近日，中國人工智能學會公布2024年度吳文俊人工智能科學技術獎獲獎名單，由天津大學機器學習與數(shù)據(jù)挖掘團隊牽頭，一飛智控（天津）科技有限公司、天地偉業(yè)技術有限公司等單位參與的“低空智能感知關鍵技術與應用”項目榮獲科技進步獎一等獎。這一成果標志著我國在低空智能感知領域取得了重要突破，為低空經(jīng)濟的發(fā)展提供了強有力的技術支撐。
應用面臨諸多挑戰(zhàn)
近年來，無人機在重大突發(fā)事件中展現(xiàn)出不可替代的價值。然而，無人機應用的核心技術——低空智能感知，卻面臨諸多挑戰(zhàn)。
“低空智能感知技術的突破，對于我國低空經(jīng)濟發(fā)展至關重要?！碧旖虼髮W教授胡清華在接受采訪時表示，目前低空智能感知技術存在三大技術瓶頸：看不清、看不準、看不全。
胡清華解釋說，雨雪霧霾等天氣顯著降低環(huán)境能見度，導致無人機圖像識別精度急劇下降，“看不清”目標?，F(xiàn)有方法難以對復雜介質(zhì)的噪聲特性進行精確建模，也缺乏跨模態(tài)動態(tài)學習機制，無法有效恢復退化圖像中的關鍵特征信息。
此外，無人機高速飛行疊加地面動態(tài)目標運動會導致成像模糊?，F(xiàn)有方法受限于剛體運動假設，難以準確消除高速成像與運動偽影產(chǎn)生的模糊和錯位，這就導致無人機“看不準”。
與此同時，無人機還存在“看不全”的問題。單機視角受限使得全局空間信息缺失，現(xiàn)有方法依賴投影幾何約束方法，導致三維空間信息不完整，在遮擋邊界處難以準確判定拓撲關系，無法有效處理復雜的遮擋場景。
“這些難題嚴重制約了無人機在巡檢安防、水情監(jiān)測、應急搜救等國家重點領域的應用。突破這些挑戰(zhàn)可顯著促進我國低空感知技術進步，支撐低空經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁向新臺階?！焙迦A認為，解決低空智能感知難題迫在眉睫。
核心技術“破冰”
針對低空智能感知的三大難題，天津大學團隊提出了三項核心技術創(chuàng)新：低空復雜環(huán)境全天候感知技術、低空感知基礎模型自主進化技術和多機跨視角協(xié)同感知技術。
“在全天候感知技術方面，隨著低空經(jīng)濟的發(fā)展，無人機在惡劣天氣和復雜光照條件下的感知短板越來越明顯。傳統(tǒng)感知模型通過靜態(tài)參數(shù)處理多模態(tài)信息，難以應對大霧、沙塵和低光照等復雜場景?！碧旖虼髮W教授朱鵬飛解釋道，“我們首創(chuàng)了‘退化—復原雙向耦合’理論框架，解決了多因素交織影響的理論難題；構建了‘感知—解算—決策’動態(tài)閉環(huán)系統(tǒng)，讓感知系統(tǒng)能自適應環(huán)境變化；研發(fā)了場景驅(qū)動的多源傳感動態(tài)融合引擎，突破傳統(tǒng)權重分配的局限。”
這些創(chuàng)新讓無人機在惡劣天氣下的目標追蹤精度提升了6.3個百分點，低光照場景的目標檢測性能提升了13.2%。
在低空感知基礎模型自主進化技術上，朱鵬飛介紹：“數(shù)據(jù)是人工智能學習的基礎，但低空感知領域的原始數(shù)據(jù)標注精度低、清洗成本高，且無人機高速飛行疊加地面動態(tài)目標運動帶來的成像模糊問題，進一步加劇了數(shù)據(jù)的標注與清洗難度，導致傳統(tǒng)模型難以學習到有效信息。”
為此，科研團隊構建了全球最大的低空視覺感知開放數(shù)據(jù)平臺——VisDrone，并以此為數(shù)據(jù)基礎，依托天津市人工智能計算中心強大的昇騰算力底座打造了低空感知基礎模型。通過引入不確定性感知建模，系統(tǒng)能自主評估數(shù)據(jù)質(zhì)量，并不斷優(yōu)化模型的感知能力。團隊還建立了“人在回路”的反饋機制，推動數(shù)據(jù)標注和模型進化的閉環(huán)聯(lián)動，極大提升了系統(tǒng)的適應性和精準度。
談到多機跨視角協(xié)同感知技術，朱鵬飛說：“這項技術的難點在于無人機集群在復雜三維空間作業(yè)時，單機視角有限，容易產(chǎn)生視野盲區(qū)，多源數(shù)據(jù)在跨視角匹配時也容易出現(xiàn)錯位和偏差?！?/p>
科研團隊通過創(chuàng)新研發(fā)了基于跨視角信息自適應交互匹配的協(xié)同感知框架，通過動態(tài)交互匹配模板和智能搜索區(qū)域生成機制，實現(xiàn)了多機單目標的協(xié)同跟蹤。同時，采用局部—全局的多粒度匹配策略，提升了多機多目標的感知能力。在單目標跟蹤中，多機協(xié)同將成功率提升了15.6%。在多目標場景下，30架無人機成功對3臺高速機動車輛實現(xiàn)精準捕捉。
已在多個領域投用
天津大學團隊的低空智能感知關鍵技術，已在諸多領域結出累累碩果。
“這項技術的突破，為多個行業(yè)帶來革命性變革?！币伙w智控（天津）科技有限公司總經(jīng)理張云例數(shù)了技術創(chuàng)新帶來的應用升級，“在公共安全領域，全天候感知技術與多機協(xié)同技術結合，可顯著提升災害救援、邊境巡查等場景的響應能力。如森林火災中，無人機群能穿透煙霧實時定位火源，并通過自主進化模型動態(tài)調(diào)整監(jiān)測策略，有望大幅縮短應急響應時間。在城市管理中，該系統(tǒng)能精準識別違規(guī)建筑、交通事故等異常情況，助力提升城市治理效率?！?/p>
張云介紹：“在工業(yè)領域，該技術體系重塑了傳統(tǒng)作業(yè)模式。風電運維借助全天候感知技術，可有效提升風機故障預判準確率。在農(nóng)業(yè)植保中，該技術能進一步提升植被施藥精準度，助力綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展?！?/p>
“在應急防汛中，即便是惡劣天氣下，應用了全天候感知技術的無人機也能穩(wěn)定作業(yè)，迅速抵達指定區(qū)域，為防汛工作提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)。”天地偉業(yè)技術有限公司研究院院長于宏志分享該技術在應急防汛方面的重要作用，“自主進化技術使系統(tǒng)適應性增強、智能化提升，能更好地識別和分析防汛現(xiàn)場狀況。多機跨視角協(xié)同感知技術實現(xiàn)全方位監(jiān)測與數(shù)據(jù)融合，提高監(jiān)測精度和效率，保障人員安全?！?/p>
從經(jīng)濟效益看，該技術已形成單機智能與集群協(xié)同兩大產(chǎn)品群，累計銷售33.4萬臺套，近三年新增收入約28.2637億元。隨著人工智能、5G通信等技術持續(xù)進步，低空智能感知技術有望在智慧城市、環(huán)境保護、交通管理、農(nóng)業(yè)監(jiān)測等領域開拓更廣闊應用空間，為社會安全與民生保障提供堅實技術支撐。（陳 曦）
（責任編輯：蔡文斌）
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