天气情况、卫星定位信号被干扰、遥控器信号被干扰、强磁干扰等紧急情况的应急处理机制

1.2.自主飞行挑战  

如何在GNSS拒绝的场景，或者卫星定位信号被干扰、遥控器信号被干扰、强磁干扰，依然基于激光雷达SLAM自主定位及导航完成抵近目标自主飞行。

lGNSS拒绝场景：城市高楼导致GNSS信号失效

l卫星定位信号被干扰：被地面恶意干扰

l遥控器信号被干扰：：被地面恶意干扰

l强磁干扰：附近有高压线、变电站等环境

出现以上情况，机载激光雷达SLAM实现无人机的自主定位，基于目标坐标的简单路径规划以及基于位置或者速度的PID无人机自主飞行控制，实现无人机自主抵近目标的任务飞行。

当然并不是所有出现异常情况，激光雷达SLAM都有效，当SLAM失效情况，无人机执行自动返航。

1.3.智慧飞行挑战  

无人机机视频及识别特点： 

1.实时而非历史：不同于地面相机，无人机视频是非长时间固定画面，更侧重于实时而非历史录像应用。

2.垂直及大角度：不同于地面相机，无人机视角多垂直或大角度，同时高度高，具备高点大场景、小目标的特点。

3.识别模型多样性：地面相机一般依据场景固定识别模型，比如出入口的车辆识别或人脸识别等，无人机视频由于其移动的特点，无法固化识别模型，模型存在多样性，比如需要支持更多的分类识别而非固定几种分类；

4.识别实时性要求：有些事件识别需要无人机在飞行中快速捕捉，比如事故现场等，需要无人机到达现场后，自动发现并引导无人机到达。

5.视频实时认知：固定相机可以依据画面的固定背景实现事件的判断，如高速公路应急车道占用，固定相机可通过划区域识别，无人机需要不画线画框识别的，要算法对画面有认知。无人机视频的认知包括通用认知以及根据无人机当前位置的个性化认知。

6.协同性要求：某些事件需要和无人机飞行以及负载控制联动，类似电力线巡检的事件检测、车牌识别以及车辆跟踪等。

整体的低空安防的智慧飞行解决方案包括无人机端、边、云算力架构及多模态大模型智慧飞行。无人机自身的智慧飞行指无人机通过自带的算力，实现基于视频边缘AI，完成自主飞行过程中自动发现目标，并指导飞行同时执行相关任务。

例如公安采用无人机发现罂粟花种植的情况，抵近目标并拍照回传中心；高架交警采用无人机发现违法的大货车，实现自动跟踪、车牌识别和警示驱离；消防采用无人机发现可疑着火场景，抵近并回传现场视频到监控中心。  

以高架交警大货车违法处理为例，无人机基于边缘AI算法实现大货车目标检测，根据无人机当前位置和姿态、云台的姿态以及目标到无人机的距离，计算出目标坐标，控制无人机实现目标实时跟踪。无人机自动实现车牌的拍照，回传中心，联动执法处理。无人机可以基于自带的LED显示设备，警示违法行为。

 其他包括违法车牌识别、人员数量统计警用任务等场景，都涉及视频AI功能要求。当然不涉及飞行控制的视频AI，可以通过边端或者云端视频AI算法实现。

1.4.警用挂载挑战  

根据不同应用场景和执行任务的不同，需要警用无人机具备支持不同专业挂载的能力，可能需要类似以下挂载：

l可见光、热成像实时视频采集

l毫米波雷达空中生命探测

l激光雷达现场三维测绘

l空中喊话器

l空中信息指示器

l空中抛投器

这些挂载涉及供电及数据通讯。    

2.城市低空安防解决方案  

城市低空安防相比城市地面安防，是一个更为复杂的系统工程，涉及低空通讯、低空管理、飞行法规、飞行策略、飞行技术保障以及飞行感知、飞行侦测及反制等一系列任务综合管理平台。          

分成三个阶段：

首先选择安全可靠、高性价比的飞行器平台：飞行器应具备升级改造的能力。通过加载机载算力模块和根据不同业务需求的警用专业功能挂载，将通用飞行器升级为具备警用无人机专业属性的警用无人机。          

第二阶段是制定空中航线法规以及无人机准入法规：包括航线法规、无人机准入法规、飞行法规以及运营法规等。结合警用无人机进一步升级改造，类似敌我识别、ABS等以及侦测和反制技术引入，从法规和技术两个层面，保障低空安防的安全性和规范性。          

第三阶段基于警用无人机，结合不同的警用业务场景，实现低空安防更加全面的安全、自主和智慧飞行，保障低空安防全面推广。          

2.1.城市低空飞行器平台  

大疆无人机M350是最 具安全可靠、高性价比的飞行器平台，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。          

lM350 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。   

lM350 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。机身配备了夜灯，以在夜间识别飞机，并配备了辅助灯，以协助视觉系统在夜间或低光条件下定位。

lM350 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。

2.2.警用无人机机载大脑  

警用无人机机载大脑用途：

l安全飞行增强：确保在各种情况下的安全飞行，减少炸机的概率

l自主飞行增强：减少手动飞行，确保指点或航线的自主飞行

l智慧飞行增强：边缘AI能力，解决智慧飞行

AIBOX_Drone通过全国产化软硬件嵌入式设备提供可靠远程无线通讯、增强的避障感知、位置增强、动态规划、边缘AI等能力，解决低空安防面对的飞行挑战。

2.2.1.远程无线通讯  

大疆自带的2.4G/5.8G双频无线通讯具备远距离、点到点、高信噪比、动态带宽、动态编码特点。但是建筑物遮挡会导致信号无法回传。尽管大疆也提供了高性价比的图传模块，单只支持4G单卡。在人员密集区域，图传模块不能发挥很好的功效。

AIBOX_Drone可以最 大支持3路独立的无线通讯，可选择5G或者1.4G任意运营商网络。并且支持实时动态检测每个无线通讯网络信号质量并MQTT上报，包括SINR、RSRP、RSSI、RSPQ、Cell ID等信息。    

AIBOX_Drone支持多卡选路及多卡聚合MPTCP功能。在人员密集的场景，5G链路拥挤，多卡聚合可以保障无人机现场视频实时回传。

2.2.2.视频编码及推流  

大疆FPV视频流7-8Mbps且不支持码流及分辨率的修改，在无线通讯网络带宽无法满足情况，需采用二次编码的方式。并且无人机不支持国标GB28181推流方式。

AIBOX_Drone支持基于PSDK获取无人机的FPV或负载视频流，支持视频流的二次编码，并且可设定码流带宽、分辨率及GOP。

AIBOX_Drone视频推流支持GB和ONVIF推流，支持多通道同时推流；

2.2.3.全向激光雷达点云  

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。    

2.2.4.增强避障机制  

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在大疆无人机原有的避障保护机制上，通过自身激光雷达点云实时数据分析将障碍物感知距离扩展到40米，低照及强反射度环境或弱纹理目标感知依然正常工作。

2.2.5.     双重定位机制  

大疆无人机仅支持GNSS定位和RTK精准定位，也只有在GNSS定位正常的情况，才能完成指点飞行或航线飞行。GNSS定位失效的情况，指点飞行或航线飞行将中止并等待手动飞行。

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。AIBOX_Drone同时支持陌生环境，基于LiDAR+IMU的SLAM三维建图并保存。

考虑到激光雷达的有效距离以及算法本身，GNSS+LiDAR+IMU融合的SLAM定位算法对于环境有一定要求，并不能适用所有环境。

2.2.6.动态路径规划  

大疆M350 RTK无人机仅支持指点和航线的静态飞行路径规划，飞行过程中出现运动方向障碍物，只能选择悬停等待手动操控。动态路径规划是在无人机指点或航线飞行过程中，出现运动方向障碍物时依赖动态路径规划算法实现无人机绕过障碍物继续飞行。

城市警用场景动态路径规划策略：本着垂直空间的复杂度远低于水平空间的复杂度，采取升空+直线飞行+下降的飞行策略，上升和下降过程中通过避障感知数据，实现绕行的动态避障策略。

2.2.7.增强飞行机制  

大疆无人机支持一键起飞、一键降落和一键返航等功能。飞行策略包括手动飞行、指点飞行和航线飞行。配合一键起飞、一键返航和指点及航线飞行实现无人机的自主飞行。但是上述过程中遇到GNSS失效和飞行方向有障碍物，就会悬停中止飞行，需要采取手动控制方式飞行或者选择返航。手动飞行会增加飞行风险。    

l如何在GNSS失效的情况，依然能够指点或者航线自主飞行？

首先在出现GNSS失效的时候，基于AIBOX的SLAM定位，实时获取飞机位置；其次AIBOX基于飞机的姿态、速度以及运动方向，完成对无人机的自动控制，从而取代这种状况下的手动控制。

l如何在指点或者航线自主飞行过程中遇到障碍物，如何保证继续飞行？

首先AIBOX需要基于环境的激光点云和大疆障碍物数据分析，得到运动方向的障碍物的方位及大小信息；其次AIBOX会根据动态路径规划策略实现飞行路径的调整；最后AIBOX会根据新的路径方向实现飞行。

2.2.8.增强边缘AI  

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。 

l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。

l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；

无人机边缘AI涉及飞行和降落两个过程：

l飞行主要涉及障碍物识别、目标识别以及目标跟踪场景

障碍物识别：飞行方向类似玻璃幕墙、电线风筝线以及树枝等微小障碍物、运动障碍物等；结合FPV相机AI识别和面阵激光雷达测量实现避障飞行。

目标识别及跟踪：通过深度学习，发现特定事件或特定目标，通过激光目标测距等技术实现目标坐标定位。对于固定目标，实现飞临目标；对于移动目标，通过视频实现目标跟随，通过激光目标实时测距实现目标的实时坐标定位，依据跟随算法，实现无人机跟随。

l降落主要涉及降落标识识别、降落区域识别、降落过程障碍物识别

降落标识识别：通过对特定的降落标识深度学习，实现辅助无人机降落；

降落区域识别：通过深度学习，识别适合降落区域，实现辅助无人机降落；

降落过程障碍物识别：类似电线细小障碍物的判别；配合激光雷达实现避障；

2.2.9.增强飞行日志  

无人机飞行日志相当于无人机的黑匣子，对于追溯整个飞行过程、异常情况排查以及指导后续飞行有重要的意义。

AIBOX的飞行日志信息包括：

l飞行任务数据-起飞时间、起飞航点、起飞电量、降落时间、降落航点、降落电量、航程

l飞行数据-飞行模式、位置、姿态、速度-5Hz    

l通讯链路数据-飞机&遥控器、5G、1.4G-1HZ

l飞行器传感器数据-避障数据-5HZ

l异常及报警-避障事件及避障数据、EPORT异常、AIBOX异常、温度过高

2.3.警用安全飞行策略  

城市警用飞行除了日常航线巡逻以外，最多应用场景是指点飞行-提供目的地坐标的指点飞行。城市警用飞行特点：

l远距离飞行，提高无人机的执行任务的区域，一般M350/M300覆盖5-7公里

l通过手动飞行方式的飞行区域排查，设定无人机禁飞区域、危险区域（飞行高度的限制区域、复杂区域建议事先手动飞行生成航线预案，到达此区域后切换到航线飞行）

l航线飞行和指点飞行过程需要实时检测电池电量，需保证足够电量一键返航。

l高层建筑、高压线以及桥梁等影响飞行的区域，建议提前手动飞行摸排

基于机载AIBOX执行的安全飞行的策略：

2.3.1.正常飞行策略  

不考虑突发异常情况，仅仅涉及路线飞行里程，没有障碍物等情况。电量规划需满足5公里一键返航的电量标准，返航高度设定。

l警用航线飞行：保持RTK功能有效情况，首先由飞手手动飞行生成航线文件-包括航点信息、飞行速度以及动作。以后由采取执行航线飞行的方式执行时常巡逻的任务。执行航线飞行任务中可以停止、继续飞行。

l警用指点飞行：首先获取到目标地点的坐标；无人机升至设定指点飞行高度（一般根据无人机任务区域最 高建筑高度为参考+变量，变量的目的保证同一区域无人机设定高度有所差别，避免空中飞行风险）；无人机直线飞行的方式达到目标点区域上空；无人机下降至30-50高度后悬停，此过程需要考虑避障绕行，保证安全下降；执行任务完毕后，一键返航。

2.3.2.正常避障策略  

无人机在姿态飞行模式下，自身避障功能失效，需要自主根据感知的避障数据实现避障策略。

正常飞行过程情况无人机避障策略：

基本：基于大疆飞机运动方向（上、下、前）避障信息并设定安全距离，运动方向安全距离出现障碍物，飞行悬停并停止飞行，等待手动控制，10秒内无任何操作，执行返航。

增强-基于AIBOX的激光雷达点云分析运动方向障碍物情况，设定安全距离。

2.3.3.异常飞行策略  

异常飞行策略是飞行中的突发情况处理，根据各类情况，给予不同处理办法：

lAIBOX故障-EPORT通讯&供电故障：飞机交给遥控器管理，若遥控器失联，执行返航（无人机飞行前设定）

l无线通讯链路中断或异常：执行返航

l飞行设备故障之温度过高：执行返航

l飞行设备故障之发动机故障：紧急降落   

l突发的恶劣天气：上升飞行，执行返航或继续任务

l飞行方向出现障碍物：尝试避障飞行或者避障措施

关于AIBOX-警用版的Q&A  

Q1：AIBOX-警用版支持的无人机机型有哪些？

A：目前支持大疆无人机M350和M300，后续考虑支持M30系列

Q2：AIBOX-警用版和通用版有什么区别？

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达，仅定制版支持激光雷达。

Q3：AIBOX-警用版为何考虑多链路通讯增强？

A：多卡多链路有两个方面考虑，其一是类似上海等城市建设了专业的低空通讯网，双卡的保证了低空和地面通讯网的一体化通讯。其次类似大型活动情况，人员密集导致无线通讯链路拥挤，多卡可以保证无人机视频可靠回传。

Q4：AIBOX-警用版是否采用国产化的软硬件平台？

A：采用的是全国产化的嵌入式算力平台瑞芯微RK3588，未来计划公安部检测报告

Q5：AIBOX-警用版算力情况以及边缘AI的规划？

A：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的规划是采取开发嵌入式开发环境，合作伙伴一起共同实现。

Q6：AIBOX-警用版和同行相比有哪些特点和优势？

A：AIBOX采用是全国产化嵌入式嵌入式硬件平台，可选单卡或者多卡增强通讯，可选激光雷达增强飞行，可选GPU卡扩展算力，是最 具性价比的机载通讯算力模块。另外AIBOX提供MQTT以及GB推流标准接口，同时开放嵌入式开发环境，便于第三方边缘AI移植。开放性更好，更易对接。    

Q7：AIBOX-警用版提供展示平台及展示平台相关介绍？

A：提供城市低空飞行管控平台，详见其他相关文档

Q8：AIBOX-警用版是否考虑激光雷达增强无人机自身的障碍物感知能力

A：目前仅定制版配置了激光雷达，定制版AIOBX具备增强环境感知能力，详见2.2.3&2.2.4

Q9：AIBOX-警用版如何对接第三方平台

A：提供MQTT以及GB推流标准接口及文档，开放嵌入式开发环境，便于第三方边缘AI移植。

Q10：AIBOX-警用版团队能基于展示平台帮助用户定制平台的吗？

A：可以，包括视频流媒体服务、OSS文件服务、MQTT服务、HTTP服务及web开发以及Android APP开发等。

Q11：AIBOX-警用版团队能帮助用户开发边缘AI算法吗？

A：可以，已联合高校团队一起完成算法模型并轻量化部署到AIBOX上。

Q12：AIBOX-警用版和大疆4G增强图传模块有哪些特点和优势？

A：AIBOX采用的5G无线通信，相比4G具有容量、带宽、抗干扰等多方面优势。此外，大疆的4G增强图传模块必须采用大疆自带的流媒体服务，用户只能从遥控器或机巢侧才能获取视频流，不支持直接无人机获取视频流。AIBOX直接从无人机获取视频流，且直接开放推流接口接入第三方平台。另外，AIBOX支持外置和内置天线，5G天线采用4*4设计，内置5G天线更是考虑了双极化的设计，这些设计考虑比大疆4G图传模块天线设计更具信号优势。

Q13：AIBOX-警用版推广策略    

A：AIBOX采取城市合作伙伴推广策略，协助合作伙伴一起完成低空安防项目。