基于精確時(shí)間同步物聯(lián)網(wǎng)和深度學(xué)習(xí)的智慧幼兒園解決方案商業(yè)計(jì)劃書

基于精確時(shí)間同步物聯(lián)網(wǎng)和深度學(xué)習(xí)的智慧幼兒園解決方案商業(yè)計(jì)劃書化改造市場(chǎng)前景廣闊。我們旨在通過實(shí)時(shí)音視頻系統(tǒng)、智能晨檢機(jī)器人，人工智能數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，為兒童健康、家長(zhǎng)互動(dòng)、安全管理、行政教學(xué)等環(huán)節(jié)提供智能化的綜合解決方案，音視頻系統(tǒng)是幼兒園信息化智能化的最主要需求之一。其中音頻正在從模擬信號(hào)向網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，但是高端的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)音頻的通信標(biāo)準(zhǔn)為歐美國家壟斷。國內(nèi)需要支付知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)用或采購國外的核心模塊才能實(shí)現(xiàn)高端實(shí)時(shí)音頻的物聯(lián)網(wǎng)化。我們經(jīng)過多年來在軟硬件和協(xié)議算法的積累，基于自主可控知確時(shí)間同步實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)”,可以大大降低系統(tǒng)集成的成此外，我們采用“全感知的智能晨檢機(jī)器人”對(duì)兒童的身高、體重、體溫、手口、體態(tài)、情緒等項(xiàng)目同步檢測(cè)，進(jìn)而形成兒童的健康成長(zhǎng)數(shù)據(jù)庫，通過對(duì)大數(shù)據(jù)的分析進(jìn)一步優(yōu)化兒童的營養(yǎng)健康和教育方法。通過微信小程序和專用APP等實(shí)現(xiàn)幼兒園和家長(zhǎng)的信息溝通和良性互動(dòng)。在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控基礎(chǔ)1、楊曉華(總經(jīng)理)創(chuàng)立亞德威(北京)信息科技有限公司。2、張瑋(副總經(jīng)理)清華大學(xué)(精密儀器)本科。清華大學(xué)(精密儀器)博士。亞德威(北京)信息科技有限公司。(算法技術(shù)總監(jiān))北大青鳥公司，任項(xiàng)目經(jīng)理職務(wù)，負(fù)責(zé)公4、雷岳俊(硬件技術(shù)總監(jiān))2004.7-2009.7北京郵電大學(xué)，通信與信息系統(tǒng)專業(yè)博現(xiàn)有樓宇的音頻擴(kuò)聲系統(tǒng)大多采用模擬傳輸，人工管理的工作方式，系統(tǒng)易受環(huán)境干擾，容易產(chǎn)生串?dāng)_、干擾、噪聲、信號(hào)衰減、失真、質(zhì)量下降等一系列問題，而且現(xiàn)場(chǎng)音效調(diào)試難度大，安裝復(fù)雜，維護(hù)不方便。數(shù)字化可以很好地解決上述國內(nèi)外公司在研究這一技術(shù)并推出了相關(guān)產(chǎn)品。比較有代表性上述數(shù)字系統(tǒng)不僅成本高，音頻設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)少，而且很難與通用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成。如果依托于通用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，和標(biāo)準(zhǔn)化的IT設(shè)備管理維護(hù)。然而，傳統(tǒng)以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)初衷是用于處理純粹的靜態(tài)非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和保證其可靠性，至于順序和包延遲等并非作為重要的考慮因素。如果直接用于音頻傳輸，會(huì)導(dǎo)致了過多的時(shí)延和抖動(dòng)，使得傳統(tǒng)以太網(wǎng)無法從根本上滿足擴(kuò)聲等實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)(延時(shí)小于10ms)的傳輸需求。因此，IEEE提出了相應(yīng)的AVB(EthernetAudio/VideoBridging)標(biāo)準(zhǔn)來針對(duì)解決上述的問題，在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過保障帶寬、限制延遲、精確時(shí)鐘同步、提供高服務(wù)質(zhì)量等技術(shù)手段，使其可以支持各種基于音頻、視頻的網(wǎng)絡(luò)多媒體實(shí)時(shí)應(yīng)用。但是，AVB系統(tǒng)不是基于標(biāo)準(zhǔn)的IP協(xié)議，必須運(yùn)行在專用的AVB交換機(jī)上，無法在通用低成本的普通交換機(jī)路由器上使用，成本高昂，不易推廣。Audinate于2Dante數(shù)字音頻傳輸技術(shù)，則基于3層的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采zeroconf(ZeroConfigurationNetworking)協(xié)議簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行模式，提高了網(wǎng)絡(luò)的兼容性，使得Dante技術(shù)可廣泛應(yīng)用于專業(yè)音響行業(yè)、廣播系統(tǒng)、電話會(huì)議系統(tǒng)、樓宇智能音頻系統(tǒng)、大型運(yùn)動(dòng)會(huì)等行業(yè)。目前，Dante經(jīng)成為一個(gè)被包括Powersoft等150家專業(yè)知名廠商所支持的數(shù)字音頻網(wǎng)絡(luò)解決由于受到技術(shù)壁壘和專利授權(quán)等因素限制，國內(nèi)大多企業(yè)無法采用這些先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使得在實(shí)時(shí)擴(kuò)聲等領(lǐng)域還沒有國內(nèi)自主的高端技術(shù)和系統(tǒng)解決方案。我們針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)聲等應(yīng)用需求，基于3層的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用自主定義的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了和主流的Dante系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)一致的功能，形成了一整套完整的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)音頻解決方下表是該系統(tǒng)和幾個(gè)主流技術(shù)系統(tǒng)的比較。自主(毫秒)協(xié)議棧位置(一共7層)否否是是小小大大IEEE國際標(biāo)準(zhǔn)私有私有高中高低健康視聽——低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)化的擴(kuò)聲照明系統(tǒng)獨(dú)立自主地開發(fā)了微秒級(jí)精確時(shí)鐘同步的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可以傳輸音頻等高帶寬傳感信號(hào)，達(dá)到了國際先進(jìn)音頻系統(tǒng)同等指標(biāo)。從而為智能樓宇中的技術(shù)難度皇冠——實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)聲場(chǎng)調(diào)控的推廣普及帶來機(jī)會(huì)。智能晨檢——多傳感器融合的晨檢機(jī)器人在傳統(tǒng)的身高、體重、體溫、手口等基本的數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，采用專利技術(shù)，獲取體態(tài)，體脂等更加豐富的數(shù)據(jù)，對(duì)多種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，得到更詳細(xì)有用的結(jié)果。數(shù)據(jù)AI——深度學(xué)習(xí)的視頻分析服務(wù)器在傳統(tǒng)的安防監(jiān)控系統(tǒng)上，增加人工智能圖像算法，實(shí)現(xiàn)智慧化的數(shù)據(jù)分析。保障兒童的安全，而且可以進(jìn)行兒童的行為分析，興趣分析等。深度物聯(lián)——從傳感器到云端的垂直技術(shù)整合與一般的項(xiàng)目集成方案不同，我們將傳感器模塊、硬件電路、固件開發(fā)、UI軟件、APP軟件、云端軟件、數(shù)據(jù)庫、智能算法等環(huán)節(jié)進(jìn)行深度的整合，從而形成技術(shù)上的全閉環(huán)，帶來更好的功能性能指標(biāo)，降低整體工程的成本。基于精確時(shí)間同步的網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)研發(fā)已經(jīng)完成，小批量也已經(jīng)完成，并經(jīng)過軍方用戶試用，反饋良好?；谏疃葘W(xué)習(xí)的視頻分析服務(wù)器正在研發(fā)中，基于英偉達(dá)的SOC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)CNN圖像識(shí)別和人臉識(shí)別等硬件加速邊緣計(jì)算。將來還需要進(jìn)行行為分析等功能，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。智能晨檢機(jī)器人也在研發(fā)中，完成一部分硬件設(shè)計(jì)，將來需要實(shí)現(xiàn)多種傳感器的采集和數(shù)據(jù)融合功能，增加人臉識(shí)別等五、項(xiàng)目應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)前景1、精確時(shí)間同步實(shí)時(shí)音頻系統(tǒng)——打破網(wǎng)絡(luò)化音頻標(biāo)準(zhǔn)的國外壟斷智能樓宇的實(shí)施中，難度最大的是廳堂(例如學(xué)校禮堂，會(huì)議室，體育館等)的擴(kuò)聲和音頻管理?，F(xiàn)有擴(kuò)聲系統(tǒng)大多采用模擬傳輸，人工管理的工作方式，系統(tǒng)易受環(huán)境干擾，產(chǎn)生回音、串?dāng)_、噪聲、信號(hào)衰減、失真等問題，而且現(xiàn)場(chǎng)音效調(diào)試難度大，安裝復(fù)雜，維護(hù)不便。目前國外的方案是采用網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)音頻傳輸系統(tǒng)(應(yīng)用最廣的是Dante標(biāo)準(zhǔn)),但因?yàn)橐纛l對(duì)延時(shí)的要求極高(0.01秒內(nèi)),普通的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方案無法滿足要求，因此需要定制底層硬件和協(xié)議棧，這些實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)都被國外巨頭公司所壟斷。我們基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，開發(fā)出與國外指標(biāo)一致的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)，大大降低系統(tǒng)的成本。精確時(shí)間同步實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)已產(chǎn)品化，在幾個(gè)軍方項(xiàng)目中使用。對(duì)于校園的解決方案如下圖所示：系統(tǒng)主要由控制部分，傳輸部分，網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換部分，模擬終絡(luò)廣播系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)音頻流的直播和點(diǎn)播服務(wù)、計(jì)劃任務(wù)處理、終端管理和權(quán)限管理等功能；可以管理節(jié)目庫資源，為傳輸部分：傳輸部分采用標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī)設(shè)備，同時(shí)，也可網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換部分：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換部分是將模擬的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的關(guān)鍵，主要包括網(wǎng)絡(luò)輸入轉(zhuǎn)換器(RT2201),網(wǎng)絡(luò)輸出轉(zhuǎn)換器(RT2202),網(wǎng)絡(luò)功放(RT2201)等，如果在禮堂，體育館等對(duì)聲音延時(shí)有較高的場(chǎng)合，還可以選用低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)輸入轉(zhuǎn)換器(RT2401,延時(shí)小于2ms),低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)輸出轉(zhuǎn)2、低聲壓級(jí)多音箱擴(kuò)聲系統(tǒng)——關(guān)注聽力健康幼兒園/學(xué)校操場(chǎng)和演播廳等場(chǎng)合面積很大，為了覆蓋整個(gè)面積，通常需要采用大功率的定阻音箱，這樣離音箱近的小朋友或?qū)W生會(huì)感覺非常吵，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響孩子聽力，而離音箱遠(yuǎn)的人又聽不太清楚。采用低延時(shí)精確時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)音頻方案，可以同時(shí)在場(chǎng)地周圍或者上方放置多個(gè)音箱。每個(gè)音箱只覆蓋一小部分面積，單個(gè)功率較小，使得整個(gè)聲場(chǎng)均勻柔和，保護(hù)3、網(wǎng)絡(luò)化節(jié)能易調(diào)的LED燈光照明系統(tǒng)——關(guān)注視力健康我國中小學(xué)生(6-18歲)的近視率已超過80%。其中一個(gè)主要原因是大部分學(xué)校仍采用老式的日光燈管，長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)過程中，燈管的頻閃和照度會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷學(xué)生的視力?，F(xiàn)在，越來越多的家長(zhǎng)在重視采用護(hù)眼臺(tái)燈的同時(shí)，往往忽視或者無法要求幼兒園/學(xué)校教室采用更健康的照明。我們的照明系統(tǒng)選擇接近自然光的LED陣列面光源，無頻閃，無藍(lán)光。采用PWM技術(shù)現(xiàn)實(shí)無極調(diào)光和色溫控制，支持網(wǎng)絡(luò)化部署，可通過中控，智能終端等控制。4、全感知智能晨檢機(jī)器人4.1基礎(chǔ)功能1)手口眼體溫四大項(xiàng)目同步篩查2)人工智能識(shí)別，自動(dòng)預(yù)警3)晨檢結(jié)果實(shí)時(shí)通知家長(zhǎng)4)自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)分析4.2體態(tài)檢測(cè)1)傳統(tǒng)的身高/體重評(píng)估兒童的基本身體指標(biāo)不夠全面，2)對(duì)兒童的體態(tài)，體脂含量等更多綜合的信息進(jìn)行傳感獲取3)建立新的健康評(píng)估指標(biāo)，指導(dǎo)營養(yǎng)教學(xué)等工作4)情緒分析5)高清自動(dòng)成像，進(jìn)行人臉識(shí)別，進(jìn)行簽到6)采用人工智能算法，評(píng)估兒童的情緒，形成兒童成長(zhǎng)7)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，輔助評(píng)估兒童的心里健康情況在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控等系統(tǒng)之上，增加視頻的人工智能處理功能，能夠24小時(shí)實(shí)時(shí)預(yù)警。因?yàn)橐曨l的數(shù)據(jù)量極大，基本無法通過昂貴的寬帶將數(shù)據(jù)上傳到云端進(jìn)行處理。在視頻分析中，深度學(xué)習(xí)等人工智能算法相對(duì)于傳統(tǒng)算法具有壓倒性的優(yōu)勢(shì)和適應(yīng)性，但是需要大量的計(jì)算力(一張典型圖像的深度學(xué)習(xí)算法需要30G的計(jì)算力，如果手機(jī)運(yùn)行需要15秒才能算一張)。因此，普通CPU無法實(shí)現(xiàn)流暢的視頻算法功能。我們采實(shí)現(xiàn)每秒2000G的計(jì)算力，該服務(wù)器的硬件加速計(jì)算技術(shù)可以實(shí)時(shí)高效地完成智能分析。此外，通過對(duì)兒童的行為分析，可以進(jìn)行兒童的興趣能力分析，為進(jìn)一步開展個(gè)性化的教學(xué)方案樓宇智能化涵蓋建筑物內(nèi)的電力、空調(diào)、照明、防災(zāi)、防盜、運(yùn)輸設(shè)備等方面的自動(dòng)化管理，2016年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了7948.8億元，同比增長(zhǎng)15.32%。智慧校園是一個(gè)典型的智能樓宇場(chǎng)景，2016年全國有幼兒園23.98萬所，中小學(xué)25.45萬所，高等院校0.29萬所，民辦和職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校26.44萬所。目前這些校園的智能化程度很低，未來市場(chǎng)前景廣闊。2016年，全國學(xué)前教育經(jīng)費(fèi)從2009年的245億元增長(zhǎng)到了2802億元，學(xué)前教育經(jīng)費(fèi)占教育公共開支的比例也提升至8.9%,但其占比仍然較低，仍存提升空間。2018年11月《國務(wù)院關(guān)于學(xué)前教育深化改革規(guī)范發(fā)展的若干意見》指出，目前學(xué)前教育仍是整個(gè)教育體系的短板，發(fā)展不平衡不充分問題十分突出。2006-2016年中國學(xué)前教育經(jīng)費(fèi)投入規(guī)模變化趨勢(shì)(單位：億元，%)資料來源：育投匯教育產(chǎn)業(yè)研究院整理2、競(jìng)爭(zhēng)力分析目前，智慧校園的主要參與者主要是傳統(tǒng)的弱電IT系統(tǒng)集成商以及一些初創(chuàng)企業(yè)。主要參與者如下表所示?？梢钥吹剑瑐鹘y(tǒng)上市公司等大型企業(yè)側(cè)重大型項(xiàng)目，主要采用弱電IT集成，音視頻集成等常規(guī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的互聯(lián)互通，強(qiáng)調(diào)功能性。初創(chuàng)型企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)基本以體檢為數(shù)據(jù)傳感核心，輔助管理云平臺(tái)。公司產(chǎn)品特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)系統(tǒng)集成層設(shè)計(jì)基哥微信的智能云平臺(tái)目前智慧幼兒園主要存在如下幾個(gè)痛點(diǎn)：2.1很少關(guān)注孩子/學(xué)生的視力聽力健康問題常規(guī)的智能樓宇關(guān)注設(shè)備的自動(dòng)化智能化，很少關(guān)注兒童/學(xué)生的健康問題。例如：幼兒園很少關(guān)注音響過強(qiáng)損害兒童的聽力，燈光照明不利于兒童的視力等。2.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)被國外公司壟斷音頻和視頻是物聯(lián)網(wǎng)信息量最大的兩類傳感。其中音頻正在從模擬信號(hào)向網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，但是高端的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)音頻的通信標(biāo)準(zhǔn)為歐美國家壟斷。國內(nèi)需要支付知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)用或采購國外的核心模塊才能實(shí)現(xiàn)高端實(shí)時(shí)音頻的物聯(lián)網(wǎng)化。2.3兒童的基礎(chǔ)大數(shù)據(jù)采集分析缺乏，難以實(shí)現(xiàn)因材施教基礎(chǔ)的身體和心理性格等數(shù)據(jù)缺乏有效的數(shù)據(jù)采集手短，沒有足夠的數(shù)據(jù)和分析方法來科學(xué)評(píng)估兒童的健康和興趣能力，從而難以進(jìn)行個(gè)性化，引導(dǎo)性的定制化教育。2.4技術(shù)垂直整合度低，難以利用人工智能等先進(jìn)技術(shù)現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)，攝像頭安防系統(tǒng)，弱電系統(tǒng)等基本停留在信號(hào)傳感、互聯(lián)、存儲(chǔ)等基本功能，附加值低，很少能采用人工智能算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和價(jià)值挖掘(如安防視頻的行為分析，聲場(chǎng)、照明的自動(dòng)控制，健康數(shù)據(jù)的分析評(píng)估等)針對(duì)上述問題，我們提出了基于精確時(shí)間同步和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的智慧幼兒園解決方案，主要特點(diǎn)如前文所述，包括下1)健康視聽——低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)化的擴(kuò)聲照明系統(tǒng)2)智能晨檢——多傳感器融合的晨檢機(jī)器人3)數(shù)據(jù)AI——深度學(xué)習(xí)的視頻分析服務(wù)器4)深度物聯(lián)——從傳感器到云端的垂直技術(shù)整合七、公司經(jīng)營管理策略1、校園管理軟件、基礎(chǔ)APP軟件免費(fèi)與一般的互聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)集成公司不同，我們的基本功能的局域網(wǎng)內(nèi)的幼兒園管理系統(tǒng)軟件是免費(fèi)的。但是如果需要進(jìn)行云端部署則需要收取云服務(wù)費(fèi)。此外，家長(zhǎng)端的APP基礎(chǔ)功能智能硬件和設(shè)備主要包括智能晨檢機(jī)器人和AI視頻分析服務(wù)器。公司主要是面向系統(tǒng)集成商和渠道進(jìn)行銷售。一般情況下不直接面對(duì)終端幼兒園客戶。這樣，早期可以專注于智能產(chǎn)品的研發(fā)制造，而且借助各個(gè)地區(qū)原有的渠道商可以迅速擴(kuò)3、智慧化工程改造對(duì)于智能樓宇中的廳堂擴(kuò)聲等中高端需求，一般系統(tǒng)集成公司很少有專業(yè)的音視頻實(shí)施方案，主要原因是不同的廳堂，空間大小、房屋結(jié)構(gòu)、物品擺設(shè)、墻面材料等不盡相同，需要專業(yè)人員進(jìn)行音頻測(cè)試和部署。4、大數(shù)據(jù)分析服務(wù)收費(fèi)家長(zhǎng)端軟件的分析報(bào)告、兒童成長(zhǎng)相冊(cè)訂閱等需要收取服務(wù)費(fèi)。這些數(shù)據(jù)主要包含兒童的體檢數(shù)據(jù)，精彩的學(xué)習(xí)成長(zhǎng)照片，本年級(jí)、幼兒園、地市、全國的同齡兒童的統(tǒng)計(jì)大數(shù)據(jù)公司第1-2年致力于為智慧幼兒園提供實(shí)時(shí)音視頻、晨檢機(jī)器人、人工智能等綜合解決方案提供商，并在晨檢機(jī)器人等優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品上躋身第一梯隊(duì)。第3-4年進(jìn)一步發(fā)揮公司在精確時(shí)間同步物聯(lián)網(wǎng)和音頻算法方向的特長(zhǎng)，對(duì)標(biāo)國外先進(jìn)的方案提供商，形成一系列具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的樓宇聲場(chǎng)解決方案，植根于國內(nèi)市場(chǎng)，面向高端客戶，提供優(yōu)質(zhì)的建筑聲學(xué)方案。第5年起，依托于多年在物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，在智慧城市、智慧環(huán)境、智慧農(nóng)業(yè)其他行業(yè)擴(kuò)展應(yīng)用。當(dāng)前，政府正在加大對(duì)學(xué)前教育的關(guān)注和投資力度。未來幾年后不排除減弱投資的可能性。所以我們?cè)陉P(guān)注公辦幼兒園晨檢機(jī)器人目前市場(chǎng)還處于快速放量成長(zhǎng)的早期階段，將來在若干年后匯聚更