基于四旋翼無人機下的自動巡檢系統

馬向進 占禮彬 匡仁 熊啟金 譚文群

摘 要：針對傳統保安看守模式的不足，提出一種基于四旋翼無人機下的自動巡檢系統。該系統以四旋翼無人飛行器為載體，采用無線傳感網絡與智能傳感器相結合的方法，以RF433無線射頻識別和GPRS信息傳輸作為技術手段，設計智能協同預警的實時監測平臺。通過實驗驗證，該系統靈敏度高，具有對可疑人員自動識別、定位、追蹤等功能，為新一代安保模式提供了新的發展方向。

關鍵詞：物聯網技術;自動巡檢;智能協防;智能安防;四旋翼無人機;GPRS

中圖分類號：TP272文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）07-0-02

0 引 言

隨著經濟的飛速發展和人民生活水平的日益提高，人們對安防產品的要求也越來越高。現在大多數企業、學校、小區的安保都采用傳統的保安看守模式。然而，由于傳統的保安看守模式存在諸多問題，如人力成本投入過大，保安專業素質偏低，工作效率不高，存在人為的不確定性，從而導致不法分子頻繁盜取企業物資，任意出入校園作案，進入企業內部竊取企業珍貴資料等事件頻頻發生。現如今傳統的保安看守模式已經難以滿足人們生活的需要。

從以上傳統保安看守模式存在的缺點著手，依托物聯網、人工智能應用[1-3]推廣的大環境，本文提出一種基于四旋翼無人機下的自動巡檢系統。該系統的主要特點包括：依托四旋翼無人機為載體;采用STM32作為系統的主核芯片[4-5]，很大程度地降低系統的功耗;采用智能無線射頻網絡和智能傳感器的技術作為系統核心;通過多智能傳感器感知，提高系統預警的準確性;運用無線射頻標識識別，進行信息的有效傳輸;搭載高清攝像系統對特定區域進行有效監控;無線射頻采用LoRa擴頻技術[6]，其傳輸能力強，在減少傳輸過程中信息丟失的同時有效地解決了高功耗的問題;提出并建立了實時監測平臺，有效地解決了傳統安保模式的缺點。此外，本文充分結合當今物聯網技術開發獨有的手機APP，成功實現了預警信息的實時顯示。

1 系統架構與工作原理

整個系統可劃分為無人機巡航平臺、實時監測平臺、數據分析平臺。該系統結合人工智能、物聯網與云計算技術，以載體無人機、紅外人體感應傳感器、高清攝像頭、RF433無線射頻模塊作為媒介的信息采集端，以GPRS數據傳輸模塊作為信息的發送端，以紅外報警器、手機APP、商用云平臺、后臺數據庫作為預警決策終端，采用協同監控策略，利用智能算法、大數據處理實現對可疑人員的識別與持續追蹤。系統的整體構架如圖1所示。

1.1 無人機巡航平臺

無人機巡航平臺主要包括采用智能算法的自動巡跡無人機、紅外傳感器、智能報警器、GPS定位信息采集和發送采集信息的無線射頻端。通過多種智能傳感器的協同作用，可實現對可疑人員的識別、定位、追蹤。系統巡航路線規劃模擬圖如圖2所示。

1.2 實時監測平臺

實時監測平臺由高清夜間抓拍攝像頭、接收采集信息的無線射頻端、GPRS通信中轉端組成。無線射頻接收端在接收無線射頻發射端發送過來的信息后，通過微控制器MCU中轉經過GPRS模塊發送給數據分析平臺，同時啟用高清攝像頭抓拍系統，抓拍可疑人員的外貌特征，并將抓拍到的外貌信息發送給數據分析平臺，進一步降低虛警率。

系統采用RF433無線射頻識別技術，便于對單位內部人員的識別。通過GPRS通信技術可有效地將攝像頭抓拍的信息傳送給數據分析平臺，此外借助數據分析平臺，將處理后得到的預警信息顯示在手機APP上。

當有人員靠近時，系統首先啟動無線射頻識別系統，檢測該人員身上是否攜帶身份識別卡，若未檢測到身份識別卡，則立即打開高清攝像頭抓拍系統，對該人員進行抓拍，并將采集的信息通過GPRS通信中轉平臺發送到數據分析平臺，進行人員外貌信息比對。如果判斷為可疑人員，則將信息指令發送給無人機巡航平臺，實現多無人機自動跟蹤，并響應報警系統，直到安保人員進一步核查該人員的身份。

1.3 數據分析平臺

數據分析平臺主要有單位內部人員人臉信息數據庫和APP。數據庫主要用于對高清攝像頭抓拍的照片進行比對，便于做進一步預警決策;APP主要用于建立安保人員與系統的橋梁，實時監測和顯示預警信息用來提醒安保人員。

該系統提出一套完整的預警解決方案，充分利用無人機的優秀特性和各種信息傳輸手段（GPS、無線射頻、GPRS等），實現信息的有效傳輸與處理，解決了傳統安保模式存在的問題，可以保證24 h實時監控，對可疑人員持續追蹤。

2 系統功能驗證

為了驗證本系統的功能特性情況，從系統實際工作環境著手，在白天和夜間兩種不同的光線強度下進行多次測試以及對各個傳感器數據傳輸的時效性及準確性、高清攝像頭抓拍圖片的識別情況、無線射頻識別的準確性、數據分析平臺下APP的實時數據更新速度和預警信息時效性等方面進行多次測試并進行數據分析。

2.1 系統各個模塊功能測試

（1）智能紅外傳感器測試。測試思路：利用串口調試助手作為輔助工具，如果一旦紅外傳感器被觸發、MCU便通過串口向調試助手發送“不正常”信息，若紅外傳感器未被觸發則MCU通過串口向調試助手發送“正常”指令。測試結果如圖3所示。

（2）GPS定位模塊測試。測試過程：通過MCU發送讀GPS定位信息指令即可通過GPS模塊返回GPS所采集到的位置信息，與此同時，MCU與PC機進行串口通信，并將返回的位置信息顯示在串口調試助手窗口上，其位置信息包括目前的經緯度信息、時間信息，并把第一次采集的定位信息作為基準信息。數據測試結果如圖4所示。

（3）RF無線射頻標識識別測試思路如圖5所示。

首先，配置RF433各通道參數一致，利用串口CH340模塊分別與PC機連接，進而PC機可以分別與RF433發送端（圖5中簡記為RF1）和RF433接收端（圖5中簡記為RF2）之間進行串口通信;然后，借助兩個串口調試助手分別記為串口調試助手窗口1和串口調試助手窗口2，其中串口調試助手窗口1用來顯示RF2發送的信息，串口調試助手窗口2用來顯示RF1發送的信息;最后，可達到測試無線射頻標識識別模塊的目的。如果窗口調試助手窗口1能夠接收到來自RF2發送的信息且串口調試助手窗口2能夠接收到來自RF1發送的信息，則可認為無線射頻標識模塊測試成功。測試結果如圖6所示。