室外巡逻机器人巡检系统的研究

文｜武汉虹信技术服务有限责任公司 黄晓艳 夏轩

自1962年，第一台商用机器人“Verstran”诞生以来[1]，机器人的发展可以分为三个阶段：第一代机器人只能根据事先编好的程序来工作，这类机器人普遍用在制造业领域来替代工人进行重复性体力劳动；第二代机器人相比第一代机器人，拥有了一定的感知能力，并能根据外界的信息来做出简单的判断和相应的反馈；伴随着人工智能技术的长足发展，以及摩尔定律下芯片技术的不断进步，第三代机器人实现了从感知到认知、推理、决策的智能化进阶，开始逐渐渗透到社会生产生活的每一个角落[2]。国务院在2006 年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020 年）》以及《“十三五” 国家战略性新兴产业发展规划》，将智能机器人列入前沿技术中的先进制造技术；工信部发布的《关于促进机器人产业健康发展通知》，开拓了工业机器人应用市场，推进了服务机器人试点示范[3]。随着技术的成熟和政策的推广，研究适用于生活生产的服务机器人，解决痛点问题，提高生产效率，是一件值得去做的事情。

1.背景

近年来，人工智能技术在深度学习、感知识别、语义识别等方面都取得了显著进展，传感器和控制器技术，以及材料技术的发展，使得机器人的灵敏度和适应复杂环境的能力得到了很大提高。社会的老龄化趋势以及不断提高的劳动力成本给企业用工和社会发展也带来了严峻挑战，这一点也从侧面催化了服务机器人产业的快速发展[5]。不管是从国家政策考量，还是从行业内生价值---“有效解放生产力，提高效率”出发，服务机器人行业都已经来到了一个极具发展潜力的风口，并且在未来很长一段时间都拥有很大的成长空间。

图1 室外巡逻机器人系统框架

园区作为企业生产的载体，日常安防管理事务繁多，传统的安保人员定时巡逻模式存在较大的管理盲区，人员成本也在逐年提升。针对上述痛点，建设一套室外巡逻机器人+后端管理平台系统，实现智能化园区安防巡逻，既能提升园区形象，也能实现“有效降低人力成本、提高巡逻指挥时效、排查预警安全隐患”等目标。

2.解决方案

2.1 思路和目标

面对园区安防巡逻痛点，在顶层遵循相关政府文件指导思想，依托物联网、大数据、5G、人工智能等技术，建设室外巡逻机器人系统，实现园区形象提升，管理效率提升，降低人力成本等目标。

2.2 整体建设框架

室外巡逻机器人系统分为客户端、服务端、数据传输层和功能模块，其中功能模块分为自动驾驶模块、语音交互模块和数据采集模块。自动驾驶模块包括计算单元（工控机），由激光雷达、毫米波雷达、GPS-RTK、IMU 等组成的导航单元以及底盘控制系统，用于机器人无人驾驶的感知、定位、决策、控制。通过自动驾驶模块，机器人可实现自主导航避障，能够根据用户的指令自动到达指定位置执行任务，自主导航以激光雷达为主，GPS 和多种传感器融合，实现厘米级的精确定位导航。语音交互模块负责语音的采集和播放。数据采集模块包括双光谱云台摄像机、温湿度传感器和其他传感器。上述功能模块部署在机器人上，管理平台和移动端通过服务端和数据传输层与机器人进行数据交互，完成指令下发和数据上传，并在服务端完成数据处理和信息研判。室外巡逻机器人系统框架如图1 所示。

2.3 系统功能设计

面对园区智能化安防的需求，室外巡逻机器人设计有六大功能：安保巡逻，语音播报，远程处置，全景监控，智能检测，监测预警。

（1）安保巡逻

为保证园区安全，室外巡逻机器人必须替代安保人员完成最基本的巡逻工作，室外巡逻机器人采用增量扫图和模块化存储技术，可快速完成约10 万平方米陌生环境的高精度地图构建，并将地图上传保存在服务器，安保人员可在web 端管理平台对地图进行编辑，设置禁行区，虚拟墙，路径点等，通过对路径点的编辑和设置，可指定巡逻路线，设置定时巡逻时间，打造专属巡逻方案，实现园区的智能化安保巡逻。

（2）语音播报

针对公共场所存在的政策宣传、警情通告等需求，室外巡逻机器人通过搭载的高分贝扩音器，可对相关音频信息进行移动式循环播报。

（3）全景监控

室外巡逻机器人搭载双光谱云台摄像头以及前后左右4 路高清夜视摄像头，其中双光谱云台摄像头包含支持高清可见光视频实时回传的可见光模块以及支持热成像视频实时回传的热成像模块，云台支持360 度水平旋转，正负90 度垂直旋转，实现无死角全景监控。在雨雪天气、阴天等不良条件下，双光谱云台摄像头的热成像模块可精确识别监控范围内的人、车等物体，实现对监控区域的全天候巡逻布控，并自动将视频保存在本地服务器，方便回溯查看。

（4）远程处置

室外巡逻机器人搭载360 度全向、远距离拾音器，可实现全方位、高保真的获取当前巡逻环境的声音信息，结合视频数据，帮助用户实现有效监控。通过机器人搭载的高分贝扩音器，安保人员可通过无线音频传输系统，实现与巡逻现场的实时对讲、远程喊话，起到了解现场情况、警告威慑等作用。可在安保人员无法及时到达现场的情况下，对潜在威胁人员起到“主动驱逐”的作用。

（5）智能检测

室外巡逻机器人系统集成人脸算法和行为检测算法。其中人脸识别算法能够在复杂的背景环境中快速识别人脸，为实现目标追踪、快速预警等功能提供信息数据。安保人员可以打造专属的人脸数据库，创建黑、白名单，有效监控环境中的人员状况，及时发现可疑人物、及时预警。行为检测算法可以及时识别巡逻范围内的异常行为并告警，如人员跌倒，打架等，方便安保人员及时处理。

（6）监测预警

室外巡逻机器人搭载热成像摄像头和各类传感器，可检测敏感区域的热源、温湿度、烟雾、有害气体等，针对异常情况，可及时发现及预警，防患灾害于未然，提前消除安全隐患。

除了这六大功能，为了完成日常的室外巡检功能，机器人还有自动避障，自动回充等功能。

3.思考和展望

面对园区、社区、学校等公共场所日趋复杂的环境，传统的“安保人员+固定摄像头”模式存在一定的视野盲区，日益上升的人力成本也不容忽视，针对部分高危行业的巡检需求，机器人更是有着不可替代的作用。随着技术的不断进步，机器人的功能会更丰富，可靠性也会更强大，机器人会在人们的生活中扮演更多角色，助力社会智慧化转型。