室外巡邏機器人巡檢系統的研究

文｜武漢虹信技術服務有限責任公司 黃曉艷 夏軒

自1962年，第一臺商用機器人“Verstran”誕生以來[1]，機器人的發展可以分為三個階段：第一代機器人只能根據事先編好的程序來工作，這類機器人普遍用在制造業領域來替代工人進行重復性體力勞動；第二代機器人相比第一代機器人，擁有了一定的感知能力，并能根據外界的信息來做出簡單的判斷和相應的反饋；伴隨著人工智能技術的長足發展，以及摩爾定律下芯片技術的不斷進步，第三代機器人實現了從感知到認知、推理、決策的智能化進階，開始逐漸滲透到社會生產生活的每一個角落[2]。國務院在2006 年發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020 年）》以及《“十三五” 國家戰略性新興產業發展規劃》，將智能機器人列入前沿技術中的先進制造技術；工信部發布的《關于促進機器人產業健康發展通知》，開拓了工業機器人應用市場，推進了服務機器人試點示范[3]。隨著技術的成熟和政策的推廣，研究適用于生活生產的服務機器人，解決痛點問題，提高生產效率，是一件值得去做的事情。

1.背景

近年來，人工智能技術在深度學習、感知識別、語義識別等方面都取得了顯著進展，傳感器和控制器技術，以及材料技術的發展，使得機器人的靈敏度和適應復雜環境的能力得到了很大提高。社會的老齡化趨勢以及不斷提高的勞動力成本給企業用工和社會發展也帶來了嚴峻挑戰，這一點也從側面催化了服務機器人產業的快速發展[5]。不管是從國家政策考量，還是從行業內生價值---“有效解放生產力，提高效率”出發，服務機器人行業都已經來到了一個極具發展潛力的風口，并且在未來很長一段時間都擁有很大的成長空間。

圖1 室外巡邏機器人系統框架

園區作為企業生產的載體，日常安防管理事務繁多，傳統的安保人員定時巡邏模式存在較大的管理盲區，人員成本也在逐年提升。針對上述痛點，建設一套室外巡邏機器人+后端管理平臺系統，實現智能化園區安防巡邏，既能提升園區形象，也能實現“有效降低人力成本、提高巡邏指揮時效、排查預警安全隱患”等目標。

2.解決方案

2.1 思路和目標

面對園區安防巡邏痛點，在頂層遵循相關政府文件指導思想，依托物聯網、大數據、5G、人工智能等技術，建設室外巡邏機器人系統，實現園區形象提升，管理效率提升，降低人力成本等目標。

2.2 整體建設框架

室外巡邏機器人系統分為客戶端、服務端、數據傳輸層和功能模塊，其中功能模塊分為自動駕駛模塊、語音交互模塊和數據采集模塊。自動駕駛模塊包括計算單元（工控機），由激光雷達、毫米波雷達、GPS-RTK、IMU 等組成的導航單元以及底盤控制系統，用于機器人無人駕駛的感知、定位、決策、控制。通過自動駕駛模塊，機器人可實現自主導航避障，能夠根據用戶的指令自動到達指定位置執行任務，自主導航以激光雷達為主，GPS 和多種傳感器融合，實現厘米級的精確定位導航。語音交互模塊負責語音的采集和播放。數據采集模塊包括雙光譜云臺攝像機、溫濕度傳感器和其他傳感器。上述功能模塊部署在機器人上，管理平臺和移動端通過服務端和數據傳輸層與機器人進行數據交互，完成指令下發和數據上傳，并在服務端完成數據處理和信息研判。室外巡邏機器人系統框架如圖1 所示。

2.3 系統功能設計

面對園區智能化安防的需求，室外巡邏機器人設計有六大功能：安保巡邏，語音播報，遠程處置，全景監控，智能檢測，監測預警。

（1）安保巡邏

為保證園區安全，室外巡邏機器人必須替代安保人員完成最基本的巡邏工作，室外巡邏機器人采用增量掃圖和模塊化存儲技術，可快速完成約10 萬平方米陌生環境的高精度地圖構建，并將地圖上傳保存在服務器，安保人員可在web 端管理平臺對地圖進行編輯，設置禁行區，虛擬墻，路徑點等，通過對路徑點的編輯和設置，可指定巡邏路線，設置定時巡邏時間，打造專屬巡邏方案，實現園區的智能化安保巡邏。

（2）語音播報

針對公共場所存在的政策宣傳、警情通告等需求，室外巡邏機器人通過搭載的高分貝擴音器，可對相關音頻信息進行移動式循環播報。

（3）全景監控

室外巡邏機器人搭載雙光譜云臺攝像頭以及前后左右4 路高清夜視攝像頭，其中雙光譜云臺攝像頭包含支持高清可見光視頻實時回傳的可見光模塊以及支持熱成像視頻實時回傳的熱成像模塊，云臺支持360 度水平旋轉，正負90 度垂直旋轉，實現無死角全景監控。在雨雪天氣、陰天等不良條件下，雙光譜云臺攝像頭的熱成像模塊可精確識別監控范圍內的人、車等物體，實現對監控區域的全天候巡邏布控，并自動將視頻保存在本地服務器，方便回溯查看。

（4）遠程處置

室外巡邏機器人搭載360 度全向、遠距離拾音器，可實現全方位、高保真的獲取當前巡邏環境的聲音信息，結合視頻數據，幫助用戶實現有效監控。通過機器人搭載的高分貝擴音器，安保人員可通過無線音頻傳輸系統，實現與巡邏現場的實時對講、遠程喊話，起到了解現場情況、警告威懾等作用。可在安保人員無法及時到達現場的情況下，對潛在威脅人員起到“主動驅逐”的作用。

（5）智能檢測

室外巡邏機器人系統集成人臉算法和行為檢測算法。其中人臉識別算法能夠在復雜的背景環境中快速識別人臉，為實現目標追蹤、快速預警等功能提供信息數據。安保人員可以打造專屬的人臉數據庫，創建黑、白名單，有效監控環境中的人員狀況，及時發現可疑人物、及時預警。行為檢測算法可以及時識別巡邏范圍內的異常行為并告警，如人員跌倒，打架等，方便安保人員及時處理。

（6）監測預警

室外巡邏機器人搭載熱成像攝像頭和各類傳感器，可檢測敏感區域的熱源、溫濕度、煙霧、有害氣體等，針對異常情況，可及時發現及預警，防患災害于未然，提前消除安全隱患。

除了這六大功能，為了完成日常的室外巡檢功能，機器人還有自動避障，自動回充等功能。

3.思考和展望

面對園區、社區、學校等公共場所日趨復雜的環境，傳統的“安保人員+固定攝像頭”模式存在一定的視野盲區，日益上升的人力成本也不容忽視，針對部分高危行業的巡檢需求，機器人更是有著不可替代的作用。隨著技術的不斷進步，機器人的功能會更豐富，可靠性也會更強大，機器人會在人們的生活中扮演更多角色，助力社會智慧化轉型。