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AEGIS是一个基于边缘计算的自主巡逻机器人系统，通过时间验证层有效降低威胁检测的误报率。
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# AEGIS
**自主边缘地面智能系统**
Ezekiel A. Mitchell
2026年5月
## 摘要
AEGIS是一个用于自主边界巡逻和设备端威胁检测的地面机器人平台。该系统完全在嵌入式硬件上运行，不依赖云服务，采用时间验证层在触发任何行为响应之前降低误报率。主要的研究问题是：一个低成本、基于单板计算机的平台，能否在真实世界条件下，以可接受的低误报率维持一个可靠的从感知到行动的流水线。
## 硬件
| 组件 | 规格 |
|---|---|
| 计算单元 | Raspberry Pi 5， 4GB RAM |
| 存储 | 64GB microSD |
| 底盘 | 两轮差速驱动 |
| 感知 | Raspberry Pi 相机模块 |
| I/O | GPIO 扩展帽，带螺丝接线端子排 |
## 软件栈
| 层级 | 技术 |
|---|---|
| 操作系统 | Ubuntu Server 24.04 LTS (64-bit) |
| 编程语言 | Python 3.11+ |
| 检测 | YOLOv8n (Ultralytics) |
| 视觉处理 | OpenCV |
| 遥测 | MQTT (可选)， 本地 JSON 日志 |
| 测试 | pytest |
## 系统架构
```
Camera Input
↓
Perception Module
↓
Temporal Verification Layer
↓
Behavior Planner
↓
Motor Control
↓
Telemetry + Logs
```
时间验证层是本系统的核心贡献。单个检测帧不会触发行为响应。确认需要在可配置的时间窗口内，拥有稳定的边界框几何形状的N次有效检测。这种方法旨在抑制瞬时误报，同时不会引入不可接受的响应延迟。
## 检测状态
| 状态 | 描述 |
|---|---|
| `NO_TARGET` | 未检测到目标 |
| `CANDIDATE` | 检测到目标，等待验证 |
| `CONFIRMED` | 目标在所需帧数内已通过验证 |
| `LOST` | 之前已确认的目标不再被检测到 |
## 巡逻行为
| 行为 | 描述 |
|---|---|
| `patrol` | 执行航点循环 |
| `scan` | 原地旋转，观察环境 |
| `orient_toward_target` | 旋转以将已确认目标居中于画面 |
| `stop` | 停止所有电机输出 |
| `emergency_stop` | 立即完全停止，禁用电机驱动器 |
## 仓库结构
```
project-aegis/
├── src/aegis/
│ ├── main.py
│ ├── config.py
│ ├── perception/ # camera, detector, tracker
│ ├── verification/ # temporal filter
│ ├── control/ # motor driver, behaviors
│ └── telemetry/ # logger, mqtt client
├── configs/
│ └── default.yaml
├── tests/
├── scripts/
├── systemd/
└── docs/
```
## 设置
**1. 刷写操作系统**
通过 Raspberry Pi Imager 刷写 Ubuntu Server 24.04 LTS (64-bit)。
**2. 安装依赖**
```
bash scripts/install_pi_dependencies.sh
```
**3. 配置**
编辑 `configs/default.yaml`。在硬件验证之前，将 `simulation_mode` 设置为 `true`。
**4. 运行**
```
bash scripts/run_aegis.sh
```
## 配置
`configs/default.yaml` 中的关键参数：
```
simulation_mode: true
camera_index: 0
target_class: person
confidence_threshold: 0.55
required_consecutive_frames: 4
max_missed_frames: 8
motor_speed_default: 0.4
telemetry_enabled: true
mqtt_enabled: false
debug: false
```
## 指标
每次会话将跟踪以下指标：
- 检测置信度分布
- 误报率（未验证的候选数 / 总检测数）
- 平均确认时间（帧数）
- 推理延迟（毫秒/帧）
- 负载下的 CPU 温度
- 行为状态转换日志
## 里程碑
- [ ] Ubuntu 24.04 及依赖项已安装在 Pi 5 上
- [ ] 相机能够发布稳定帧
- [ ] 检测器能够达到目标帧率
- [ ] 时间验证滤波器已测试和调优
- [ ] 硬件上的电机控制已验证
- [ ] 巡逻 + 定向行为已集成
- [ ] 完整流水线演示已录制
- [ ] 遥测日志分析完成
## 安全
电机默认处于禁用状态。在启用任何电机输出之前，必须在配置中显式地将 `simulation_mode` 标志设置为 `false`。紧急停止在任何时候都可用，并优先于所有其他行为状态。在物理引脚映射确认之前，硬件 GPIO 调用存根实现。
## 路线图
- ROS2 Jazzy 集成 (Nav2, ros2_control)
- ONNX Runtime 优化推理
- 通过轮式里程计实现 GPS 拒止环境下的航位推算
- 多目标跟踪
- MQTT 命令与控制桥接
- 车载 rosbag 等效日志记录，用于任务后回放
## 许可证
MIT
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