新型环境侦测系统

李思然+赵嘉珩+胡健宁+左宗源+费心怡

摘 要：文中设计了一套以导航级四轴飞行器为载具的建立于多传感器配合工作的环境侦测系统，意在为导航性飞行控制系统进行非惯性导航的环境感知。结合已有相关非惯性导航环境数据感知方式，通过编写程序、合理组合、协调传感器工作，使系统不仅可以获得导航系统自主绘制的二维地图，还可以得到其在整个空间中的三维架构。不仅实现了在无GPS且障碍物较多的室内环境进行自动控制侦测，还改进了探测技术，极大地简化了原先复杂的机械结构，完成了高可靠性建模。

关键词：全景反射镜；全景视觉；三维建模

1 作品简介

本项目为一套以导航级四轴飞行器为载具建立于多传感器配合工作的新型环境侦测系统，意在为导航性飞行控制系统进行非惯性导航的环境感知。提出并验证了一种飞行器等无人载具获得环境数据的感知方法。结合已有相关非惯性导航环境数据感知方式，在原有设计的基础上提出新的设计解决方案，通过合理组合、协调工作传感器，同时考虑到光学、激光、超声波等各传感器的优缺点，在自编写程序的协调下并行工作。本项目不仅可以获得传统导航系统自主绘制的二维地图，还可以得到其在整个空间中的三维架构。与传统同类产品相比，本项目不仅实现了在无GPS且障碍物较多的室内环境进行自动控制侦测，还改进了探测技术，极大地简化了原先复杂的机械结构，完成了高可靠性的建模。产品可先于人员进入未知的室内，对建筑物内部进行大体侦测后反馈数据，指导后方人员并辅助指挥员做出决策等。实物如图1所示。

2 创新点

（1）采用了截面为双曲线的反射镜进行大视场范围内的成像；

（2）快速还原算法与高精度还原算法二级配合工作；

（3）相比机械扫描式全景光学系统具有更高的稳定性与可靠性；

（4）AIFIS采用了模块化设计与多平台应用相结合的技术，可基于全景摄像头、机扫激光雷达、超声波距离传感器等进行二维和三维高速建模；

（5）采用雙目摄像头阵列进行三维建模，在三维建模的同时，光学传感系统对室内场景进行实时录制，于机载计算机中完成全景图像的畸变还原，从而生成实时可观测的全息影像。

3 市场前景

3.1 市场描述

虽然我国环境侦测系统的应用尚处于起步阶段，但市场需求潜力巨大。大部分军工企业和民用企业都是我们的目标群体，而且还可以通过后期的推广让大部分此类企业成为我们的客户，因此市场前景十分可观。

勃兰登堡社会与安全学院（BIGS）发布的《Unmanned aircraft systems for civilian missions》（2012年2月）报告中指出，最近几年，无人机系统已经变得越来越重要。

2011年在UVS International上注册的无人机设计是2005年的两倍。同时期内，无人机的生产商与开发商也多了两倍。随之而来的是对无人机系统研发及生产兴趣的增加以及无人机系统生产国数目的增多。尽管当前空中侦察系统大多用于军事目的，但此间无人机系统在民用与商用领域的增长却是最快速的。

2011年国内 《无人机》杂志在《聚焦需求，加强合作与创新—大力推进我国民用无人机系统快速发展》一文中认为我国无人机市场处于蓄势待发阶段，传统军用无人机企业和民间资本纷纷进入这一新兴市场，未来的市场规模将会呈现指数增长。

虽然目前市场竞争日趋激烈，但不成熟的无人机技术在很大程度上困扰着大部分人机企业。本系统针对室内环境设计的飞行侦测系统相比普通行器具有更强的近距离环境感知能力，相比于地面无人车辆具有更好的越障能力及观察视野。除此之外，AIFIS系统基于四轴开发，比传统此类系统多一维，通过多平台移植与多传感器组合实现了模块化工作，可以更好地做到自主避障。因此AIFIS具有较强的技术优势。

3.2 目标市场及消费群

我们的目标市场根据面向用户群的不同可以定义为航模与技术爱好者，和只需直接使用、不做技术探索的企业与组织。无人机导航技术近年来确有较大发展，但大部分导航技术只应用于室外场地，对于室内导航技术还需要深入研究。由于AIFIS团队已申请了专利，所以此类市场在短时间内不会出现类似产品与AIFIS竞争，即使是行业巨头——大疆公司，在导航型无人机制造领域也极少涉足。因此如何提升AIFIS的用户体验是我们首要考虑的问题。

据统计数据可知，航模技术爱好者开创的民用企业占据了现有无人机制造商的一半以上，且其比率有逐年升高的趋势，因此，此类人员和企业是AIFIS较大的目标市场。我们将为其提供配套硬件及底层开发环境，并根据客户需求做出相应改进。

由于AIFIS具有简便性、稳定性等特点，已被广泛应用在军用、消防、有害物质探测、工厂室内探测等领域，而这类企业和组织只使用成品，不做技术探索，因此我们可选择为其提供完备的软硬件系统。

3.3 销售战略

3.3.1 与已有合作关系的公司开展长期合作

AIFIS团队此前已与中航天信（北京）航空科技有限公司开展过合作项目，并为该公司带来了较大的商业利益，因此我们可以继续与该公司开展合作，以保证其他产品的开发。我们的优势在于团队有较大的后台支持，不会因为资金等问题而滞留不前。

3.3.2 实行同类产品推销策略

当AIFIS产品得到推广，并获得部分市场后，我们会与更多公司展开合作，在出售AIFIS的同时帮助相关合作商家推广产品，并在交易成功时收取提成。不仅赚取了作为第三方的费用，更加深了与其他企业的合作，提升了企业信誉度。

3.4 竞争描述

AIFIS目前没有直接竞争者，但是仍存在一些强劲的相关竞争者。如大疆公司，该公司侧重于做稳定型无人机，在军用和民用领域都占有很大的市场份额。而AIFIS专注于做导航型无人机，与大疆无直接竞争，相反，可以建立长期合作关系，实现互惠共赢。

此外，北京航空航天大学和麻省理工大学研制的自主导航无人机与AIFIS类似。但北京航空航天大学和麻省理工大学研制的自主导航无人机基于双目视觉系统，基于复杂的机械机构，且建模实现的可靠性较低。而AIFIS研发出的新型全景视觉系统极大地简化了机械结构，并在很大程度上提高了系统的可靠性。

3.5 竞争战略/市场进入障碍

推广一个产品需要耗费大量的人力、财力、物力。AIFIS目前并没有太多的资金和人手做大量推广，而同类竞争者却已拥有了广大的用户基础。此外，AIFIS虽然技术新颖，但与大疆等公司相比，持续技术力量还很薄弱。但我们坚信未来的道路是广阔的，只要有技术，有能力，有对这个行业的热爱，我们就一定会将产品做到最好，吸引越来越多的需求者！endprint