無人機有了“火眼金睛”

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據挖掘團隊牽頭，一飛智控（天津）科技有限公司、天地偉業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，為低空經濟的發展提供了強有力的技術支撐。

應用面臨諸多挑戰

近年來，無人機在重大突發事件中展現出不可替代的價值。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。

“低空智能感知技術的突破，對于我國低空經濟發展至關重要?！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有方法難以對復雜介質的噪聲特性進行精確建模，也缺乏跨模態動態學習機制，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目標運動會導致成像模糊?，F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、水情監測、應急搜救等國家重點領域的應用。突破這些挑戰可顯著促進我國低空感知技術進步，支撐低空經濟產業發展邁向新臺階?！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新：低空復雜環境全天候感知技術、低空感知基礎模型自主進化技術和多機跨視角協同感知技術。

“在全天候感知技術方面，隨著低空經濟的發展，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。傳統感知模型通過靜態參數處理多模態信息，難以應對大霧、沙塵和低光照等復雜場景。”天津大學教授朱鵬飛解釋道，“我們首創了‘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’動態閉環系統，讓感知系統能自適應環境變化；研發了場景驅動的多源傳感動態融合引擎，突破傳統權重分配的局限?！?/p>

這些創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：“數據是人工智能學習的基礎，但低空感知領域的原始數據標注精度低、清洗成本高，且無人機高速飛行疊加地面動態目標運動帶來的成像模糊問題，進一步加劇了數據的標注與清洗難度，導致傳統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據平臺——VisDrone，并以此為數據基礎，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，系統能自主評估數據質量，并不斷優化模型的感知能力。團隊還建立了“人在回路”的反饋機制，推動數據標注和模型進化的閉環聯動，極大提升了系統的適應性和精準度。

談到多機跨視角協同感知技術，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時，單機視角有限，容易產生視野盲區，多源數據在跨視角匹配時也容易出現錯位和偏差?！?/p>

科研團隊通過創新研發了基于跨視角信息自適應交互匹配的協同感知框架，通過動態交互匹配模板和智能搜索區域生成機制，實現了多機單目標的協同跟蹤。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，為多個行業帶來革命性變革?！币伙w智控（天津）科技有限公司總經理張云例數了技術創新帶來的應用升級，“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調整監測策略，有望大幅縮短應急響應時間。在城市管理中，該系統能精準識別違規建筑、交通事故等異常情況，助力提升城市治理效率。”

張云介紹：“在工業領域，該技術體系重塑了傳統作業模式。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。在農業植保中，該技術能進一步提升植被施藥精準度，助力綠色農業發展?！?/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定作業，迅速抵達指定區域，為防汛工作提供現場數據。”天地偉業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適應性增強、智能化提升，能更好地識別和分析防汛現場狀況。多機跨視角協同感知技術實現全方位監測與數據融合，提高監測精度和效率，保障人員安全。”

從經濟效益看，該技術已形成單機智能與集群協同兩大產品群，累計銷售33.4萬臺套，近3年新增收入約28.2637億元。隨著人工智能、5G通信等技術持續進步，低空智能感知技術有望在智慧城市、環境保護、交通管理、農業監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。