電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 邊緣AI的實(shí)現(xiàn)原理是將人工智能算法和模型部署到靠近數(shù)據(jù)源的邊緣設(shè)備上，使這些設(shè)備能夠在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和決策，而無需將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的云端服務(wù)器。邊緣AI的實(shí)現(xiàn)旨在將人工智能能力下沉到邊緣設(shè)備。
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邊緣AI的實(shí)現(xiàn)原理和核心環(huán)節(jié)
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邊緣AI采用分布式計(jì)算架構(gòu)，將計(jì)算任務(wù)從中心化的云端分散到各個(gè)邊緣設(shè)備。邊緣設(shè)備可以是智能手機(jī)、智能攝像頭、工業(yè)傳感器、智能家居設(shè)備等。這些設(shè)備具備一定的計(jì)算能力，能夠在本地對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，減少了對云端計(jì)算資源的依賴。
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邊緣設(shè)備在本地完成數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理、分析和決策。數(shù)據(jù)在產(chǎn)生源頭附近就被處理，避免了大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫怂鶐淼木W(wǎng)絡(luò)延遲和帶寬壓力。例如，在智能安防監(jiān)控中，攝像頭可以直接在本地對視頻圖像進(jìn)行分析，識別異常行為，一旦發(fā)現(xiàn)可疑情況立即發(fā)出警報(bào)，而無需將視頻數(shù)據(jù)全部上傳到云端。
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模型輕量化：由于邊緣設(shè)備的計(jì)算資源、存儲(chǔ)容量和功耗有限，傳統(tǒng)的復(fù)雜AI模型無法直接在邊緣設(shè)備上高效運(yùn)行。因此，需要對AI模型進(jìn)行輕量化處理，如模型壓縮、剪枝、量化等。模型壓縮可以減少模型的參數(shù)數(shù)量，降低模型的存儲(chǔ)空間和計(jì)算復(fù)雜度；模型剪枝則是去除模型中不重要的神經(jīng)元或連接，提高模型的運(yùn)行效率；模型量化將模型中的浮點(diǎn)數(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換為低精度的定點(diǎn)數(shù)，減少計(jì)算量和內(nèi)存占用。
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邊緣設(shè)備部署：將輕量化后的AI模型部署到邊緣設(shè)備上。這需要考慮邊緣設(shè)備的硬件架構(gòu)、操作系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境等因素。不同的邊緣設(shè)備可能具有不同的處理器架構(gòu)（如ARM、x86等），需要針對不同的架構(gòu)對模型進(jìn)行優(yōu)化和適配，以確保模型能夠在設(shè)備上高效運(yùn)行。同時(shí)，還需要開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序或軟件框架，方便在邊緣設(shè)備上調(diào)用和管理AI模型。
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數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理：邊緣設(shè)備通過各種傳感器（如攝像頭、麥克風(fēng)、溫度傳感器、加速度傳感器等）采集數(shù)據(jù)。采集到的原始數(shù)據(jù)往往存在噪聲、冗余和不一致性等問題，需要進(jìn)行預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、特征提取、數(shù)據(jù)歸一化等操作。數(shù)據(jù)清洗可以去除噪聲數(shù)據(jù)和異常值；特征提取是從原始數(shù)據(jù)中提取出對AI模型有用的特征信息，減少數(shù)據(jù)的維度；數(shù)據(jù)歸一化則是將數(shù)據(jù)映射到特定的范圍，提高模型的收斂速度和準(zhǔn)確性。
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實(shí)時(shí)推理與決策：經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)被輸入到部署在邊緣設(shè)備上的AI模型中進(jìn)行實(shí)時(shí)推理。AI模型根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，輸出相應(yīng)的結(jié)果。邊緣設(shè)備根據(jù)推理結(jié)果做出決策，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。例如，在自動(dòng)駕駛汽車中，邊緣設(shè)備（如車載計(jì)算平臺(tái)）實(shí)時(shí)處理來自攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器的數(shù)據(jù)，通過AI模型進(jìn)行環(huán)境感知、目標(biāo)檢測和路徑規(guī)劃，然后根據(jù)推理結(jié)果控制車輛的行駛速度、方向和制動(dòng)等。
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云端協(xié)同與更新：雖然邊緣AI強(qiáng)調(diào)本地處理，但在某些情況下，邊緣設(shè)備仍然需要與云端進(jìn)行協(xié)同工作。例如，當(dāng)邊緣設(shè)備遇到復(fù)雜的問題或需要處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，可以將部分?jǐn)?shù)據(jù)上傳到云端進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理；云端可以將更新后的AI模型、算法和知識庫推送到邊緣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對邊緣設(shè)備的遠(yuǎn)程更新和優(yōu)化，提高邊緣AI系統(tǒng)的性能和適應(yīng)性。
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邊緣AI硬件設(shè)備
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邊緣AI的實(shí)現(xiàn)依賴于多種邊緣設(shè)備，這些設(shè)備具備不同的特性和功能，以適應(yīng)多樣化的應(yīng)用場景。常見的邊緣AI所需邊緣設(shè)備類型有很多。
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智能終端類，如智能手機(jī)、智能攝像頭、智能可穿戴設(shè)備等。智能手機(jī)，具備強(qiáng)大的計(jì)算能力、豐富的傳感器（如攝像頭、麥克風(fēng)、加速度計(jì)、陀螺儀等）和良好的通信能力（支持Wi-Fi、4G/5G等）。可用于圖像識別（如拍照翻譯、掃碼識別）、語音交互（如智能語音助手）、實(shí)時(shí)健康監(jiān)測（結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)）等邊緣AI應(yīng)用。例如，用戶在旅游時(shí)使用手機(jī)拍照識別景點(diǎn)信息，就是利用了手機(jī)上的邊緣AI功能。
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智能攝像頭，內(nèi)置圖像傳感器和一定的計(jì)算能力，能夠?qū)崟r(shí)采集圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行本地處理。廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控、智能交通等領(lǐng)域。在安防監(jiān)控中，智能攝像頭可以通過邊緣AI實(shí)現(xiàn)人臉識別、行為分析（如檢測異常奔跑、徘徊等行為），及時(shí)發(fā)出警報(bào)；在智能交通中，可用于車輛識別、交通流量統(tǒng)計(jì)等。
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智能可穿戴設(shè)備，如智能手表、智能手環(huán)等，具有小巧便攜、貼近人體的特點(diǎn)，通常配備多種傳感器（如心率傳感器、睡眠監(jiān)測傳感器等）和低功耗處理器。主要用于健康監(jiān)測和運(yùn)動(dòng)追蹤。例如，智能手表可以實(shí)時(shí)監(jiān)測用戶的心率、血壓、睡眠質(zhì)量等數(shù)據(jù)，并通過邊緣AI算法進(jìn)行初步分析，為用戶提供健康建議。
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工業(yè)設(shè)備類，如工業(yè)傳感器、工業(yè)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)機(jī)器人控制器等。工業(yè)傳感器，能夠?qū)崟r(shí)采集工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，如溫度、壓力、流量、振動(dòng)等，部分工業(yè)傳感器具備一定的數(shù)據(jù)處理能力。在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，工業(yè)傳感器可以將采集到的數(shù)據(jù)通過邊緣AI進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障預(yù)警。例如，通過分析設(shè)備的振動(dòng)數(shù)據(jù)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備可能存在的故障隱患，避免設(shè)備停機(jī)造成的生產(chǎn)損失。
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工業(yè)網(wǎng)關(guān)，作為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備與云端之間的橋梁，工業(yè)網(wǎng)關(guān)具備一定的計(jì)算能力和通信能力，能夠連接多種工業(yè)協(xié)議的設(shè)備，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和邊緣計(jì)算。可以將不同工業(yè)設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。例如，在工廠中，工業(yè)網(wǎng)關(guān)可以收集來自各個(gè)生產(chǎn)線的設(shè)備數(shù)據(jù)，通過邊緣AI算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率。
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工業(yè)機(jī)器人控制器，負(fù)責(zé)控制工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和操作，具有較高的計(jì)算性能和實(shí)時(shí)性要求。結(jié)合邊緣AI技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人控制器可以使機(jī)器人具備更智能的感知和決策能力。例如，在裝配線上，機(jī)器人可以通過邊緣AI識別零件的形狀和位置，自動(dòng)調(diào)整裝配動(dòng)作，提高裝配的準(zhǔn)確性和效率。
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智能家居類，如智能音箱、智能家電。智能音箱，集成了麥克風(fēng)陣列、揚(yáng)聲器和語音識別芯片，具備語音交互能力，能夠通過邊緣AI實(shí)現(xiàn)語音指令的識別和處理。用戶可以通過語音指令控制智能家居設(shè)備，如打開燈光、調(diào)節(jié)空調(diào)溫度等。同時(shí)，智能音箱還可以提供音樂播放、新聞資訊等服務(wù)。
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智能家電，如智能冰箱、智能空調(diào)、智能洗衣機(jī)等，內(nèi)置傳感器和微處理器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息。通過邊緣AI技術(shù)，智能家電可以實(shí)現(xiàn)智能控制和優(yōu)化運(yùn)行。例如，智能冰箱可以根據(jù)內(nèi)部食物的存儲(chǔ)情況，為用戶提供購物清單建議；智能空調(diào)可以根據(jù)室內(nèi)外溫度和人員活動(dòng)情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行模式和溫度。
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智能交通類，如車載計(jì)算平臺(tái)、智能路側(cè)設(shè)備。車載計(jì)算平臺(tái)，具備高性能的計(jì)算能力和低延遲的通信能力，能夠滿足自動(dòng)駕駛等復(fù)雜應(yīng)用的需求。在自動(dòng)駕駛汽車中，車載計(jì)算平臺(tái)通過邊緣AI對攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、目標(biāo)檢測、路徑規(guī)劃和決策控制等功能，確保車輛的安全行駛。
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智能路側(cè)設(shè)備，安裝在道路兩側(cè)，如智能信號燈、路側(cè)單元（RSU）等，能夠采集交通流量、車輛速度等信息，并與車輛進(jìn)行通信。通過邊緣AI技術(shù)，智能路側(cè)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對交通流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測和優(yōu)化控制。例如，根據(jù)實(shí)時(shí)交通流量調(diào)整信號燈的時(shí)長，提高道路的通行效率；同時(shí)，還可以向車輛發(fā)送路況信息，引導(dǎo)車輛選擇最佳行駛路線。
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邊緣AI設(shè)備環(huán)境搭建及模型部署
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硬件設(shè)備選擇：根據(jù)模型的大小和計(jì)算需求，選擇合適的邊緣設(shè)備硬件。例如，對于計(jì)算資源要求較高的模型，可以選擇配備高性能處理器（如GPU、TPU）的邊緣計(jì)算盒子；對于一些簡單的任務(wù)，普通的嵌入式處理器（如ARM Cortex系列）可能就足夠了。
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操作系統(tǒng)與開發(fā)環(huán)境配置：在邊緣設(shè)備上安裝合適的操作系統(tǒng)，如Linux、Android等，并配置相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境，包括編譯器、調(diào)試工具等。同時(shí)，安裝支持AI模型推理的框架，如TensorFlow Lite、PyTorch Mobile、ONNX Runtime等，這些框架能夠?qū)⒂?xùn)練好的模型部署到邊緣設(shè)備上并進(jìn)行高效推理。
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模型轉(zhuǎn)換：將訓(xùn)練好的模型轉(zhuǎn)換為邊緣設(shè)備支持的格式。例如，如果使用TensorFlow訓(xùn)練模型，可以使用TensorFlow Lite Converter將模型轉(zhuǎn)換為.tflite格式，以便在TensorFlow Lite框架上運(yùn)行。
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模型部署：將轉(zhuǎn)換后的模型部署到邊緣設(shè)備上。可以通過有線（如USB、以太網(wǎng)）或無線（如Wi-Fi、藍(lán)牙）方式將模型文件傳輸?shù)竭吘壴O(shè)備的存儲(chǔ)單元中。
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系統(tǒng)集成：將部署好的模型與邊緣設(shè)備上的其他軟件模塊進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理、模型推理和結(jié)果輸出的完整流程。例如，編寫數(shù)據(jù)采集程序，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給模型進(jìn)行推理，并根據(jù)推理結(jié)果控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。