翟爽 符東昇 韓琳 姜玉平 何忠亮

1.公安部第一研究所 2.江蘇省鹽城市公安局鹽南高新區(qū)分局

引言

隨著移動警務體系的發(fā)展，擴展類多形態(tài)移動警務終端已經(jīng)被越來越多的應用到日常工作，應用方式與實戰(zhàn)價值也逐漸被認可與熟知。其中，巡邏安保機器人作為一種綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等技術，集環(huán)境感知、路線規(guī)劃、動態(tài)決策、行為控制以及報警裝置于一體的多功能綜合系統(tǒng)，已經(jīng)在全國部分機關單位示范應用，在日常巡邏、大型活動安保、疫情防控、治安宣傳、便民服務等場景中，發(fā)揮了服務人民、協(xié)助執(zhí)勤、解放人力的重要作用。

本文以巡邏安保機器人系統(tǒng)的設計經(jīng)驗及實戰(zhàn)應用為依據(jù)，介紹了一套場景更多樣、協(xié)同更復雜、機制更完善的巡邏安保機器人城市級規(guī)?；瘧眯麦w系與新模式，并探討了機器人未來在移動警務物聯(lián)應用中的技術路線與實戰(zhàn)價值。

一、現(xiàn)狀與需求

（一）現(xiàn)狀分析

巡邏安保機器人可以在日常執(zhí)勤、服務群眾等方面發(fā)揮實戰(zhàn)價值：

機器人協(xié)助執(zhí)勤，對巡邏范圍內(nèi)的犯罪分子、關注人員進行識別、定位、報警和跟蹤，指引疏散密集群眾，解放人力的同時提高處置效率；

機器人在辦事大廳等場所服務群眾，回答重復性的基礎問題，導引群眾自主辦理業(yè)務，提升辦事效率和群眾滿意度。

目前，國內(nèi)巡邏安保機器人的規(guī)?；瘧弥饕芟抻谝韵聨讉€方面：（1）機器人系統(tǒng)泛用性不足，受地形、人流、溫濕度、通信條件等現(xiàn)場環(huán)境影響較大；（2）缺乏機器人規(guī)?；瘜崙?zhàn)應用的工作機制；（3）目前機器人對各類異常情況的分辨與識別能力不足，智能水平有待提高；（4）機器人作為一種新型終端設備，與各類業(yè)務網(wǎng)絡對接缺乏可參照的技術體系；（5）處置能力不足，另外，目前機器人成本過高也是限制其規(guī)?；瘧玫闹匾蛑?。

（二）需求分析

面對上述巡邏安保機器人系統(tǒng)的現(xiàn)狀與問題，需立足實際業(yè)務，最大化利用機器人自主巡邏能力，優(yōu)化人機協(xié)同機制，建設一套既符合機器人標準又滿足實戰(zhàn)需求的巡邏安保機器人系統(tǒng)，打造機器人應用示范基地。該系統(tǒng)應具備如下能力與特點：

（1）機器人監(jiān)管從嚴，入崗有編，執(zhí)法有依。建立多級機器人管控平臺，為機器人配置身份認證及安全管控模塊，編制、實踐巡邏安保機器人使用管理制度及人機協(xié)作管理流程。

（2）機器人應具備復雜公共環(huán)境下的自主巡防能力。機器人能夠在人群密集的交通樞紐、熱點商圈、廣場公園、醫(yī)院等公共場所24小時自主巡防并確保安全防范力度。

（3）建立完善的安全防護體系。利用身份認證、加密通信等技術建立機器人安全防護體系，確保機器人本體身份認證及信息存儲安全、機器人到機器人管控平臺的無線數(shù)據(jù)傳輸安全、機器人管控平臺到公安信息系統(tǒng)的接入安全。

（4）建設機器人智能管控與資源服務平臺。多級部署機器人智能管控與資源服務平臺，實現(xiàn)與公安業(yè)務系統(tǒng)對接，在各網(wǎng)域的PC終端、移動終端實現(xiàn)機器人管理監(jiān)控、人機互動、功能配置、智能運維等業(yè)務功能。

（5）規(guī)劃多種智能應用。利用人臉識別、車牌識別、人機交互等技術，機器人在復雜場景中高效、準確地完成常態(tài)人車管理、臨時人車管控、臨時安全警戒、自動導辦、應急處置等應用。

二、技術方案

機器人系統(tǒng)的技術方案嚴格遵照相關業(yè)務管理規(guī)范和公共安全行業(yè)標準設計，支撐巡邏安保機器人在城市級規(guī)?；瘧弥凶鳛樾滦驮O備投入實戰(zhàn)應用，讓服務更加明確，管理更加有效，實戰(zhàn)應用成效顯著提升。

（一）平臺架構(gòu)

機器人系統(tǒng)采用“三網(wǎng)三平臺”技術架構(gòu)，即互聯(lián)網(wǎng)巡控平臺、視頻專網(wǎng)對接平臺和公安信息網(wǎng)管控平臺，并在公安移動信息網(wǎng)部署移動機器人應用APP。

機器人互聯(lián)網(wǎng)巡控平臺具備機器人設備管理、參數(shù)配置管理、勤務計劃管理、信息實時監(jiān)控、動作控制與數(shù)據(jù)查詢等功能，可對機器人進行日常管控、實時監(jiān)控、實時控制，并可將實時數(shù)據(jù)通過安全邊界連接到公安視頻專網(wǎng)及公安信息網(wǎng)。

機器人視頻專網(wǎng)對接平臺主要實現(xiàn)機器人視頻上傳、播放等功能。

機器人公安信息網(wǎng)管控平臺主要實現(xiàn)與公安信息資源，以及指揮中心平臺、移動警務平臺等相關業(yè)務的對接，實現(xiàn)人員、車輛管理指揮調(diào)度消息的秒級響應，同時實現(xiàn)移動終端APP的數(shù)據(jù)交互。

（二）安全架構(gòu)

機器人系統(tǒng)基于可信防護體系和密碼技術，構(gòu)建了一套覆蓋機器人終端、傳輸鏈路、多級管控平臺的安全體系，確保機器人系統(tǒng)滿足GB/T 22239-2019 信息安全技術網(wǎng)絡安全等級保護第二級安全保護要求。機器人管控及應用平臺滿足計算機信息系統(tǒng)安全保護等級劃分準則2級或以上安全要求。機器人系統(tǒng)安全體系框架如圖1所示。

1.系統(tǒng)安全

對機器人系統(tǒng)進行整體的安全架構(gòu)設計和管理，包括機器人終端及各級管控平臺的安全計算環(huán)境，終端到平臺、各級平臺之間的通信鏈路安全，以及安全區(qū)域邊界，系統(tǒng)全程的安全管理和審計管理。在系統(tǒng)中廣泛采用國產(chǎn)硬件設備、操作系統(tǒng)安全增強、重要計算單元和服務器安裝可信計算模塊和安全防護系統(tǒng)；采用身份證書、設備認證、國產(chǎn)密碼安全模塊等措施保證機器人終端在使用過程中的唯一性和安全管理；針對數(shù)據(jù)傳輸及存儲過程中的完整性、保密性進行安全保護；基于多級安全模型的訪問控制和基于角色的訪問控制，以實現(xiàn)保密性和完整性保護的安全策略。

2.終端安全

在機器人本體上部署安全網(wǎng)關設備，并通過安全網(wǎng)關無線連接到機器人系統(tǒng)平臺。

安全網(wǎng)關將機器人本體作為南向本地網(wǎng)絡設備管理，對機器人內(nèi)部所有網(wǎng)絡設備全部進行監(jiān)管，包括設備的接入身份認證和安全行為管控；安全網(wǎng)關北向通過安全無線鏈路接入到各級機器人指揮控制與應用平臺，并與平臺側(cè)的安全管理設備進行身份認證及安全管控。

3.鏈路安全

機器人與管控平臺的安全通信鏈路可根據(jù)機器人應用場合選擇4G/5G公眾移動通信網(wǎng)、寬帶移動通信專網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等通信方式作為通信鏈路。根據(jù)機器人接入平臺的安全等級要求，采用APN/VPDN虛擬專用網(wǎng)絡、AAA認證服務器、VPN加密隧道等保證通信通道安全；終端及平臺建立雙向設備身份認證保證接入設備和平臺的身份安全；采用數(shù)據(jù)完整性校驗、通信數(shù)據(jù)加密等方式保證通信信息的安全。在機器人終端禁用Wi-Fi、藍牙等旁路鏈路方式；在平臺一側(cè)部署防火墻、入侵檢測、防病毒網(wǎng)關、攻擊檢測、非法外連檢測等防護措施，聯(lián)動防御等手段阻止來自外部網(wǎng)絡的各種攻擊，保證網(wǎng)絡傳輸安全。

4.接入平臺安全

在各級接入平臺及業(yè)務平臺建立終端設備接入管理、訪問控制、網(wǎng)絡安全管理、移動設備安全管控等設備采用安全審計、安全監(jiān)控、定期安全性檢測分析、建立復算、熱備份、故障恢復、備份等容錯機制。在各級平臺間采用單向隔離交換和雙向隔離交換，實現(xiàn)兩個具有明確邊界的網(wǎng)絡之間物理隔離、數(shù)據(jù)交換、協(xié)議檢查、內(nèi)容過濾，確保系統(tǒng)的長效安全與穩(wěn)定。

三、關鍵技術應用與創(chuàng)新

系統(tǒng)充分考慮公安現(xiàn)實需求，在巡邏安保機器人自主機動、協(xié)同作戰(zhàn)、取證鎖定與管理、智能巡防等技術的基礎上，又應用了邊緣計算技術、AI處理技術、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合技術、云邊端融合技術和安全管控技術，通過多種技術的深度融合，極大提升機器人系統(tǒng)的環(huán)境適應性、實時性、安全性、協(xié)同性以及智能化水平。

（一）邊緣計算技術

邊緣計算技術是在靠近機器人設備數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡、計算、存儲、應用核心能力分布式開放平臺，就近提供邊緣智能服務[4]。與純粹的云端計算方式相比，邊緣計算技術將大量數(shù)據(jù)在邊緣側(cè)進行預處理，業(yè)務處理效率更高、延遲更低、占用帶寬更少。機器人系統(tǒng)采用邊緣計算終端搭配輕量化專用的AI算法模型，形成機器人的邊緣計算節(jié)點，進而實現(xiàn)云邊端融合的賦能模式。

（二）AI處理技術

通過使用MobileNet、ShuffleNet等主流輕量級深度神經(jīng)網(wǎng)絡，綜合應用圖像質(zhì)量模型、姿態(tài)模型等技術，采用圖像去重、最優(yōu)選擇、低精度訓練、向量量化、剪枝、知識蒸餾等方法，提升巡邏安保機器人識別與處理能力。性能方面，解決機器人高速運動、極端光照、圖像遮擋與抖動等復雜工況下的處理精度，提升機器人處理超大音視頻數(shù)據(jù)流的速度。識別能力方面，利用1:N識別、車輛識別等機器人專用AI算法，深度分析機器人采集的高清視頻圖像，精準識別出可疑對象，支撐巡邏安保機器人實現(xiàn)人車管理、違法停車識別、超時停車驅(qū)離等任務。

（三）多模態(tài)數(shù)據(jù)融合技術

充分利用巡邏安保機器人的視覺感知、聽覺感知、雷達感知等多種傳感資源采集到的多模態(tài)數(shù)據(jù)，通過CNN、RNN、LSTM、RBM等模型組合，模擬人腦綜合處理過程，將機器人數(shù)據(jù)的時空屬性進行深度融合，為機器人系統(tǒng)提供低延時、高精度、有容錯性的感知結(jié)果，實現(xiàn)機器人系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)挖掘的能力飛躍。

（四）云邊端一體化架構(gòu)

機器人云邊端一體化的架構(gòu)主要包括智能云平臺、邊側(cè)服務器和邊緣計算終端，利用云、邊、端的三體協(xié)同，算力層層消化，可支撐200臺機器人的運行。

智能云平臺將物理服務器的內(nèi)存、I/O、存儲和計算能力通過網(wǎng)絡集成為一個虛擬的AI資源池，對機器人上傳的業(yè)務數(shù)據(jù)進行深度融合、分析，將最優(yōu)執(zhí)行方案和指令下發(fā)給端側(cè)智能處理器，實現(xiàn)機器人智能操控和統(tǒng)一調(diào)度。

邊側(cè)服務器匯聚多臺端側(cè)邊緣計算終端產(chǎn)生的視頻流、圖片流、信息流數(shù)據(jù)后統(tǒng)一接入智能云平臺，實現(xiàn)端側(cè)統(tǒng)一接入管理。

端側(cè)邊緣計算終端具備獨立的存儲與計算單元，內(nèi)置機器人專用的輕量化智能應用，可以將對象分析、行為分析等過程下沉至端側(cè)預處理，處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚到邊側(cè)服務器后再上傳至智能云平臺進行融合計算，極大減輕云端計算壓力和流量壓力，并提升處理效率。

四、核心能力

（一）常態(tài)管理無人化、臨時管理高效化

巡邏安保機器人日常部署在特定區(qū)域，建立常態(tài)化巡邏線路并設置自動充電樁，實現(xiàn)7×24小時常態(tài)化無人值守巡邏，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即通過后臺遠程通知到相關責任人進行處理。如遇重大危險，機器人可以就近到達指定位置，指揮人員通過管控平臺對現(xiàn)場進行遠程干預。

系統(tǒng)支持機器人“即接即用”，并針對各種臨時場所建立快捷部署的安保機制，能夠在極短時間內(nèi)將機器人布在全市任意區(qū)域，實現(xiàn)臨時快速管控。

（二）業(yè)務應用智能化、AI算法實戰(zhàn)化

機器人系統(tǒng)立足實戰(zhàn)需求，創(chuàng)新研發(fā)了多種智能應用，包括：復雜環(huán)境下高通量智能識別、人群聚集檢測、違停檢測、徘徊與入侵檢測、智能問答等，保障機器人在光照復雜、高速移動、路面顛簸等復雜場景的識別效果，為機器人提供高可靠、高精度、高并發(fā)的人工智能應用支撐。

（三）聯(lián)防數(shù)據(jù)一體化、業(yè)務系統(tǒng)協(xié)同化

機器人系統(tǒng)對接現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)，實現(xiàn)多系統(tǒng)業(yè)務協(xié)同，大大提高機關單位的工作效率。

1.集中指揮平臺對接

機器人系統(tǒng)將識別信息推送至集中指揮平臺，可快速定位并啟動對應的處理預案，實現(xiàn)對事件的處理閉環(huán)。

2.視頻平臺對接

系統(tǒng)按照《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術要求》（GB/T 28181-2011）的視頻傳輸要求、聯(lián)網(wǎng)接口技術要求，將各級視頻監(jiān)控平臺進行級聯(lián)，并對接多種業(yè)務平臺，服務實戰(zhàn)。

（四）人機協(xié)同制度化、工作流程規(guī)范化

制定并形成一套適用于新時代信息化智慧應用的巡邏安保機器人上崗制度、巡邏值守機制、人機協(xié)同日常工作與安全監(jiān)管機制，包括機器人管控平臺的多級權限控制、機器人的合法身份授權認證、人機協(xié)同執(zhí)法規(guī)范流程，以確保機器人作為新型警力投入實戰(zhàn)應用，達到機器人有法可依、入崗有編、監(jiān)管從嚴的目標。

總之，巡邏安保機器人系統(tǒng)以安全體系為基礎，以機器人智能管控與資源服務平臺為支撐，通過機器人的管理機制與人機協(xié)同機制，實現(xiàn)了日常無死角監(jiān)控、精準發(fā)現(xiàn)異常、實時推送告警、遠程干預的業(yè)務閉環(huán)。

五、實戰(zhàn)應用

目前該巡邏安保機器人系統(tǒng)已經(jīng)在某市的部分單位、熱點商圈、公園景區(qū)、大型活動、中小學幼兒園等攝像機設置較少、人員復雜的治安防控區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了常態(tài)部署，并取得顯著成效。

（1）政府機構(gòu)、學校、醫(yī)院、交通樞紐等場景，機器人通過自動巡邏、行為識別、自動播報等功能，實時檢測周邊異常情況，提高巡邏頻率，降低工作強度，提升科技形象。

（2）熱點商圈區(qū)域人多且人員復雜多變，需部署大量人力進行巡邏執(zhí)勤。機器人可以代替人力在熱點區(qū)域7×24小時不間斷巡邏，遇到案件第一時間趕到現(xiàn)場，并在巡邏過程中持續(xù)播報安全宣傳語音，切實提高顯性威懾力、提高處置效率、提高安全宣傳效果。

（3）機器人在公園、景區(qū)等場景側(cè)重群眾服務，通過政策宣導、語音向?qū)?、遠程喊話、異常行為警示、夜間驅(qū)離、等功能，提升市民安全感，有助于推動幸福和諧城市形象。

（4）在各種公共區(qū)域舉行的大型活動場景，巡邏機器人能夠快速部署，對活動現(xiàn)場進行全時域巡邏監(jiān)控，形成顯性威懾，讓會場安保力量得到質(zhì)的飛躍，同時機器人也深受群眾關注喜愛，成為活動中一道別樣的“風景”。

巡邏安保機器人在城市級規(guī)模化應用中，利用機器人自主移動、無死角監(jiān)控、交互性好等特點，替代人力執(zhí)行全天候巡防任務，在減輕的工作強度的同時，極大地提升了區(qū)域的治安管理水平，取得了良好的實戰(zhàn)效果。

六、機器人在移動警務物聯(lián)應用中的展望

按照信息化建設“十四五”規(guī)劃要求，機器人無線接入業(yè)務平臺將納入移動警務“端邊”智能協(xié)同應用體系，著重加強機器人系統(tǒng)應用的安全性和規(guī)范性，按照相關標準和規(guī)范建立和完善機器人系統(tǒng)安全防護、集中管控體系，支撐移動警務端邊協(xié)同應用、視頻應用、大數(shù)據(jù)應用，提升業(yè)務機關特別是一線人員利用機器人系統(tǒng)輔助執(zhí)法、服務群眾的能力。

機器人按照移動警務“端邊”協(xié)同應用架構(gòu)接入移動警務Ⅱ類區(qū)。升級改造主要體現(xiàn)在三個方面：（1）在移動警務二類區(qū)部署多形態(tài)終端安全接入控制系統(tǒng)；（2）在每臺機器人部署移動警務“端邊”體系的直連型網(wǎng)關終端，即無線安全智能網(wǎng)關，網(wǎng)關按照移動警務規(guī)范的要求使用無線專用傳輸鏈路接入平臺；（3）機器人作為“端邊”體系的擴展型終端，通過無線安全智能網(wǎng)關接入移動警務平臺，機器人的所有網(wǎng)絡部件要按照移動警務擴展型終端的要求進行設計和安全改造。

未來，機器人將作為移動警務物聯(lián)應用的重要組成部分，納入移動警務“端邊”智能協(xié)同應用體系，進一步提升用機器人系統(tǒng)應用的安全性和規(guī)范性。

七、結(jié)語

巡邏安保機器人在公共安全領域作用重大，是提升當前公共安全信息化、智能化、實戰(zhàn)化的有效手段[1]，也是科技強警的必然要求。巡邏安保機器人在城市級規(guī)?；瘧弥星袑嵦嵘斯舶踩卫?、打擊新型犯罪、全時精細服務三類工作的無人化、合成化、規(guī)?；椭悄芑?。

隨著移動警務端邊架構(gòu)的不斷成熟，巡邏安保機器人在移動警務物聯(lián)應用中的安全性和智能水平必將會不斷提高，在公安工作中的應用更為廣泛，并將成為全國公安[2]“立體防控”體系的科技推手。