基于精确时间同步物联网和深度学习的智慧幼儿园解决方案商业计划书

基于精确时间同步物联网和深度学习的智慧幼儿园解决方案商业计划书化改造市场前景广阔。我们旨在通过实时音视频系统、智能晨检机器人，人工智能数据分析等技术，为儿童健康、家长互动、安全管理、行政教学等环节提供智能化的综合解决方案，音视频系统是幼儿园信息化智能化的最主要需求之一。其中音频正在从模拟信号向网络数字化转型，但是高端的实时网络音频的通信标准为欧美国家垄断。国内需要支付知识产权费用或采购国外的核心模块才能实现高端实时音频的物联网化。我们经过多年来在软硬件和协议算法的积累，基于自主可控知确时间同步实时网络音频系统”,可以大大降低系统集成的成此外，我们采用“全感知的智能晨检机器人”对儿童的身高、体重、体温、手口、体态、情绪等项目同步检测，进而形成儿童的健康成长数据库，通过对大数据的分析进一步优化儿童的营养健康和教育方法。通过微信小程序和专用APP等实现幼儿园和家长的信息沟通和良性互动。在传统的视频监控基础1、杨晓华(总经理)创立亚德威(北京)信息科技有限公司。2、张玮(副总经理)清华大学(精密仪器)本科。清华大学(精密仪器)博士。亚德威(北京)信息科技有限公司。(算法技术总监)北大青鸟公司，任项目经理职务，负责公4、雷岳俊(硬件技术总监)2004.7-2009.7北京邮电大学，通信与信息系统专业博现有楼宇的音频扩声系统大多采用模拟传输，人工管理的工作方式，系统易受环境干扰，容易产生串扰、干扰、噪声、信号衰减、失真、质量下降等一系列问题，而且现场音效调试难度大，安装复杂，维护不方便。数字化可以很好地解决上述国内外公司在研究这一技术并推出了相关产品。比较有代表性上述数字系统不仅成本高，音频设备节点数少，而且很难与通用的网络系统集成。如果依托于通用的网络技术，则可以实现大规模的节点组网，和标准化的IT设备管理维护。然而，传统以太网的设计初衷是用于处理纯粹的静态非实时数据和保证其可靠性，至于顺序和包延迟等并非作为重要的考虑因素。如果直接用于音频传输，会导致了过多的时延和抖动，使得传统以太网无法从根本上满足扩声等实时音频数据(延时小于10ms)的传输需求。因此，IEEE提出了相应的AVB(EthernetAudio/VideoBridging)标准来针对解决上述的问题，在传统以太网络的基础上，通过保障带宽、限制延迟、精确时钟同步、提供高服务质量等技术手段，使其可以支持各种基于音频、视频的网络多媒体实时应用。但是，AVB系统不是基于标准的IP协议，必须运行在专用的AVB交换机上，无法在通用低成本的普通交换机路由器上使用，成本高昂，不易推广。Audinate于2Dante数字音频传输技术，则基于3层的IP网络技术，采zeroconf(ZeroConfigurationNetworking)协议简化网络的运行模式，提高了网络的兼容性，使得Dante技术可广泛应用于专业音响行业、广播系统、电话会议系统、楼宇智能音频系统、大型运动会等行业。目前，Dante经成为一个被包括Powersoft等150家专业知名厂商所支持的数字音频网络解决由于受到技术壁垒和专利授权等因素限制，国内大多企业无法采用这些先进的网络通信技术，使得在实时扩声等领域还没有国内自主的高端技术和系统解决方案。我们针对现场扩声等应用需求，基于3层的IP网络技术，采用自主定义的协议，实现了和主流的Dante系统的关键指标一致的功能，形成了一整套完整的实时网络音频解决方下表是该系统和几个主流技术系统的比较。自主(毫秒)协议栈位置(一共7层)否否是是小小大大IEEE国际标准私有私有高中高低健康视听——低延时网络化的扩声照明系统独立自主地开发了微秒级精确时钟同步的物联网系统，可以传输音频等高带宽传感信号，达到了国际先进音频系统同等指标。从而为智能楼宇中的技术难度皇冠——实时网络声场调控的推广普及带来机会。智能晨检——多传感器融合的晨检机器人在传统的身高、体重、体温、手口等基本的数据采集的基础上，采用专利技术，获取体态，体脂等更加丰富的数据，对多种传感器数据进行融合分析，得到更详细有用的结果。数据AI——深度学习的视频分析服务器在传统的安防监控系统上，增加人工智能图像算法，实现智慧化的数据分析。保障儿童的安全，而且可以进行儿童的行为分析，兴趣分析等。深度物联——从传感器到云端的垂直技术整合与一般的项目集成方案不同，我们将传感器模块、硬件电路、固件开发、UI软件、APP软件、云端软件、数据库、智能算法等环节进行深度的整合，从而形成技术上的全闭环，带来更好的功能性能指标，降低整体工程的成本。基于精确时间同步的网络音频系统研发已经完成，小批量也已经完成，并经过军方用户试用，反馈良好。基于深度学习的视频分析服务器正在研发中，基于英伟达的SOC已经实现CNN图像识别和人脸识别等硬件加速边缘计算。将来还需要进行行为分析等功能，并实现产品化。智能晨检机器人也在研发中，完成一部分硬件设计，将来需要实现多种传感器的采集和数据融合功能，增加人脸识别等五、项目应用领域和市场前景1、精确时间同步实时音频系统——打破网络化音频标准的国外垄断智能楼宇的实施中，难度最大的是厅堂(例如学校礼堂，会议室，体育馆等)的扩声和音频管理。现有扩声系统大多采用模拟传输，人工管理的工作方式，系统易受环境干扰，产生回音、串扰、噪声、信号衰减、失真等问题，而且现场音效调试难度大，安装复杂，维护不便。目前国外的方案是采用网络化实时音频传输系统(应用最广的是Dante标准),但因为音频对延时的要求极高(0.01秒内),普通的网络协议方案无法满足要求，因此需要定制底层硬件和协议栈，这些实现标准都被国外巨头公司所垄断。我们基于自主知识产权，开发出与国外指标一致的实时网络音频系统，大大降低系统的成本。精确时间同步实时网络音频系统已产品化，在几个军方项目中使用。对于校园的解决方案如下图所示：系统主要由控制部分，传输部分，网络转换部分，模拟终络广播系统的核心，负责音频流的直播和点播服务、计划任务处理、终端管理和权限管理等功能；可以管理节目库资源，为传输部分：传输部分采用标准的交换机设备，同时，也可网络转换部分：网络转换部分是将模拟的音频信号转换为网络信号的关键，主要包括网络输入转换器(RT2201),网络输出转换器(RT2202),网络功放(RT2201)等，如果在礼堂，体育馆等对声音延时有较高的场合，还可以选用低延时网络输入转换器(RT2401,延时小于2ms),低延时网络输出转2、低声压级多音箱扩声系统——关注听力健康幼儿园/学校操场和演播厅等场合面积很大，为了覆盖整个面积，通常需要采用大功率的定阻音箱，这样离音箱近的小朋友或学生会感觉非常吵，严重时会影响孩子听力，而离音箱远的人又听不太清楚。采用低延时精确时钟同步网络音频方案，可以同时在场地周围或者上方放置多个音箱。每个音箱只覆盖一小部分面积，单个功率较小，使得整个声场均匀柔和，保护3、网络化节能易调的LED灯光照明系统——关注视力健康我国中小学生(6-18岁)的近视率已超过80%。其中一个主要原因是大部分学校仍采用老式的日光灯管，长时间的学习过程中，灯管的频闪和照度会严重损伤学生的视力。现在，越来越多的家长在重视采用护眼台灯的同时，往往忽视或者无法要求幼儿园/学校教室采用更健康的照明。我们的照明系统选择接近自然光的LED阵列面光源，无频闪，无蓝光。采用PWM技术现实无极调光和色温控制，支持网络化部署，可通过中控，智能终端等控制。4、全感知智能晨检机器人4.1基础功能1)手口眼体温四大项目同步筛查2)人工智能识别，自动预警3)晨检结果实时通知家长4)自动汇总统计分析4.2体态检测1)传统的身高/体重评估儿童的基本身体指标不够全面，2)对儿童的体态，体脂含量等更多综合的信息进行传感获取3)建立新的健康评估指标，指导营养教学等工作4)情绪分析5)高清自动成像，进行人脸识别，进行签到6)采用人工智能算法，评估儿童的情绪，形成儿童成长7)对数据进行统计分析，辅助评估儿童的心里健康情况在传统的视频监控等系统之上，增加视频的人工智能处理功能，能够24小时实时预警。因为视频的数据量极大，基本无法通过昂贵的宽带将数据上传到云端进行处理。在视频分析中，深度学习等人工智能算法相对于传统算法具有压倒性的优势和适应性，但是需要大量的计算力(一张典型图像的深度学习算法需要30G的计算力，如果手机运行需要15秒才能算一张)。因此，普通CPU无法实现流畅的视频算法功能。我们采实现每秒2000G的计算力，该服务器的硬件加速计算技术可以实时高效地完成智能分析。此外，通过对儿童的行为分析，可以进行儿童的兴趣能力分析，为进一步开展个性化的教学方案楼宇智能化涵盖建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等方面的自动化管理，2016年市场规模达到了7948.8亿元，同比增长15.32%。智慧校园是一个典型的智能楼宇场景，2016年全国有幼儿园23.98万所，中小学25.45万所，高等院校0.29万所，民办和职业培训学校26.44万所。目前这些校园的智能化程度很低，未来市场前景广阔。2016年，全国学前教育经费从2009年的245亿元增长到了2802亿元，学前教育经费占教育公共开支的比例也提升至8.9%,但其占比仍然较低，仍存提升空间。2018年11月《国务院关于学前教育深化改革规范发展的若干意见》指出，目前学前教育仍是整个教育体系的短板，发展不平衡不充分问题十分突出。2006-2016年中国学前教育经费投入规模变化趋势(单位：亿元，%)资料来源：育投汇教育产业研究院整理2、竞争力分析目前，智慧校园的主要参与者主要是传统的弱电IT系统集成商以及一些初创企业。主要参与者如下表所示。可以看到，传统上市公司等大型企业侧重大型项目，主要采用弱电IT集成，音视频集成等常规技术，实现自动化的互联互通，强调功能性。初创型企业和互联网企业基本以体检为数据传感核心，辅助管理云平台。公司产品特点优势系统集成层设计基哥微信的智能云平台目前智慧幼儿园主要存在如下几个痛点：2.1很少关注孩子/学生的视力听力健康问题常规的智能楼宇关注设备的自动化智能化，很少关注儿童/学生的健康问题。例如：幼儿园很少关注音响过强损害儿童的听力，灯光照明不利于儿童的视力等。2.2技术标准被国外公司垄断音频和视频是物联网信息量最大的两类传感。其中音频正在从模拟信号向网络数字化转型，但是高端的实时网络音频的通信标准为欧美国家垄断。国内需要支付知识产权费用或采购国外的核心模块才能实现高端实时音频的物联网化。2.3儿童的基础大数据采集分析缺乏，难以实现因材施教基础的身体和心理性格等数据缺乏有效的数据采集手短，没有足够的数据和分析方法来科学评估儿童的健康和兴趣能力，从而难以进行个性化，引导性的定制化教育。2.4技术垂直整合度低，难以利用人工智能等先进技术现有的检测系统，摄像头安防系统，弱电系统等基本停留在信号传感、互联、存储等基本功能，附加值低，很少能采用人工智能算法对数据进行深度分析和价值挖掘(如安防视频的行为分析，声场、照明的自动控制，健康数据的分析评估等)针对上述问题，我们提出了基于精确时间同步和深度学习等技术的智慧幼儿园解决方案，主要特点如前文所述，包括下1)健康视听——低延时网络化的扩声照明系统2)智能晨检——多传感器融合的晨检机器人3)数据AI——深度学习的视频分析服务器4)深度物联——从传感器到云端的垂直技术整合七、公司经营管理策略1、校园管理软件、基础APP软件免费与一般的互联网和系统集成公司不同，我们的基本功能的局域网内的幼儿园管理系统软件是免费的。但是如果需要进行云端部署则需要收取云服务费。此外，家长端的APP基础功能智能硬件和设备主要包括智能晨检机器人和AI视频分析服务器。公司主要是面向系统集成商和渠道进行销售。一般情况下不直接面对终端幼儿园客户。这样，早期可以专注于智能产品的研发制造，而且借助各个地区原有的渠道商可以迅速扩3、智慧化工程改造对于智能楼宇中的厅堂扩声等中高端需求，一般系统集成公司很少有专业的音视频实施方案，主要原因是不同的厅堂，空间大小、房屋结构、物品摆设、墙面材料等不尽相同，需要专业人员进行音频测试和部署。4、大数据分析服务收费家长端软件的分析报告、儿童成长相册订阅等需要收取服务费。这些数据主要包含儿童的体检数据，精彩的学习成长照片，本年级、幼儿园、地市、全国的同龄儿童的统计大数据公司第1-2年致力于为智慧幼儿园提供实时音视频、晨检机器人、人工智能等综合解决方案提供商，并在晨检机器人等优势产品上跻身第一梯队。第3-4年进一步发挥公司在精确时间同步物联网和音频算法方向的特长，对标国外先进的方案提供商，形成一系列具有国际竞争力的楼宇声场解决方案，植根于国内市场，面向高端客户，提供优质的建筑声学方案。第5年起，依托于多年在物联网和边缘计算云计算的优势，在智慧城市、智慧环境、智慧农业其他行业扩展应用。当前，政府正在加大对学前教育的关注和投资力度。未来几年后不排除减弱投资的可能性。所以我们在关注公办幼儿园晨检机器人目前市场还处于快速放量成长的早期阶段，将来在若干年后汇聚更