君望安防巡检机器人：为出行安全保驾护航

杨海

近年来，随着人们对公共安全意识的进一步提升以及人力资源成本的逐步提高，使用机器人与安防设备的结合来协助人在高危场所和复杂环境中进行作业逐渐成为未来的发展趋势。而科学技术的发展与进步让安防巡检机器人具备了更多的功能，解决安防领域问题的能力也越来越强，为传统的安防行业带来了极大的改变。

安全是人们最根本的需要之一。随着中国社会经济的快速发展，越来越多的人力和物力被投入到与安全相关的事业中，用以保障人们的生活和生产安全。据不完全统计，截止到目前，中国已经有超过4000家与安保行业相关的企业，从事安保的人员也超过了450万人，但与日益增长的安保需求相比仍显不足。由于安保人员从事的工作技术含量不高，报酬与付出不成比例，年轻人大多不愿从事该行业，导致安保行业的从业人员老龄化现象越来越严重，40岁以上从业人员占总从业人数的55%以上，安保行业面临严峻的人员断层形势。随着科技的发展，越来越多的新技术也被应用于安保行业，产生了很多安防产品，但这些安防产品都存在一定的不足。其一是虽然种类多但功能单一，缺乏灵活性，难以满足多维度的安防要求;其二是现有的安防产品大多不具备对安防监控中出现的状况进行智能处理的能力，可能还需要配备大量的安保人员进行人工处理。针对上述状况，安防行业迫切需要一种全新的智能设备，它需要具有较为全面的功能，能够执行较为复杂的安保任务，克服一般安防产品功能单一的问题。能全部或者部分取代人工，缓解安防行业人员短缺的问题，降低安保成本，提高安保效率，安防巡檢机器人就是一种比较好的选择。

安防巡检机器人是一种技术密集型的安防产品，涉及机械、电子和软件等众多学科，按照使用范围，可将它涉及的技术分为通用技术模块和特定技术模块两类。第一类是通用技术模块，主要包括机械底盘、电池、自主导航、自主充电等技术模块，几乎所有的安防巡检机器人都会涉及到该类技术，通用技术模块构成了安防巡检机器人一个最基本的平台。第二类是特定技术模块，主要包括视频监控、视频传输、人脸识别、语音识别、气体检测、机械手等多种技术模块，但这些技术模块安防巡检机器人不一定会全部用到。在通用技术模块搭建的基础平台上，添加一项或多项特定技术模块，就可构成形式多样、功能复杂的安防机器人，以满足不同的安防需求。君望安防巡检机器人以通用技术模块构建了基础平台，然后搭载了视频监控、视频传输、人脸识别、语音识别、气体检测等特定技术模块，构成了一个功能复杂、高度智能化的安防产品，下文将对它所涉及到的技术模块做一个简单的介绍。

君望安防巡检机器人技术模块简介

机械底盘

君望安防巡检机器人采用的是倒三角轮式差速底盘，如图1所示。该款底盘是完全自主设计的，具有结构简单、性能稳定、动力强劲以及适应性强的特点，比较适合路况复杂但没有较大坡度的场景使用。

电池

君望安防巡检机器人配备了60Ah的大容量锂电池，可保证整个机器人系统连续工作8小时以上。此外，为了保证锂电池的充放电都在一个适宜的环境温度，君望公司为电池研发了温控系统，保证锂电池在零下20℃都能正常地充放电。

自主导航

自主导航是移动机器人核心技术之一，主要解决机器人在陌生环境中建立地图、自我定位、路径规划以及避障的问题，是安防巡检机器人能得以实用的关键性技术。君望安防巡检机器人采用基于激光雷达和深度摄像头的SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）技术，即同步定位与构图技术，同时融合了GPS、惯性导航、超声波测距等辅助技术，具备在大场景的条件下进行自主建图、自主定位、路径规划和自动避障的功能。

自主充电

自主充电是指当机器人的电量低于某一设定值时，能自动前往充电桩进行对接充电。君望公司首创了机器人大电流充电技术，充电电流最高可达100A，是一般充电电流的10倍，大幅缩减了机器人的充电时间，提高了使用率。该技术的核心部分为五自由度误差自动补偿悬挂系统，该系统能自动适应机器人导航系统带来的定位偏差（一般为±2.5cm），保证机器人的电极和充电桩的电极能严丝合缝地对接，增大了电极间的接触面积，减小了电极间的接触电阻，大大减小了大电流通过电极时的发热量。

视频监控

视频监控是安防巡检机器人最主要的功能之一。君望安防巡检机器人可搭载多个红外网络摄像头和一个顶部云台摄像头，实现360度无死角监控。此外，君望安防巡检机器人还配备了4T的硬盘，可连续保存视频一个月。

视频传输

君望安防巡检机器人的监控视频除了保存在本地以外，还可通过网络传输到后台。

人脸识别

人脸识别是人工智能一个典型的应用，它基于深度学习算法，通过对大量人脸图片的学习之后获得识别人脸信息的能力，能提供人脸1∶1的比对、人脸1∶N的识别、活体检测以及人脸关键点提取等功能。目前国内有不少企业从事人脸识别技术的开发，譬如商汤科技、旷世科技、海康威视等。君望公司以国内知名企业的成熟人脸识别算法为基础，开发出适用于安防行业的人脸识别系统。该系统主要功能如下：支持在线和离线人脸识别功能，在网络正常情况下，机器人进行本地人脸数据库以及后台人脸数据库的双重搜索比对;在断网情况下，机器人支持本地人脸数据库的搜索比对;支持黑白名单库功能，机器人可配置不同的名单库，对不同名单库的人，机器人可配置不同的声音、灯光的提示;人脸识别之后，可以把人脸图片、发现时间和发现地点保存在数据库中和发送到后台服务器上。

语音识别

语音识别技术解决的是机器人能理解人类的语音，能与人类直接进行语言沟通的问题。君望安防巡检机器人采用了科大讯飞公司成熟的语音模块，能较好地支持中文交流。

气体检测

根据不同的安防需求，君望安防巡检机器人可搭载不同的气体传感器，用于对危险气体的检测和预警。一般有二氧化硫、氯气、芥子气、一氧化碳等。

君望安防巡检机器人应用实例

项目背景

通过科技信息化建设的推进，沈铁公安局现有车站已经有了较完备的视频监控系统、一键报警系统及人脸识别系统。但在实际应用中，这些系统存在以下问题：一、视频监控覆盖不全，工作中民警通过监控进行视频巡查，发现有些部位监控不能覆盖，或因摄像头位置、角度、距离等原因无法有效监测，发现警情后不能直接遠程喊话处警;二、一键报警点数量不足，标志不明显，旅客有时不能及时发现一键报警点并报警求助;三、在进站卡口处的人脸识别摄像头受角度、位置、识别率及抓取人脸的实时状态限制，人脸识别比对率还有待提升;四、客运咨询服务点较少，客流量较大时，受理旅客的咨询求助能力需要加强。

为适应高铁安全形势，打造高铁精品线，沈铁公安局认真贯彻铁路公安局“三化”建设总体部署，按照“以科技保安全、以机器换人力、以智能增效能”的设计思路，探索研发车站智能安防巡视机器人。此款机器人以解决公共区域安防巡检服务为目标，集众多前沿科技于一体，拥有高智能化的自我管理能力，能在无人值守情况下自主移动巡检、主动避障、自动充电等，具有对环境、设备、人、物进行有效识别和分析，对异常情况自动报警的功能。

项目需求

车站安防巡检机器人，主要工作在高铁车站侯车室、站前广场及旅客出站通道等人流密集区域，可通过激光雷达、深度摄像头自主导航定位，按设定好的地图及线路全天侯自主巡视。为了有效解决项目背景中提出的问题，还应具备以下四项功能：一、人脸布控查缉，可高效实现人脸识别自动报警功能，对重点人员进行人脸布控和后台实时报警，在巡视中实时进行人脸查缉;二、动态实时监测，警务人员可通过机器人配备的多个高清摄像头，实现360度昼夜全景无死角监控，对巡访区域实时移动监控，发现警情可直接语音通知处警并跟踪处警;三、受理报警求助，旅客在遇到需要警务求助时可通过机器人一键呼叫警务服务，警务后台接受报警求助并迅速决策处置;四、客运咨询服务，机器人可通过语音识别及面板操作识别旅客的常用咨询，并通过语音及图像展示。

技术方案

系统架构

图2是以沈阳高铁站为试点的安防机器人系统架构。该系统在机房部署一台后台服务器，运行机器人管理平台，用户可通过智能手机或者平板访问机器人管理平台，也可以通过监控室的工作站电脑访问该管理平台。机器人管理平台把机器人采集的人脸图片和监控视频定期发送给铁路公安局的数据中心。各安防巡检机器人通过WiFi和机器人管理平台进行通讯。

外观结构

外观结构设计以功能优先、兼顾美观为原则，设计的外观如图3所示。

人脸布控查缉

人脸布控查缉划分为四个功能模块：一、前端人脸识别功能，在机器人里面保存重点人员的信息，支持快速的前端人脸识别功能，支持多种重点人员名单库功能，机器人可配置不同的名单库，对名单库里不同的人，机器人可配置不同的声音、灯光的提示和后台网页弹窗提示。二、批量重点人员名单布控功能，可通过浏览器客户端批量布控重点人员名单，支持通过excel输入人名和身份证号码，批量导入重点人员图片。三、重点人员预警功能，当机器人发现重点人员，机器人把人员信息、人脸图片、发现时间和发现地点发送到后台服务器，后台服务器会通过声音和弹窗提示监控人员去进行布控处理。四、人脸识别历史查询功能，可通过输入姓名、名单类型、开始时间和结束时间查询出需要的结果，可查看人脸识别的时间、地点、人脸图片以及识别结果。

动态实时监控

动态实时监控是机器人自主导航与视频监控技术的结合。机器人在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。在机器人具备自主定位的条件下，能够将机器人周围的位置信息保存下来，形成一张地图。通过激光传感器、深度摄像头、超声波传感器等参数信息，可以实现地图的扫描构建以及获取机器人在地图中的相对位置信息。

通过一个机器人构建地图之后，能够对地图进行编辑，进行区域划分显示、巡逻路径设置，以及导航点设置。还可以把同一张地图传到不同的机器人，实现机器人的智能调度功能。可对机器人进行调度任务管理，支持以下功能：一、手动控制模式，手动控制机器人前进、后退、左转或者右转，也可手动控制机器人沿着设定的路径巡逻或者到达设定导航点;二、自动控制模式，设定机器人在设定时间和设定路径重复巡逻。

机器人配置了前、后、左、右四个监控摄像头和顶部的人脸识别摄像头。可通过浏览器实时查看可见光摄像头的视频监控画面，并且实时查看机器人所在地图位置。在实时视频监控画面页面，可同时对机器人进行手动控制。

机器人可存储监控视频，在网络断开情况下也支持历史视频存储，默认可以存储4周的历史视频。根据选中的机器人和时间参数查询该时间段内的历史视频，点击选中对应的时间点可以跳转查看回放视频。机器人保存的历史视频，可自动上传到后台服务器保存。

受理报警求助

旅客可通过语音识别或者按下急停报警按钮，跟派出所值班室进行远程语音对话，值班室警察可以查看旅客现场实时画面和实时位置，并协助旅客解决问题。

客运咨询服务

机器人可通过语音识别及面板操作识别旅客的常用咨询，并通过语音及图像进行展示。可查询服务台、车次显示大屏、公安值班室、餐馆、卫生间、茶水间、寄存处等重要车站位置信息。

主要性能指标

项目成果

如图7所示，君望安防巡检机器人自2018年6月启用，通过人脸识别系统形成的闭环式智能化系统，全面提升了沈阳高铁站治安防控体系实战能力，取得了一系列成果。比如抓获网上逃犯11名，拦截讨要人员100余人次，发现携带汽油、易造祸精神病人、刑嫌等重点人500余次。特别是为旅客提供了便利的报警求助方式，很受欢迎，先后接受报警求助300余次，给旅客解决实际困难163件，即节约了警力，又大大提升了服务能力与效率。

项目拓展

车站智能巡视机器人在车站推广后，还可以进行以下功能扩展，以提高机器人的安防能力。

危险气体探测与报警

在机器人身上配置危险气体检测设备，当检测到危险气体的时候，会发出危险气体警报，获取危险气体的实时位置，并将此信息发送至公安值班室。

红外热成像

在机器人身上配置红外热成像摄像头，用以发现和锁定温度异常的携带物，确保旅客安全。也可通过红外热成像发现暗处的异常情况，通知公安值班室进行异常排查。

行为分析

在车站范围对人流进行行为分析，识别卧倒、打架等异常行为，并通知值班警察及时处理。

应用前景

在上文中，我们对安防巡检机器人的关键技术和应用实例进行了简要的介绍。随着3D激光SLAM技术的出现、人脸识别和语音识别等技术的提高，安防巡检机器人应对复杂环境的能力越来越强，其解决安防领域问题的能力也越来越强，必然会为安防领域带来翻天覆地的变化，成为一个革命性的产品。君望机器人公司一直致力于安防巡检机器人的研发，相信在不久的将来能为中国安防事业作出突出的贡献。