隨著生活水平的提高，我們對于個人生命和財產安全更加重視，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、物聯(lián)網技術在安防系統(tǒng)的應用，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)設防區(qū)域實時動態(tài)、設施狀態(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)事件和應急事件作出反應，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，巡邏機器人是當前智能安防產業(yè)發(fā)展趨勢的必需品。
01 背景介紹
近年來，國內安防巡邏機器人的發(fā)展突飛猛進。尤其是《中國制造2025 》、《機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年)》和《國家新一代人工智能標準體系建設指南》等政策和指導文件的發(fā)布，對巡邏機器人產業(yè)發(fā)揮著支撐和引領的作用，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)通用技術要求》，為機器人在警用領域的技術指標及功能配置提供參考標準，技術要求文件以公安的業(yè)務類型將警用機器人分為偵察、排爆、打擊、巡邏、安保和服務機器人六大類，其中巡邏機器人除了自主巡邏的基礎功能外，對業(yè)務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、圖像與視頻精準識別、大數(shù)據挖掘和智能預警等多種技術融入安防行業(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，機器人技術也在飛速迭代，技術壁壘正在一步步突破，5G+機器人、融合導航技術、視覺識別技術、多系統(tǒng)信息融合技術和云平臺信息交互技術的發(fā)展有效支撐巡邏機器人在安防領域的應用。
02 巡邏機器人技術的發(fā)展
巡邏機器人系統(tǒng)一般由執(zhí)行層、傳輸層、處理層和應用層組成，通過網絡連接和精細化系統(tǒng)部署，實現(xiàn)機器人、服務器和終端設備三者之間實時的數(shù)據交互，專業(yè)團隊運維管理，與安防業(yè)務深度協(xié)同融合。從執(zhí)行層動態(tài)感知采集的業(yè)務原始數(shù)據，通過傳輸層的無線網絡保證原始數(shù)據正常上送到處理層的云邊服務平臺進行數(shù)據碰撞分析、歸類和存儲，最終形成應用層的終端呈現(xiàn)業(yè)務數(shù)據。
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)中的關鍵，主要為終端設備、機器人與服務器進程之間的通信提供服務。作為紐帶連接著執(zhí)行層、處理層和應用層，由有線通信網絡和無線通信網絡組成，傳輸層相當于人的神經中樞系統(tǒng)，負責將執(zhí)行層獲取的信息，安全可靠地傳輸?shù)酱竽X處理，再根據不同的應用需求進行信息呈現(xiàn)。無線通信網絡是實現(xiàn)巡邏機器人與服務器之間通信的載體，可分為自組網絡和運營商網絡，為保障機器人實時數(shù)據傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，可根據不同的應用場景和應用需求選擇最優(yōu)的無線組網方案。自組網絡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)裝置的服務器固定節(jié)點所組成的一個可多跳自治的局域網絡系統(tǒng)，它不依賴于網絡運營商預設的網絡設施，具有可迅速組網、網絡質量穩(wěn)定的特點，且一次性鋪設，但是自組網的覆蓋面積有限、鋪設成本高，不適用與大規(guī)模的機器人應用。而以往的采用的運營商4G網絡無需自己架設基站，但是4G網絡的帶寬和穩(wěn)定性已經無法滿足巡邏機器人的數(shù)據流、視頻流、控制流多線程高效可靠的傳輸。運營商4G網絡和自組網絡各自存在弊端，4G的帶寬無法滿足機器人實時性和可靠性，而自組網絡的覆蓋范圍和建設成本限制了巡邏機器人的大規(guī)模應用。
隨著5G技術的發(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、海量的連接網絡，使得機器人閉環(huán)控制和大規(guī)模應用通過運營商網絡連接成為可能。毫秒級低時延技術將實現(xiàn)機器人與服務平臺之間前所未有的互動和協(xié)調，提供精確高效的遠程控制和信息交互。5G技術的加持，使機器人本體與服務平臺連為一體，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.巡邏機器人自主導航的演進
自主導航是巡邏機器人的關鍵技術之一，是巡邏機器人自主巡邏的基礎，現(xiàn)在常用的導航方式是激光導航和視覺導航。對于不同的應用環(huán)境，兩種導航方式都存在不同程度的局限性。視覺導航相比于激光導航，對環(huán)境的依賴性較大，視覺導航不適用于光線較暗的應用場景。激光導航對環(huán)境的適應性更強，環(huán)境變化率在30%以內并不影響導航效果。激光導航按照激光類型分為2D激光導航和3D激光導航，兩種導航方式的主要區(qū)別是激光雷達的激光線束數(shù)量不同。2D激光導航數(shù)量小，計算速度快，成本也相對較低，但是導航精度和穩(wěn)定性相對較差。3D激光導航精度相對較高，但是點云數(shù)據量大，實時性相對較低，成本較高。激光導航相比于視覺導航，雖然適應能力更強一些，但是在外部環(huán)境發(fā)生較大變化時，導航效果會受影響，比如在參照物變化大、大面積空曠的特殊區(qū)域。自主導航能力會受很大影響。復雜環(huán)境下自主導航性能不穩(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用場景，實現(xiàn)巡邏機器人的高精度定位導航、環(huán)境智能感知、規(guī)劃決策并精準控制，采用多傳感器融合SLAM導航，高精度同步融合數(shù)據和高精度地圖實現(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)據的時間與空間同步，并實現(xiàn)數(shù)據的融合，為機器人導航系統(tǒng)提供精確的數(shù)據來源。緊耦合SLAM高精度定位融合了GPS數(shù)據、IMU慣性數(shù)據、3D激光LiDAR點云數(shù)據和視覺技術，且可在空曠區(qū)域加設激光反射板增強點云數(shù)據反饋強度，由于采用多樣的傳感器數(shù)據，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)高精度定位導航；同時不同傳感器數(shù)據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)復雜環(huán)境下的高精度、高可靠性定位導航。
3.云平臺信息交互技術
采用云平臺信息交互技術搭建巡邏機器人數(shù)據云端存儲、異常信息云端分析、巡邏任務管理、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)據集中管理與算力分散的云邊端系統(tǒng)，用于機器人數(shù)據采集、大數(shù)據碰撞分析、業(yè)務處理和功能呈現(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功能特性無縫地在前端計算、邊緣計算和云服務之間分布和協(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)據爆發(fā)造成的網絡帶寬壓力，實現(xiàn)高性價比的多模態(tài)感知融合、自適應交互和實時安全的計算。邊緣計算+云服務的組合能夠完成更多關鍵性業(yè)務，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)據匯聚、傳輸?shù)竭吘売嬎闫脚_，數(shù)據在邊緣節(jié)點進行有效收斂、AI及結構化處理后，關鍵性數(shù)據再回傳到云平臺。作為業(yè)務管理平臺，為系統(tǒng)提供用戶權限管理、數(shù)據管理和機器人業(yè)務管理等服務，支持 B/S和C/S 業(yè)務訪問。
03 應用案例
2022年，鹽城市建設有警用巡邏機器人規(guī)模化示范應用基地，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，后期也將根據警種實戰(zhàn)需求增加應用場景。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)務應用，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 結語
社會在不斷進步，安保群體“用工荒”“老齡化”和“文化素質低”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”。當前，科技發(fā)展、技術創(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社會各個領域，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
