李思然+趙嘉珩+胡健寧+左宗源+費心怡

摘 要：文中設(shè)計了一套以導(dǎo)航級四軸飛行器為載具的建立于多傳感器配合工作的環(huán)境偵測系統(tǒng)，意在為導(dǎo)航性飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行非慣性導(dǎo)航的環(huán)境感知。結(jié)合已有相關(guān)非慣性導(dǎo)航環(huán)境數(shù)據(jù)感知方式，通過編寫程序、合理組合、協(xié)調(diào)傳感器工作，使系統(tǒng)不僅可以獲得導(dǎo)航系統(tǒng)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(gòu)。不僅實現(xiàn)了在無GPS且障礙物較多的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行自動控制偵測，還改進(jìn)了探測技術(shù)，極大地簡化了原先復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，完成了高可靠性建模。

關(guān)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(dǎo)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(huán)境偵測系統(tǒng)，意在為導(dǎo)航性飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行非慣性導(dǎo)航的環(huán)境感知。提出并驗證了一種飛行器等無人載具獲得環(huán)境數(shù)據(jù)的感知方法。結(jié)合已有相關(guān)非慣性導(dǎo)航環(huán)境數(shù)據(jù)感知方式，在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上提出新的設(shè)計解決方案，通過合理組合、協(xié)調(diào)工作傳感器，同時考慮到光學(xué)、激光、超聲波等各傳感器的優(yōu)缺點，在自編寫程序的協(xié)調(diào)下并行工作。本項目不僅可以獲得傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)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(gòu)。與傳統(tǒng)同類產(chǎn)品相比，本項目不僅實現(xiàn)了在無GPS且障礙物較多的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行自動控制偵測，還改進(jìn)了探測技術(shù)，極大地簡化了原先復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，完成了高可靠性的建模。產(chǎn)品可先于人員進(jìn)入未知的室內(nèi)，對建筑物內(nèi)部進(jìn)行大體偵測后反饋數(shù)據(jù)，指導(dǎo)后方人員并輔助指揮員做出決策等。實物如圖1所示。

2 創(chuàng)新點

（1）采用了截面為雙曲線的反射鏡進(jìn)行大視場范圍內(nèi)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(xué)系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性與可靠性；

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

（5）采用雙目攝像頭陣列進(jìn)行三維建模，在三維建模的同時，光學(xué)傳感系統(tǒng)對室內(nèi)場景進(jìn)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(huán)境偵測系統(tǒng)的應(yīng)用尚處于起步階段，但市場需求潛力巨大。大部分軍工企業(yè)和民用企業(yè)都是我們的目標(biāo)群體，而且還可以通過后期的推廣讓大部分此類企業(yè)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(xué)院（BIGS）發(fā)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(tǒng)已經(jīng)變得越來越重要。

2011年在UVS International上注冊的無人機設(shè)計是2005年的兩倍。同時期內(nèi)，無人機的生產(chǎn)商與開發(fā)商也多了兩倍。隨之而來的是對無人機系統(tǒng)研發(fā)及生產(chǎn)興趣的增加以及無人機系統(tǒng)生產(chǎn)國數(shù)目的增多。盡管當(dāng)前空中偵察系統(tǒng)大多用于軍事目的，但此間無人機系統(tǒng)在民用與商用領(lǐng)域的增長卻是最快速的。

2011年國內(nèi) 《無人機》雜志在《聚焦需求，加強合作與創(chuàng)新—大力推進(jìn)我國民用無人機系統(tǒng)快速發(fā)展》一文中認(rèn)為我國無人機市場處于蓄勢待發(fā)階段，傳統(tǒng)軍用無人機企業(yè)和民間資本紛紛進(jìn)入這一新興市場，未來的市場規(guī)模將會呈現(xiàn)指數(shù)增長。

雖然目前市場競爭日趨激烈，但不成熟的無人機技術(shù)在很大程度上困擾著大部分人機企業(yè)。本系統(tǒng)針對室內(nèi)環(huán)境設(shè)計的飛行偵測系統(tǒng)相比普通行器具有更強的近距離環(huán)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(tǒng)基于四軸開發(fā)，比傳統(tǒng)此類系統(tǒng)多一維，通過多平臺移植與多傳感器組合實現(xiàn)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(shù)優(yōu)勢。

3.2 目標(biāo)市場及消費群

我們的目標(biāo)市場根據(jù)面向用戶群的不同可以定義為航模與技術(shù)愛好者，和只需直接使用、不做技術(shù)探索的企業(yè)與組織。無人機導(dǎo)航技術(shù)近年來確有較大發(fā)展，但大部分導(dǎo)航技術(shù)只應(yīng)用于室外場地，對于室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)還需要深入研究。由于AIFIS團(tuán)隊已申請了專利，所以此類市場在短時間內(nèi)不會出現(xiàn)類似產(chǎn)品與AIFIS競爭，即使是行業(yè)巨頭——大疆公司，在導(dǎo)航型無人機制造領(lǐng)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(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，航模技術(shù)愛好者開創(chuàng)的民用企業(yè)占據(jù)了現(xiàn)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(yè)是AIFIS較大的目標(biāo)市場。我們將為其提供配套硬件及底層開發(fā)環(huán)境，并根據(jù)客戶需求做出相應(yīng)改進(jìn)。

由于AIFIS具有簡便性、穩(wěn)定性等特點，已被廣泛應(yīng)用在軍用、消防、有害物質(zhì)探測、工廠室內(nèi)探測等領(lǐng)域，而這類企業(yè)和組織只使用成品，不做技術(shù)探索，因此我們可選擇為其提供完備的軟硬件系統(tǒng)。

3.3 銷售戰(zhàn)略

3.3.1 與已有合作關(guān)系的公司開展長期合作

AIFIS團(tuán)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(yè)利益，因此我們可以繼續(xù)與該公司開展合作，以保證其他產(chǎn)品的開發(fā)。我們的優(yōu)勢在于團(tuán)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(chǎn)品推銷策略

當(dāng)AIFIS產(chǎn)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(guān)合作商家推廣產(chǎn)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(yè)的合作，提升了企業(yè)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(guān)競爭者。如大疆公司，該公司側(cè)重于做穩(wěn)定型無人機，在軍用和民用領(lǐng)域都占有很大的市場份額。而AIFIS專注于做導(dǎo)航型無人機，與大疆無直接競爭，相反，可以建立長期合作關(guān)系，實現(xiàn)互惠共贏。

此外，北京航空航天大學(xué)和麻省理工大學(xué)研制的自主導(dǎo)航無人機與AIFIS類似。但北京航空航天大學(xué)和麻省理工大學(xué)研制的自主導(dǎo)航無人機基于雙目視覺系統(tǒng)，基于復(fù)雜的機械機構(gòu)，且建模實現(xiàn)的可靠性較低。而AIFIS研發(fā)出的新型全景視覺系統(tǒng)極大地簡化了機械結(jié)構(gòu)，并在很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性。

3.5 競爭戰(zhàn)略/市場進(jìn)入障礙

推廣一個產(chǎn)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(chǔ)。此外，AIFIS雖然技術(shù)新穎，但與大疆等公司相比，持續(xù)技術(shù)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(shù)，有能力，有對這個行業(yè)的熱愛，我們就一定會將產(chǎn)品做到最好，吸引越來越多的需求者！endprint