隨著生活水平的提高，我們對于個人生命和財產(chǎn)安全更加重視，也對住宅、小區(qū)、和企業(yè)等園區(qū)的安全防護提出了更高的要求。與此同時，人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在安防系統(tǒng)的應(yīng)用，讓安防系統(tǒng)更加智能化和現(xiàn)代化。而安保巡邏機器人正是人工智能在安防行業(yè)應(yīng)用的成果，它可以通過自身感知與決策的能力和后臺系統(tǒng)可視化的用戶界面，呈現(xiàn)設(shè)防區(qū)域?qū)崟r動態(tài)、設(shè)施狀態(tài)等信息，強化態(tài)勢感知，提前發(fā)現(xiàn)潛在威脅，幫助安保人員做出更好的處置決策，并通過機器人聯(lián)動及時對突發(fā)事件和應(yīng)急事件作出反應(yīng)，從而降低事件的可能性和危害。如今，在社會發(fā)展需求和政策推動下，巡邏機器人是當(dāng)前智能安防產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的必需品。

01 背景介紹

  近年來，國內(nèi)安防巡邏機器人的發(fā)展突飛猛進。尤其是《中國制造2025 》、《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年)》和《國家新一代人工智能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》等政策和指導(dǎo)文件的發(fā)布，對巡邏機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)揮著支撐和引領(lǐng)的作用，也促進巡邏機器人生態(tài)鏈的發(fā)展。2021年公安部發(fā)布《警用機器人系統(tǒng)通用技術(shù)要求》，為機器人在警用領(lǐng)域的技術(shù)指標(biāo)及功能配置提供參考標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)要求文件以公安的業(yè)務(wù)類型將警用機器人分為偵察、排爆、打擊、巡邏、安保和服務(wù)機器人六大類，其中巡邏機器人除了自主巡邏的基礎(chǔ)功能外，對業(yè)務(wù)功能的定義包含視頻采集、音頻采集、人臉采集、紅外熱成像、車牌識別、語音播報、語音對講、環(huán)境探測和異常告警等功能，將無人駕駛、人工智能、圖像與視頻精準(zhǔn)識別、大數(shù)據(jù)挖掘和智能預(yù)警等多種技術(shù)融入安防行業(yè)，為其發(fā)展注入強勁的動力。

  在如火如荼的安防巡邏機器人行業(yè)中，機器人技術(shù)也在飛速迭代，技術(shù)壁壘正在一步步突破，5G+機器人、融合導(dǎo)航技術(shù)、視覺識別技術(shù)、多系統(tǒng)信息融合技術(shù)和云平臺信息交互技術(shù)的發(fā)展有效支撐巡邏機器人在安防領(lǐng)域的應(yīng)用。

02 巡邏機器人技術(shù)的發(fā)展

  巡邏機器人系統(tǒng)一般由執(zhí)行層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層組成，通過網(wǎng)絡(luò)連接和精細化系統(tǒng)部署，實現(xiàn)機器人、服務(wù)器和終端設(shè)備三者之間實時的數(shù)據(jù)交互，專業(yè)團隊運維管理，與安防業(yè)務(wù)深度協(xié)同融合。從執(zhí)行層動態(tài)感知采集的業(yè)務(wù)原始數(shù)據(jù)，通過傳輸層的無線網(wǎng)絡(luò)保證原始數(shù)據(jù)正常上送到處理層的云邊服務(wù)平臺進行數(shù)據(jù)碰撞分析、歸類和存儲，最終形成應(yīng)用層的終端呈現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

1.巡邏機器人無線通信的迭代

  無線通信是巡邏機器人系統(tǒng)中的關(guān)鍵，主要為終端設(shè)備、機器人與服務(wù)器進程之間的通信提供服務(wù)。作為紐帶連接著執(zhí)行層、處理層和應(yīng)用層，由有線通信網(wǎng)絡(luò)和無線通信網(wǎng)絡(luò)組成，傳輸層相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞系統(tǒng)，負責(zé)將執(zhí)行層獲取的信息，安全可靠地傳輸?shù)酱竽X處理，再根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行信息呈現(xiàn)。無線通信網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)巡邏機器人與服務(wù)器之間通信的載體，可分為自組網(wǎng)絡(luò)和運營商網(wǎng)絡(luò)，為保障機器人實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，可根據(jù)不同的應(yīng)用場景和應(yīng)用需求選擇最優(yōu)的無線組網(wǎng)方案。自組網(wǎng)絡(luò)是由一組帶有無線收發(fā)裝置的機器人可移動節(jié)點和一組帶有無線收發(fā)裝置的服務(wù)器固定節(jié)點所組成的一個可多跳自治的局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它不依賴于網(wǎng)絡(luò)運營商預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，具有可迅速組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量穩(wěn)定的特點，且一次性鋪設(shè)，但是自組網(wǎng)的覆蓋面積有限、鋪設(shè)成本高，不適用與大規(guī)模的機器人應(yīng)用。而以往的采用的運營商4G網(wǎng)絡(luò)無需自己架設(shè)基站，但是4G網(wǎng)絡(luò)的帶寬和穩(wěn)定性已經(jīng)無法滿足巡邏機器人的數(shù)據(jù)流、視頻流、控制流多線程高效可靠的傳輸。運營商4G網(wǎng)絡(luò)和自組網(wǎng)絡(luò)各自存在弊端，4G的帶寬無法滿足機器人實時性和可靠性，而自組網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和建設(shè)成本限制了巡邏機器人的大規(guī)模應(yīng)用。

  隨著5G技術(shù)的發(fā)展和逐漸的大規(guī)模覆蓋，高速率、大帶寬、低時延的特點恰好符合機器人無線通信的要求，5G為巡邏機器人提供高可靠、安全、海量的連接網(wǎng)絡(luò)，使得機器人閉環(huán)控制和大規(guī)模應(yīng)用通過運營商網(wǎng)絡(luò)連接成為可能。毫秒級低時延技術(shù)將實現(xiàn)機器人與服務(wù)平臺之間前所未有的互動和協(xié)調(diào)，提供精確高效的遠程控制和信息交互。5G技術(shù)的加持，使機器人本體與服務(wù)平臺連為一體，將平臺系統(tǒng)更強的運算能力賦能給巡邏機器人，拓展機器人的工作范圍，為機器人提供更大算力和更多存儲空間，提高遠程處理效率。

2.巡邏機器人自主導(dǎo)航的演進

  自主導(dǎo)航是巡邏機器人的關(guān)鍵技術(shù)之一，是巡邏機器人自主巡邏的基礎(chǔ)，現(xiàn)在常用的導(dǎo)航方式是激光導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航。對于不同的應(yīng)用環(huán)境，兩種導(dǎo)航方式都存在不同程度的局限性。視覺導(dǎo)航相比于激光導(dǎo)航，對環(huán)境的依賴性較大，視覺導(dǎo)航不適用于光線較暗的應(yīng)用場景。激光導(dǎo)航對環(huán)境的適應(yīng)性更強，環(huán)境變化率在30%以內(nèi)并不影響導(dǎo)航效果。激光導(dǎo)航按照激光類型分為2D激光導(dǎo)航和3D激光導(dǎo)航，兩種導(dǎo)航方式的主要區(qū)別是激光雷達的激光線束數(shù)量不同。2D激光導(dǎo)航數(shù)量小，計算速度快，成本也相對較低，但是導(dǎo)航精度和穩(wěn)定性相對較差。3D激光導(dǎo)航精度相對較高，但是點云數(shù)據(jù)量大，實時性相對較低，成本較高。激光導(dǎo)航相比于視覺導(dǎo)航，雖然適應(yīng)能力更強一些，但是在外部環(huán)境發(fā)生較大變化時，導(dǎo)航效果會受影響，比如在參照物變化大、大面積空曠的特殊區(qū)域。自主導(dǎo)航能力會受很大影響。復(fù)雜環(huán)境下自主導(dǎo)航性能不穩(wěn)定是巡邏機器人目前存在較突出的問題。

  針對巡邏機器人及其應(yīng)用場景，實現(xiàn)巡邏機器人的高精度定位導(dǎo)航、環(huán)境智能感知、規(guī)劃決策并精準(zhǔn)控制，采用多傳感器融合SLAM導(dǎo)航，高精度同步融合數(shù)據(jù)和高精度地圖實現(xiàn)SLAM高精度定位，增強機器人自主巡邏能力。多傳感器融合硬件系統(tǒng)包括集成傳3D激光、IMU、雙目視覺和GPS等，通過核心同步板中實現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)的時間與空間同步，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合，為機器人導(dǎo)航系統(tǒng)提供精確的數(shù)據(jù)來源。緊耦合SLAM高精度定位融合了GPS數(shù)據(jù)、IMU慣性數(shù)據(jù)、3D激光LiDAR點云數(shù)據(jù)和視覺技術(shù)，且可在空曠區(qū)域加設(shè)激光反射板增強點云數(shù)據(jù)反饋強度，由于采用多樣的傳感器數(shù)據(jù)，在單一傳感器于特定場景失效的情況下，其他傳感器可彌補該傳感器的不足，仍然可實現(xiàn)高精度定位導(dǎo)航；同時不同傳感器數(shù)據(jù)在空間上具有一定的相互補充性，提高了定位的穩(wěn)定性和精度，最終實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的高精度、高可靠性定位導(dǎo)航。

3.云平臺信息交互技術(shù)

  采用云平臺信息交互技術(shù)搭建巡邏機器人數(shù)據(jù)云端存儲、異常信息云端分析、巡邏任務(wù)管理、信息可視化及機器人信息交互的機器人云平臺。

  巡邏機器人系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)集中管理與算力分散的云邊端系統(tǒng)，用于機器人數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)碰撞分析、業(yè)務(wù)處理和功能呈現(xiàn)。系統(tǒng)由云平臺、邊緣計算平臺和前端計算平臺組成，且均具備獨立的運維管理能力。機器人的實際功能根據(jù)功能特性無縫地在前端計算、邊緣計算和云服務(wù)之間分布和協(xié)同。有高效、實時、安全特性的邊緣計算加持，減少云平臺的計算負荷，降低由于數(shù)據(jù)爆發(fā)造成的網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，實現(xiàn)高性價比的多模態(tài)感知融合、自適應(yīng)交互和實時安全的計算。邊緣計算+云服務(wù)的組合能夠完成更多關(guān)鍵性業(yè)務(wù)，對機器人的視頻分析創(chuàng)造新的價值鏈，為機器人提供多樣服務(wù)的規(guī)?；\營平臺。

  巡邏機器人云平臺支持公有云和私有云部署。機器人采集的數(shù)據(jù)匯聚、傳輸?shù)竭吘売嬎闫脚_，數(shù)據(jù)在邊緣節(jié)點進行有效收斂、AI及結(jié)構(gòu)化處理后，關(guān)鍵性數(shù)據(jù)再回傳到云平臺。作為業(yè)務(wù)管理平臺，為系統(tǒng)提供用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)管理和機器人業(yè)務(wù)管理等服務(wù)，支持 B/S和C/S 業(yè)務(wù)訪問。

03 應(yīng)用案例

  2022年，鹽城市建設(shè)有警用巡邏機器人規(guī)?；痉稇?yīng)用基地，鹽城的各大交通樞紐、公園景區(qū)、重要廣場、熱點商圈、重點社區(qū)、重點單位、重大活動等應(yīng)用場景部署有50臺高新興巡邏機器人，包含巡邏機器人千巡A1、千巡F2等多款型號，后期也將根據(jù)警種實戰(zhàn)需求增加應(yīng)用場景。巡邏機器人具備異常告警、人臉識別、自動巡邏、定點值守、一鍵到達、視頻傳輸、語音功能、溫度告警、車牌識別等功能，如按下機器人的SOS按鈕，機器人將自動上送當(dāng)前位置和實時視頻，并打開與平臺的語音對講。巡邏機器人可以完成多維度、多警種業(yè)務(wù)應(yīng)用，最大限度地充實基層實戰(zhàn)警力，解決一線警力嚴重不足的問題，達到釋放警力、補充警員戰(zhàn)斗力的目的。

04 結(jié)語

  社會在不斷進步，安保群體“用工荒”“老齡化”和“文化素質(zhì)低”等問題成了傳統(tǒng)安保和物業(yè)企業(yè)頭頂上的“三座大山”。當(dāng)前，科技發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新乃至工作模式的改革無不向智能化看齊，巡邏機器人也將服務(wù)社會各個領(lǐng)域，巡邏機器人行業(yè)勢必會是一片新藍海。

文/柏林  廣州高新興機器人有限公司

來源：《中國安防》  2022.3  NO.192