楊海

近年來，隨著人們對公共安全意識的進一步提升以及人力資源成本的逐步提高，使用機器人與安防設(shè)備的結(jié)合來協(xié)助人在高危場所和復(fù)雜環(huán)境中進行作業(yè)逐漸成為未來的發(fā)展趨勢。而科學技術(shù)的發(fā)展與進步讓安防巡檢機器人具備了更多的功能，解決安防領(lǐng)域問題的能力也越來越強，為傳統(tǒng)的安防行業(yè)帶來了極大的改變。

安全是人們最根本的需要之一。隨著中國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，越來越多的人力和物力被投入到與安全相關(guān)的事業(yè)中，用以保障人們的生活和生產(chǎn)安全。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到目前，中國已經(jīng)有超過4000家與安保行業(yè)相關(guān)的企業(yè)，從事安保的人員也超過了450萬人，但與日益增長的安保需求相比仍顯不足。由于安保人員從事的工作技術(shù)含量不高，報酬與付出不成比例，年輕人大多不愿從事該行業(yè)，導(dǎo)致安保行業(yè)的從業(yè)人員老齡化現(xiàn)象越來越嚴重，40歲以上從業(yè)人員占總從業(yè)人數(shù)的55%以上，安保行業(yè)面臨嚴峻的人員斷層形勢。隨著科技的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)也被應(yīng)用于安保行業(yè)，產(chǎn)生了很多安防產(chǎn)品，但這些安防產(chǎn)品都存在一定的不足。其一是雖然種類多但功能單一，缺乏靈活性，難以滿足多維度的安防要求;其二是現(xiàn)有的安防產(chǎn)品大多不具備對安防監(jiān)控中出現(xiàn)的狀況進行智能處理的能力，可能還需要配備大量的安保人員進行人工處理。針對上述狀況，安防行業(yè)迫切需要一種全新的智能設(shè)備，它需要具有較為全面的功能，能夠執(zhí)行較為復(fù)雜的安保任務(wù)，克服一般安防產(chǎn)品功能單一的問題。能全部或者部分取代人工，緩解安防行業(yè)人員短缺的問題，降低安保成本，提高安保效率，安防巡檢機器人就是一種比較好的選擇。

安防巡檢機器人是一種技術(shù)密集型的安防產(chǎn)品，涉及機械、電子和軟件等眾多學科，按照使用范圍，可將它涉及的技術(shù)分為通用技術(shù)模塊和特定技術(shù)模塊兩類。第一類是通用技術(shù)模塊，主要包括機械底盤、電池、自主導(dǎo)航、自主充電等技術(shù)模塊，幾乎所有的安防巡檢機器人都會涉及到該類技術(shù)，通用技術(shù)模塊構(gòu)成了安防巡檢機器人一個最基本的平臺。第二類是特定技術(shù)模塊，主要包括視頻監(jiān)控、視頻傳輸、人臉識別、語音識別、氣體檢測、機械手等多種技術(shù)模塊，但這些技術(shù)模塊安防巡檢機器人不一定會全部用到。在通用技術(shù)模塊搭建的基礎(chǔ)平臺上，添加一項或多項特定技術(shù)模塊，就可構(gòu)成形式多樣、功能復(fù)雜的安防機器人，以滿足不同的安防需求。君望安防巡檢機器人以通用技術(shù)模塊構(gòu)建了基礎(chǔ)平臺，然后搭載了視頻監(jiān)控、視頻傳輸、人臉識別、語音識別、氣體檢測等特定技術(shù)模塊，構(gòu)成了一個功能復(fù)雜、高度智能化的安防產(chǎn)品，下文將對它所涉及到的技術(shù)模塊做一個簡單的介紹。

君望安防巡檢機器人技術(shù)模塊簡介

機械底盤

君望安防巡檢機器人采用的是倒三角輪式差速底盤，如圖1所示。該款底盤是完全自主設(shè)計的，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、動力強勁以及適應(yīng)性強的特點，比較適合路況復(fù)雜但沒有較大坡度的場景使用。

電池

君望安防巡檢機器人配備了60Ah的大容量鋰電池，可保證整個機器人系統(tǒng)連續(xù)工作8小時以上。此外，為了保證鋰電池的充放電都在一個適宜的環(huán)境溫度，君望公司為電池研發(fā)了溫控系統(tǒng)，保證鋰電池在零下20℃都能正常地充放電。

自主導(dǎo)航

自主導(dǎo)航是移動機器人核心技術(shù)之一，主要解決機器人在陌生環(huán)境中建立地圖、自我定位、路徑規(guī)劃以及避障的問題，是安防巡檢機器人能得以實用的關(guān)鍵性技術(shù)。君望安防巡檢機器人采用基于激光雷達和深度攝像頭的SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）技術(shù)，即同步定位與構(gòu)圖技術(shù)，同時融合了GPS、慣性導(dǎo)航、超聲波測距等輔助技術(shù)，具備在大場景的條件下進行自主建圖、自主定位、路徑規(guī)劃和自動避障的功能。

自主充電

自主充電是指當機器人的電量低于某一設(shè)定值時，能自動前往充電樁進行對接充電。君望公司首創(chuàng)了機器人大電流充電技術(shù)，充電電流最高可達100A，是一般充電電流的10倍，大幅縮減了機器人的充電時間，提高了使用率。該技術(shù)的核心部分為五自由度誤差自動補償懸掛系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動適應(yīng)機器人導(dǎo)航系統(tǒng)帶來的定位偏差（一般為±2.5cm），保證機器人的電極和充電樁的電極能嚴絲合縫地對接，增大了電極間的接觸面積，減小了電極間的接觸電阻，大大減小了大電流通過電極時的發(fā)熱量。

視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控是安防巡檢機器人最主要的功能之一。君望安防巡檢機器人可搭載多個紅外網(wǎng)絡(luò)攝像頭和一個頂部云臺攝像頭，實現(xiàn)360度無死角監(jiān)控。此外，君望安防巡檢機器人還配備了4T的硬盤，可連續(xù)保存視頻一個月。

視頻傳輸

君望安防巡檢機器人的監(jiān)控視頻除了保存在本地以外，還可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_。

人臉識別

人臉識別是人工智能一個典型的應(yīng)用，它基于深度學習算法，通過對大量人臉圖片的學習之后獲得識別人臉信息的能力，能提供人臉1∶1的比對、人臉1∶N的識別、活體檢測以及人臉關(guān)鍵點提取等功能。目前國內(nèi)有不少企業(yè)從事人臉識別技術(shù)的開發(fā)，譬如商湯科技、曠世科技、海康威視等。君望公司以國內(nèi)知名企業(yè)的成熟人臉識別算法為基礎(chǔ)，開發(fā)出適用于安防行業(yè)的人臉識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要功能如下：支持在線和離線人臉識別功能，在網(wǎng)絡(luò)正常情況下，機器人進行本地人臉數(shù)據(jù)庫以及后臺人臉數(shù)據(jù)庫的雙重搜索比對;在斷網(wǎng)情況下，機器人支持本地人臉數(shù)據(jù)庫的搜索比對;支持黑白名單庫功能，機器人可配置不同的名單庫，對不同名單庫的人，機器人可配置不同的聲音、燈光的提示;人臉識別之后，可以把人臉圖片、發(fā)現(xiàn)時間和發(fā)現(xiàn)地點保存在數(shù)據(jù)庫中和發(fā)送到后臺服務(wù)器上。

語音識別

語音識別技術(shù)解決的是機器人能理解人類的語音，能與人類直接進行語言溝通的問題。君望安防巡檢機器人采用了科大訊飛公司成熟的語音模塊，能較好地支持中文交流。

氣體檢測

根據(jù)不同的安防需求，君望安防巡檢機器人可搭載不同的氣體傳感器，用于對危險氣體的檢測和預(yù)警。一般有二氧化硫、氯氣、芥子氣、一氧化碳等。

君望安防巡檢機器人應(yīng)用實例

項目背景

通過科技信息化建設(shè)的推進，沈鐵公安局現(xiàn)有車站已經(jīng)有了較完備的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、一鍵報警系統(tǒng)及人臉識別系統(tǒng)。但在實際應(yīng)用中，這些系統(tǒng)存在以下問題：一、視頻監(jiān)控覆蓋不全，工作中民警通過監(jiān)控進行視頻巡查，發(fā)現(xiàn)有些部位監(jiān)控不能覆蓋，或因攝像頭位置、角度、距離等原因無法有效監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)警情后不能直接遠程喊話處警;二、一鍵報警點數(shù)量不足，標志不明顯，旅客有時不能及時發(fā)現(xiàn)一鍵報警點并報警求助;三、在進站卡口處的人臉識別攝像頭受角度、位置、識別率及抓取人臉的實時狀態(tài)限制，人臉識別比對率還有待提升;四、客運咨詢服務(wù)點較少，客流量較大時，受理旅客的咨詢求助能力需要加強。

為適應(yīng)高鐵安全形勢，打造高鐵精品線，沈鐵公安局認真貫徹鐵路公安局“三化”建設(shè)總體部署，按照“以科技保安全、以機器換人力、以智能增效能”的設(shè)計思路，探索研發(fā)車站智能安防巡視機器人。此款機器人以解決公共區(qū)域安防巡檢服務(wù)為目標，集眾多前沿科技于一體，擁有高智能化的自我管理能力，能在無人值守情況下自主移動巡檢、主動避障、自動充電等，具有對環(huán)境、設(shè)備、人、物進行有效識別和分析，對異常情況自動報警的功能。

項目需求

車站安防巡檢機器人，主要工作在高鐵車站侯車室、站前廣場及旅客出站通道等人流密集區(qū)域，可通過激光雷達、深度攝像頭自主導(dǎo)航定位，按設(shè)定好的地圖及線路全天侯自主巡視。為了有效解決項目背景中提出的問題，還應(yīng)具備以下四項功能：一、人臉布控查緝，可高效實現(xiàn)人臉識別自動報警功能，對重點人員進行人臉布控和后臺實時報警，在巡視中實時進行人臉查緝;二、動態(tài)實時監(jiān)測，警務(wù)人員可通過機器人配備的多個高清攝像頭，實現(xiàn)360度晝夜全景無死角監(jiān)控，對巡訪區(qū)域?qū)崟r移動監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)警情可直接語音通知處警并跟蹤處警;三、受理報警求助，旅客在遇到需要警務(wù)求助時可通過機器人一鍵呼叫警務(wù)服務(wù)，警務(wù)后臺接受報警求助并迅速決策處置;四、客運咨詢服務(wù)，機器人可通過語音識別及面板操作識別旅客的常用咨詢，并通過語音及圖像展示。

技術(shù)方案

系統(tǒng)架構(gòu)

圖2是以沈陽高鐵站為試點的安防機器人系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)在機房部署一臺后臺服務(wù)器，運行機器人管理平臺，用戶可通過智能手機或者平板訪問機器人管理平臺，也可以通過監(jiān)控室的工作站電腦訪問該管理平臺。機器人管理平臺把機器人采集的人臉圖片和監(jiān)控視頻定期發(fā)送給鐵路公安局的數(shù)據(jù)中心。各安防巡檢機器人通過WiFi和機器人管理平臺進行通訊。

外觀結(jié)構(gòu)

外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計以功能優(yōu)先、兼顧美觀為原則，設(shè)計的外觀如圖3所示。

人臉布控查緝

人臉布控查緝劃分為四個功能模塊：一、前端人臉識別功能，在機器人里面保存重點人員的信息，支持快速的前端人臉識別功能，支持多種重點人員名單庫功能，機器人可配置不同的名單庫，對名單庫里不同的人，機器人可配置不同的聲音、燈光的提示和后臺網(wǎng)頁彈窗提示。二、批量重點人員名單布控功能，可通過瀏覽器客戶端批量布控重點人員名單，支持通過excel輸入人名和身份證號碼，批量導(dǎo)入重點人員圖片。三、重點人員預(yù)警功能，當機器人發(fā)現(xiàn)重點人員，機器人把人員信息、人臉圖片、發(fā)現(xiàn)時間和發(fā)現(xiàn)地點發(fā)送到后臺服務(wù)器，后臺服務(wù)器會通過聲音和彈窗提示監(jiān)控人員去進行布控處理。四、人臉識別歷史查詢功能，可通過輸入姓名、名單類型、開始時間和結(jié)束時間查詢出需要的結(jié)果，可查看人臉識別的時間、地點、人臉圖片以及識別結(jié)果。

動態(tài)實時監(jiān)控

動態(tài)實時監(jiān)控是機器人自主導(dǎo)航與視頻監(jiān)控技術(shù)的結(jié)合。機器人在移動過程中根據(jù)位置估計和地圖進行自身定位，同時在自身定位的基礎(chǔ)上建造增量式地圖，實現(xiàn)機器人的自主定位和導(dǎo)航。在機器人具備自主定位的條件下，能夠?qū)C器人周圍的位置信息保存下來，形成一張地圖。通過激光傳感器、深度攝像頭、超聲波傳感器等參數(shù)信息，可以實現(xiàn)地圖的掃描構(gòu)建以及獲取機器人在地圖中的相對位置信息。

通過一個機器人構(gòu)建地圖之后，能夠?qū)Φ貓D進行編輯，進行區(qū)域劃分顯示、巡邏路徑設(shè)置，以及導(dǎo)航點設(shè)置。還可以把同一張地圖傳到不同的機器人，實現(xiàn)機器人的智能調(diào)度功能?？蓪C器人進行調(diào)度任務(wù)管理，支持以下功能：一、手動控制模式，手動控制機器人前進、后退、左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，也可手動控制機器人沿著設(shè)定的路徑巡邏或者到達設(shè)定導(dǎo)航點;二、自動控制模式，設(shè)定機器人在設(shè)定時間和設(shè)定路徑重復(fù)巡邏。

機器人配置了前、后、左、右四個監(jiān)控攝像頭和頂部的人臉識別攝像頭?？赏ㄟ^瀏覽器實時查看可見光攝像頭的視頻監(jiān)控畫面，并且實時查看機器人所在地圖位置。在實時視頻監(jiān)控畫面頁面，可同時對機器人進行手動控制。

機器人可存儲監(jiān)控視頻，在網(wǎng)絡(luò)斷開情況下也支持歷史視頻存儲，默認可以存儲4周的歷史視頻。根據(jù)選中的機器人和時間參數(shù)查詢該時間段內(nèi)的歷史視頻，點擊選中對應(yīng)的時間點可以跳轉(zhuǎn)查看回放視頻。機器人保存的歷史視頻，可自動上傳到后臺服務(wù)器保存。

受理報警求助

旅客可通過語音識別或者按下急停報警按鈕，跟派出所值班室進行遠程語音對話，值班室警察可以查看旅客現(xiàn)場實時畫面和實時位置，并協(xié)助旅客解決問題。

客運咨詢服務(wù)

機器人可通過語音識別及面板操作識別旅客的常用咨詢，并通過語音及圖像進行展示?？刹樵兎?wù)臺、車次顯示大屏、公安值班室、餐館、衛(wèi)生間、茶水間、寄存處等重要車站位置信息。

主要性能指標

項目成果

如圖7所示，君望安防巡檢機器人自2018年6月啟用，通過人臉識別系統(tǒng)形成的閉環(huán)式智能化系統(tǒng)，全面提升了沈陽高鐵站治安防控體系實戰(zhàn)能力，取得了一系列成果。比如抓獲網(wǎng)上逃犯11名，攔截討要人員100余人次，發(fā)現(xiàn)攜帶汽油、易造禍精神病人、刑嫌等重點人500余次。特別是為旅客提供了便利的報警求助方式，很受歡迎，先后接受報警求助300余次，給旅客解決實際困難163件，即節(jié)約了警力，又大大提升了服務(wù)能力與效率。

項目拓展

車站智能巡視機器人在車站推廣后，還可以進行以下功能擴展，以提高機器人的安防能力。

危險氣體探測與報警

在機器人身上配置危險氣體檢測設(shè)備，當檢測到危險氣體的時候，會發(fā)出危險氣體警報，獲取危險氣體的實時位置，并將此信息發(fā)送至公安值班室。

紅外熱成像

在機器人身上配置紅外熱成像攝像頭，用以發(fā)現(xiàn)和鎖定溫度異常的攜帶物，確保旅客安全。也可通過紅外熱成像發(fā)現(xiàn)暗處的異常情況，通知公安值班室進行異常排查。

行為分析

在車站范圍對人流進行行為分析，識別臥倒、打架等異常行為，并通知值班警察及時處理。

應(yīng)用前景

在上文中，我們對安防巡檢機器人的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用實例進行了簡要的介紹。隨著3D激光SLAM技術(shù)的出現(xiàn)、人臉識別和語音識別等技術(shù)的提高，安防巡檢機器人應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的能力越來越強，其解決安防領(lǐng)域問題的能力也越來越強，必然會為安防領(lǐng)域帶來翻天覆地的變化，成為一個革命性的產(chǎn)品。君望機器人公司一直致力于安防巡檢機器人的研發(fā)，相信在不久的將來能為中國安防事業(yè)作出突出的貢獻。