葛耿育

摘要：作為機器人的重要應用領域之一，安防巡邏領域目前剛開始研發(fā)應用，本文分析了國內外安防巡邏機器人的研究現狀，討論了多種核心技術的內容，給出了研究存在的問題，展望了未來的發(fā)展方向。

關鍵詞：安防；巡邏；機器人

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）12-0178-02

Abstract：As one of the important application field of robot， security patrol area has just started to develop application at present.This paper analyzes the security patrol robot research status， discusses the variety of the content of the core technology， presents the problems existing in the study and prospects the development direction of the future.

Key words： security； patrol； robot

1 引言

我國是世界上人口第一大國，隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市人口越來越多，因此維護城市公共安全是對市民正常生活的一個重要保障，特別是公共場所如城市商業(yè)廣場、汽車站、火車站、機場附近以及學校等。自從近年來新疆打砸搶燒事件、昆明火車站暴恐事件、湖南校園群毆事件、湖北十堰市一小學持刀砍人等一系列事件的發(fā)生，城市安全特別是公共場所的安全問題成為社會關注的焦點之一，因此城市安全防范力度需要很大程度上的提高。國家雖然在公共場所的安防監(jiān)控做了較大的改善工作，公共場所配備交巡警進行安防工作，然而依然存在以下幾個問題：

1）監(jiān)控設備的位置固定，因此有監(jiān)控死角，還有無法對某處場景做到可調整距離或者清晰度的視頻監(jiān)控。

2）監(jiān)控設備無法發(fā)出警示聲音或者標識，給予潛在的犯罪事故警示和威懾。

3）交巡警車輛較大，有些場所如火車站、汽車站內進不去；并且在校園、城市廣場等地影響正常的學習或商業(yè)辦公工作。

4）缺乏知識的老人或者小孩在遇到緊急情況時沒有報警設備或者忘記相應的報警電話，如火警、匪警、醫(yī)療急救、交通事故等相關的號碼。

2 國內外研究現狀

2.1國外研究現狀

美國硅谷的機器人安保公司Knightscope研發(fā)和生產了K1、K3、K5和K7系列安防機器人如圖1所示，K1主要用于各種車站場所、K3用于室內、K5用于室外、K7用于多種復雜地形，其中K5系列已經和16個國家簽約使用，該機器人擁有GPS定位、激光掃描、沿指定線路巡邏或者任意自主行走和熱感應等多項功能，并配備有監(jiān)控攝像機、感應器、氣味探測器和熱成像系統，連接手機可進行數據傳送[1]。

新加坡公司Otsaw Digital將安防機器人和偵查無人機有機的整合在一起，所研發(fā)設計的O-R3是全球首款偵查范圍覆蓋地面和空中的室外安防機器人，如圖2所示，配備了深度學習算法，不僅能夠動態(tài)的躲避障礙物來識別無人看管的背包等異常物體。該系統同時具備面部識別和車牌識別系統，能夠用于識別人物和車輛。O-R3機器人的無人機能夠巡視100米范圍，能夠實現全天候的監(jiān)控，從而減少人類安保人員的需求。當車輛處于低電狀態(tài)的時候能夠自動到達就近的充電樁進行充電。O-R3機器人的所有警報都會發(fā)送給控制中心，而人類團隊將會監(jiān)控這些數據甚至在有必要的時候完全接管O-R3。

圖3所示為韓國京畿大學的Lee Baik-Chu教授團隊所研發(fā)設計的Robo-Guard安防機器人應用于韓國浦項市東邊的一家監(jiān)獄。該機器人擁有1.5m左右的高度，四輪驅動，具有多個攝像頭和其他傳感器，可協同守衛(wèi)獄警檢測犯人具有潛在危險的異常舉動，如暴力或者自殺行為等。

2.2 國內研究現狀

國防科學技術大學聯手萬為智能機器人技術有限公司研發(fā)的集安防和服務于一體的安防巡邏機器人“AnBot”如圖4所示，已經在國防科大營區(qū)、長沙市博物館、中國工商銀行銀河支行、深圳寶安機場等場所試用，并以其出色表現獲得用戶一致好評。該機器人高1.49m、重78KG、腰圍直徑0.8m、巡邏時速1Km/h、最大行走速度18Km/h、續(xù)航時間達8小時，電量不足時可自主尋找附近充電樁進行自主充電。綜合了UWB無線定位技術、激光雷達SLAM技術、視覺定位技術、多傳感器融合技術、運動控制模型與驅動、人工智能主控大腦、自組織網絡以及智能視頻分析與學習等先進技術，具有自主巡邏、智能監(jiān)控探測、遙控制暴、聲光報警、身份識別、自主充電等多種功能。

在天津濱海新區(qū)爆炸事故之后，萬科建筑研究中心于2015年底對外發(fā)布代號為“VX-1”（中文名稱：悟空一號）的巡邏機器人如圖5所示，具有無線通訊、磁導航、視覺導航、車牌識別室內室外巡邏、360度全方位監(jiān)控、問路引路、垃圾巡檢、行人檢測、熱成像顯示和人臉識別等多種功能，主要用于居民社區(qū)和公共場所提供安全保障。

中智科創(chuàng)機器人有限公司和香港中文大學技術團隊合作研發(fā)的安防巡邏機器人如圖6所示，在國內首次提出“機器人+安保”的“動靜結合”的立體化安防理念，目前已應用到華為坂田工業(yè)園等場景。機器人可沿預先設定好的路徑自主行走，并在指定的地點停留執(zhí)行查看、檢測等任務，數據自動上傳后臺管理云平臺歸檔和分析，在發(fā)現異常時及時自動報警，無須人工干涉；搭載360度全景高清紅外一體夜視云臺攝像機，可在復雜環(huán)境下提供監(jiān)控畫面，搭載拾音器可收集現場聲音，供后臺監(jiān)控人員參考；搭載多種氣體傳感器等實時監(jiān)控空氣質量；集成模式識別算法及人工智能，實現人臉識別、車牌識別、異常聲音分析、行為分析等智能分析軟件；支持聲光報警、一鍵SOS報警、雙向語音對講，前后臺互動等技術支持[2-4]。圖7所示為該公司的安保服務機器人，除了多數同類機器人安防功能外，增加了語音交互、自主打印等服務機器人的功能。

3 研究方法

對于安防巡邏機器人的研究而言，有多個技術研究方向，如：機械結構、機器人的定位與導航、目標檢測、識別和跟蹤、多傳感器信息融合、無線通信網絡、電源供應、人機交互、運動控制、多機協作等。

1） 機械結構。作為移動機器人平臺所研究的重要方向，機器人移動平臺選擇輪式、履帶式、腿式結構或復合結構等需要根據實際應用場景而定。若應用場景為平坦地面，則輪式結構效率最高、功耗最低、控制較為簡單。若應用場景為臺階或者粗糙地面，則需要考慮腿式、履帶式、輪履切換式等復合結構。

2） 定位與導航。常用的移動機器人導航定位方法有電磁循跡、紅外光電循跡、衛(wèi)星導航定位、激光雷達導航定位、視覺導航等方法。光電和電磁循跡方法簡單可靠，但行走路線受到限制，較為固定和單一。衛(wèi)星定位作為室外定位和導航常用方法，可以連續(xù)實時提供絕對的經緯度參數信息，卻容易受到建筑物或者山體等遮擋信號。激光雷達導航具有定位精度高、受干擾小等優(yōu)點，但高精度的設備成本較高。目前最合適的解決方法是多種導航定位方法融合使用，根據環(huán)境和場景決定切換到某種方式。

3） 目標檢測、識別和跟蹤。傳統的安防監(jiān)控系統多為靜態(tài)的固定位置攝像頭采集圖像信息，而安防巡邏機器人能夠動態(tài)的采集到多個位置的圖像視頻，涉及運動檢測、特征提取、人臉識別、目標跟蹤等圖像處理領域的技術和方法[5-8]。

4） 無線通信網絡。機器人在前端現場采集到多種傳感器的參數數據、圖像視頻、音頻等，需要將數據傳給遠程后臺，同時后臺需要發(fā)布一些指令給機器人進行實時調整工作方式，因而需要多通道的無線傳輸技術。常用電信網絡的4G或5G網絡、全域覆蓋的WiFi節(jié)點等方式[9]。

4 存在的問題

針對上節(jié)內容研究方法和內容所述，目前安防巡邏機器人的研究和應用也存在一定的問題需要解決。

1） 室外導航用的GPS等方式在室內或者建筑物大廳內信號較弱或者無信號時怎么定位機器人的位置，如何切換到室內定位和導航技術方式。

2） 對于一些非平地路面的輪式移動結構平臺，遇到復雜路面或者臺階等，如何實現越障功能。

3） 對于行人或者突發(fā)狀態(tài)中如何識別出圖像中的異常狀態(tài)。

4） 多個同類型的安防機器人、安防機器人與無人機以及安防機器人與安保人員之間如何實現協同工作等。

5 展望

隨著安防巡邏機器人技術的研究和發(fā)展，未來將實現自主化和智能化的運作方式，協同現有的安防監(jiān)控系統，解決公共場所的安全隱患、巡邏監(jiān)控和災情預警等工作，減少安全事故的發(fā)生，減少人民的生命財產的損失，為公共安全領域做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1] Knightscopes K5 Robot Stops Crime Before it Happens[J] . Wiltz，Chris. Design News . 2015 （3）

[2] 劉康軒. 安防巡邏機器人設計研究[D].北京郵電大學，2017.

[3] 李坤. 安防巡邏機器人控制系統平臺的應用研究[D].華北電力大學（北京），2016.

[4] 黃鵬臻. 安防機器人軟件系統設計[D].電子科技大學，2016.

[5] Wang Wei ，Wu Shilin ，Zhu Peihua，et al.Design and experimental study of a new thrown robot based on flexible structure[J].Industrial Robot： An International Journal，2015（5）.

[6] 梅濤，陳劍，陳宏炬，等.安防機器人關鍵技術與產業(yè)化前景[J].高科技與產業(yè)化，2016（5）：51-55.

[7] Real-time video stabilization without phantom movements for micro aerial vehicles[J].Wilbert G Aguilar，CecilioAngulo. EURASIP Journal on Image and Video Processing，2014（1）.

[8] Improving Video Stabilization Using Multi-Resolution MSER Features[J].Manish Okade，Prabir Kumar Biswas.IETE Journal of Research，2014（5）.

[9] An auction behavior-based robotic architecture for service robotics[J].Bradford A. Towle，MonicaNicolescu. Intelligent Service Robotics，2014（3）.