君望安防巡檢機(jī)器人：為出行安全保駕護(hù)航

楊海

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

安全是人們最根本的需要之一。隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來(lái)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(jì)，截止到目前，中國(guó)已經(jīng)有超過(guò)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(guò)了450萬(wàn)人，但與日益增長(zhǎng)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(bào)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(lái)越嚴(yán)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(yán)峻的人員斷層形勢(shì)。隨著科技的發(fā)展，越來(lái)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(lèi)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(duì)安防監(jiān)控中出現(xiàn)的狀況進(jìn)行智能處理的能力，可能還需要配備大量的安保人員進(jìn)行人工處理。針對(duì)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(wèn)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(wèn)題，降低安保成本，提高安保效率，安防巡檢機(jī)器人就是一種比較好的選擇。

安防巡檢機(jī)器人是一種技術(shù)密集型的安防產(chǎn)品，涉及機(jī)械、電子和軟件等眾多學(xué)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(lèi)。第一類(lèi)是通用技術(shù)模塊，主要包括機(jī)械底盤(pán)、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(jī)器人都會(huì)涉及到該類(lèi)技術(shù)，通用技術(shù)模塊構(gòu)成了安防巡檢機(jī)器人一個(gè)最基本的平臺(tái)。第二類(lèi)是特定技術(shù)模塊，主要包括視頻監(jiān)控、視頻傳輸、人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、氣體檢測(cè)、機(jī)械手等多種技術(shù)模塊，但這些技術(shù)模塊安防巡檢機(jī)器人不一定會(huì)全部用到。在通用技術(shù)模塊搭建的基礎(chǔ)平臺(tái)上，添加一項(xiàng)或多項(xiàng)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(jī)器人，以滿足不同的安防需求。君望安防巡檢機(jī)器人以通用技術(shù)模塊構(gòu)建了基礎(chǔ)平臺(tái)，然后搭載了視頻監(jiān)控、視頻傳輸、人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、氣體檢測(cè)等特定技術(shù)模塊，構(gòu)成了一個(gè)功能復(fù)雜、高度智能化的安防產(chǎn)品，下文將對(duì)它所涉及到的技術(shù)模塊做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

君望安防巡檢機(jī)器人技術(shù)模塊簡(jiǎn)介

機(jī)械底盤(pán)

君望安防巡檢機(jī)器人采用的是倒三角輪式差速底盤(pán)，如圖1所示。該款底盤(pán)是完全自主設(shè)計(jì)的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、動(dòng)力強(qiáng)勁以及適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，比較適合路況復(fù)雜但沒(méi)有較大坡度的場(chǎng)景使用。

電池

君望安防巡檢機(jī)器人配備了60Ah的大容量鋰電池，可保證整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)連續(xù)工作8小時(shí)以上。此外，為了保證鋰電池的充放電都在一個(gè)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(dòng)機(jī)器人核心技術(shù)之一，主要解決機(jī)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(wèn)題，是安防巡檢機(jī)器人能得以實(shí)用的關(guān)鍵性技術(shù)。君望安防巡檢機(jī)器人采用基于激光雷達(dá)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(shí)融合了GPS、慣性導(dǎo)航、超聲波測(cè)距等輔助技術(shù)，具備在大場(chǎng)景的條件下進(jìn)行自主建圖、自主定位、路徑規(guī)劃和自動(dòng)避障的功能。

自主充電

自主充電是指當(dāng)機(jī)器人的電量低于某一設(shè)定值時(shí)，能自動(dòng)前往充電樁進(jìn)行對(duì)接充電。君望公司首創(chuàng)了機(jī)器人大電流充電技術(shù)，充電電流最高可達(dá)100A，是一般充電電流的10倍，大幅縮減了機(jī)器人的充電時(shí)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(dòng)補(bǔ)償懸掛系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動(dòng)適應(yīng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)帶來(lái)的定位偏差（一般為±2.5cm），保證機(jī)器人的電極和充電樁的電極能?chē)?yán)絲合縫地對(duì)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(guò)電極時(shí)的發(fā)熱量。

視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控是安防巡檢機(jī)器人最主要的功能之一。君望安防巡檢機(jī)器人可搭載多個(gè)紅外網(wǎng)絡(luò)攝像頭和一個(gè)頂部云臺(tái)攝像頭，實(shí)現(xiàn)360度無(wú)死角監(jiān)控。此外，君望安防巡檢機(jī)器人還配備了4T的硬盤(pán)，可連續(xù)保存視頻一個(gè)月。

視頻傳輸

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

人臉識(shí)別

人臉識(shí)別是人工智能一個(gè)典型的應(yīng)用，它基于深度學(xué)習(xí)算法，通過(guò)對(duì)大量人臉圖片的學(xué)習(xí)之后獲得識(shí)別人臉信息的能力，能提供人臉1∶1的比對(duì)、人臉1∶N的識(shí)別、活體檢測(cè)以及人臉關(guān)鍵點(diǎn)提取等功能。目前國(guó)內(nèi)有不少企業(yè)從事人臉識(shí)別技術(shù)的開(kāi)發(fā)，譬如商湯科技、曠世科技、?？低暤?。君望公司以國(guó)內(nèi)知名企業(yè)的成熟人臉識(shí)別算法為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出適用于安防行業(yè)的人臉識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要功能如下：支持在線和離線人臉識(shí)別功能，在網(wǎng)絡(luò)正常情況下，機(jī)器人進(jìn)行本地人臉數(shù)據(jù)庫(kù)以及后臺(tái)人臉數(shù)據(jù)庫(kù)的雙重搜索比對(duì);在斷網(wǎng)情況下，機(jī)器人支持本地人臉數(shù)據(jù)庫(kù)的搜索比對(duì);支持黑白名單庫(kù)功能，機(jī)器人可配置不同的名單庫(kù)，對(duì)不同名單庫(kù)的人，機(jī)器人可配置不同的聲音、燈光的提示;人臉識(shí)別之后，可以把人臉圖片、發(fā)現(xiàn)時(shí)間和發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中和發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器上。

語(yǔ)音識(shí)別

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)解決的是機(jī)器人能理解人類(lèi)的語(yǔ)音，能與人類(lèi)直接進(jìn)行語(yǔ)言溝通的問(wèn)題。君望安防巡檢機(jī)器人采用了科大訊飛公司成熟的語(yǔ)音模塊，能較好地支持中文交流。

氣體檢測(cè)

根據(jù)不同的安防需求，君望安防巡檢機(jī)器人可搭載不同的氣體傳感器，用于對(duì)危險(xiǎn)氣體的檢測(cè)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(jī)器人應(yīng)用實(shí)例

項(xiàng)目背景

通過(guò)科技信息化建設(shè)的推進(jìn)，沈鐵公安局現(xiàn)有車(chē)站已經(jīng)有了較完備的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、一鍵報(bào)警系統(tǒng)及人臉識(shí)別系統(tǒng)。但在實(shí)際應(yīng)用中，這些系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：一、視頻監(jiān)控覆蓋不全，工作中民警通過(guò)監(jiān)控進(jìn)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(wú)法有效監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)警情后不能直接遠(yuǎn)程喊話處警;二、一鍵報(bào)警點(diǎn)數(shù)量不足，標(biāo)志不明顯，旅客有時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)一鍵報(bào)警點(diǎn)并報(bào)警求助;三、在進(jìn)站卡口處的人臉識(shí)別攝像頭受角度、位置、識(shí)別率及抓取人臉的實(shí)時(shí)狀態(tài)限制，人臉識(shí)別比對(duì)率還有待提升;四、客運(yùn)咨詢服務(wù)點(diǎn)較少，客流量較大時(shí)，受理旅客的咨詢求助能力需要加強(qiáng)。

為適應(yīng)高鐵安全形勢(shì)，打造高鐵精品線，沈鐵公安局認(rèn)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(jī)器換人力、以智能增效能”的設(shè)計(jì)思路，探索研發(fā)車(chē)站智能安防巡視機(jī)器人。此款機(jī)器人以解決公共區(qū)域安防巡檢服務(wù)為目標(biāo)，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(wú)人值守情況下自主移動(dòng)巡檢、主動(dòng)避障、自動(dòng)充電等，具有對(duì)環(huán)境、設(shè)備、人、物進(jìn)行有效識(shí)別和分析，對(duì)異常情況自動(dòng)報(bào)警的功能。

項(xiàng)目需求

車(chē)站安防巡檢機(jī)器人，主要工作在高鐵車(chē)站侯車(chē)室、站前廣場(chǎng)及旅客出站通道等人流密集區(qū)域，可通過(guò)激光雷達(dá)、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(xiàng)目背景中提出的問(wèn)題，還應(yīng)具備以下四項(xiàng)功能：一、人臉布控查緝，可高效實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別自動(dòng)報(bào)警功能，對(duì)重點(diǎn)人員進(jìn)行人臉布控和后臺(tái)實(shí)時(shí)報(bào)警，在巡視中實(shí)時(shí)進(jìn)行人臉查緝;二、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，警務(wù)人員可通過(guò)機(jī)器人配備的多個(gè)高清攝像頭，實(shí)現(xiàn)360度晝夜全景無(wú)死角監(jiān)控，對(duì)巡訪區(qū)域?qū)崟r(shí)移動(dòng)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)警情可直接語(yǔ)音通知處警并跟蹤處警;三、受理報(bào)警求助，旅客在遇到需要警務(wù)求助時(shí)可通過(guò)機(jī)器人一鍵呼叫警務(wù)服務(wù)，警務(wù)后臺(tái)接受報(bào)警求助并迅速?zèng)Q策處置;四、客運(yùn)咨詢服務(wù)，機(jī)器人可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別及面板操作識(shí)別旅客的常用咨詢，并通過(guò)語(yǔ)音及圖像展示。

技術(shù)方案

系統(tǒng)架構(gòu)

圖2是以沈陽(yáng)高鐵站為試點(diǎn)的安防機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)在機(jī)房部署一臺(tái)后臺(tái)服務(wù)器，運(yùn)行機(jī)器人管理平臺(tái)，用戶可通過(guò)智能手機(jī)或者平板訪問(wèn)機(jī)器人管理平臺(tái)，也可以通過(guò)監(jiān)控室的工作站電腦訪問(wèn)該管理平臺(tái)。機(jī)器人管理平臺(tái)把機(jī)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(jī)器人通過(guò)WiFi和機(jī)器人管理平臺(tái)進(jìn)行通訊。

外觀結(jié)構(gòu)

外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以功能優(yōu)先、兼顧美觀為原則，設(shè)計(jì)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(gè)功能模塊：一、前端人臉識(shí)別功能，在機(jī)器人里面保存重點(diǎn)人員的信息，支持快速的前端人臉識(shí)別功能，支持多種重點(diǎn)人員名單庫(kù)功能，機(jī)器人可配置不同的名單庫(kù)，對(duì)名單庫(kù)里不同的人，機(jī)器人可配置不同的聲音、燈光的提示和后臺(tái)網(wǎng)頁(yè)彈窗提示。二、批量重點(diǎn)人員名單布控功能，可通過(guò)瀏覽器客戶端批量布控重點(diǎn)人員名單，支持通過(guò)excel輸入人名和身份證號(hào)碼，批量導(dǎo)入重點(diǎn)人員圖片。三、重點(diǎn)人員預(yù)警功能，當(dāng)機(jī)器人發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)人員，機(jī)器人把人員信息、人臉圖片、發(fā)現(xiàn)時(shí)間和發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)服務(wù)器會(huì)通過(guò)聲音和彈窗提示監(jiān)控人員去進(jìn)行布控處理。四、人臉識(shí)別歷史查詢功能，可通過(guò)輸入姓名、名單類(lèi)型、開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間查詢出需要的結(jié)果，可查看人臉識(shí)別的時(shí)間、地點(diǎn)、人臉圖片以及識(shí)別結(jié)果。

動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控

動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控是機(jī)器人自主導(dǎo)航與視頻監(jiān)控技術(shù)的結(jié)合。機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中根據(jù)位置估計(jì)和地圖進(jìn)行自身定位，同時(shí)在自身定位的基礎(chǔ)上建造增量式地圖，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主定位和導(dǎo)航。在機(jī)器人具備自主定位的條件下，能夠?qū)C(jī)器人周?chē)奈恢眯畔⒈４嫦聛?lái)，形成一張地圖。通過(guò)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(shí)現(xiàn)地圖的掃描構(gòu)建以及獲取機(jī)器人在地圖中的相對(duì)位置信息。

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

機(jī)器人配置了前、后、左、右四個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭和頂部的人臉識(shí)別攝像頭?？赏ㄟ^(guò)瀏覽器實(shí)時(shí)查看可見(jiàn)光攝像頭的視頻監(jiān)控畫(huà)面，并且實(shí)時(shí)查看機(jī)器人所在地圖位置。在實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控畫(huà)面頁(yè)面，可同時(shí)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)控制。

機(jī)器人可存儲(chǔ)監(jiān)控視頻，在網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)情況下也支持歷史視頻存儲(chǔ)，默認(rèn)可以存儲(chǔ)4周的歷史視頻。根據(jù)選中的機(jī)器人和時(shí)間參數(shù)查詢?cè)摃r(shí)間段內(nèi)的歷史視頻，點(diǎn)擊選中對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)可以跳轉(zhuǎn)查看回放視頻。機(jī)器人保存的歷史視頻，可自動(dòng)上傳到后臺(tái)服務(wù)器保存。

受理報(bào)警求助

旅客可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別或者按下急停報(bào)警按鈕，跟派出所值班室進(jìn)行遠(yuǎn)程語(yǔ)音對(duì)話，值班室警察可以查看旅客現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫(huà)面和實(shí)時(shí)位置，并協(xié)助旅客解決問(wèn)題。

客運(yùn)咨詢服務(wù)

機(jī)器人可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別及面板操作識(shí)別旅客的常用咨詢，并通過(guò)語(yǔ)音及圖像進(jìn)行展示?？刹樵兎?wù)臺(tái)、車(chē)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(chē)站位置信息。

主要性能指標(biāo)

項(xiàng)目成果

如圖7所示，君望安防巡檢機(jī)器人自2018年6月啟用，通過(guò)人臉識(shí)別系統(tǒng)形成的閉環(huán)式智能化系統(tǒng)，全面提升了沈陽(yáng)高鐵站治安防控體系實(shí)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(diǎn)人500余次。特別是為旅客提供了便利的報(bào)警求助方式，很受歡迎，先后接受報(bào)警求助300余次，給旅客解決實(shí)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(xiàng)目拓展

車(chē)站智能巡視機(jī)器人在車(chē)站推廣后，還可以進(jìn)行以下功能擴(kuò)展，以提高機(jī)器人的安防能力。

危險(xiǎn)氣體探測(cè)與報(bào)警

在機(jī)器人身上配置危險(xiǎn)氣體檢測(cè)設(shè)備，當(dāng)檢測(cè)到危險(xiǎn)氣體的時(shí)候，會(huì)發(fā)出危險(xiǎn)氣體警報(bào)，獲取危險(xiǎn)氣體的實(shí)時(shí)位置，并將此信息發(fā)送至公安值班室。

紅外熱成像

在機(jī)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(guò)紅外熱成像發(fā)現(xiàn)暗處的異常情況，通知公安值班室進(jìn)行異常排查。

行為分析

在車(chē)站范圍對(duì)人流進(jìn)行行為分析，識(shí)別臥倒、打架等異常行為，并通知值班警察及時(shí)處理。

應(yīng)用前景

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