文｜武漢虹信技術(shù)服務(wù)有限責(zé)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(fā)展可以分為三個階段：第一代機器人只能根據(jù)事先編好的程序來工作，這類機器人普遍用在制造業(yè)領(lǐng)域來替代工人進(jìn)行重復(fù)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(jù)外界的信息來做出簡單的判斷和相應(yīng)的反饋；伴隨著人工智能技術(shù)的長足發(fā)展，以及摩爾定律下芯片技術(shù)的不斷進(jìn)步，第三代機器人實現(xiàn)了從感知到認(rèn)知、推理、決策的智能化進(jìn)階，開始逐漸滲透到社會生產(chǎn)生活的每一個角落[2]。國務(wù)院在2006 年發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》以及《“十三五” 國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，將智能機器人列入前沿技術(shù)中的先進(jìn)制造技術(shù)；工信部發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展通知》，開拓了工業(yè)機器人應(yīng)用市場，推進(jìn)了服務(wù)機器人試點示范[3]。隨著技術(shù)的成熟和政策的推廣，研究適用于生活生產(chǎn)的服務(wù)機器人，解決痛點問題，提高生產(chǎn)效率，是一件值得去做的事情。

1.背景

近年來，人工智能技術(shù)在深度學(xué)習(xí)、感知識別、語義識別等方面都取得了顯著進(jìn)展，傳感器和控制器技術(shù)，以及材料技術(shù)的發(fā)展，使得機器人的靈敏度和適應(yīng)復(fù)雜環(huán)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(yè)用工和社會發(fā)展也帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這一點也從側(cè)面催化了服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展[5]。不管是從國家政策考量，還是從行業(yè)內(nèi)生價值---“有效解放生產(chǎn)力，提高效率”出發(fā)，服務(wù)機器人行業(yè)都已經(jīng)來到了一個極具發(fā)展?jié)摿Φ娘L(fēng)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(tǒng)框架

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

2.解決方案

2.1 思路和目標(biāo)

面對園區(qū)安防巡邏痛點，在頂層遵循相關(guān)政府文件指導(dǎo)思想，依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等技術(shù)，建設(shè)室外巡邏機器人系統(tǒng)，實現(xiàn)園區(qū)形象提升，管理效率提升，降低人力成本等目標(biāo)。

2.2 整體建設(shè)框架

室外巡邏機器人系統(tǒng)分為客戶端、服務(wù)端、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集模塊。自動駕駛模塊包括計算單元（工控機），由激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、GPS-RTK、IMU 等組成的導(dǎo)航單元以及底盤控制系統(tǒng)，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(xiàn)自主導(dǎo)航避障，能夠根據(jù)用戶的指令自動到達(dá)指定位置執(zhí)行任務(wù)，自主導(dǎo)航以激光雷達(dá)為主，GPS 和多種傳感器融合，實現(xiàn)厘米級的精確定位導(dǎo)航。語音交互模塊負(fù)責(zé)語音的采集和播放。數(shù)據(jù)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(wù)端和數(shù)據(jù)傳輸層與機器人進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，完成指令下發(fā)和數(shù)據(jù)上傳，并在服務(wù)端完成數(shù)據(jù)處理和信息研判。室外巡邏機器人系統(tǒng)框架如圖1 所示。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

面對園區(qū)智能化安防的需求，室外巡邏機器人設(shè)計有六大功能：安保巡邏，語音播報，遠(yuǎn)程處置，全景監(jiān)控，智能檢測，監(jiān)測預(yù)警。

（1）安保巡邏

為保證園區(qū)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(shù)，可快速完成約10 萬平方米陌生環(huán)境的高精度地圖構(gòu)建，并將地圖上傳保存在服務(wù)器，安保人員可在web 端管理平臺對地圖進(jìn)行編輯，設(shè)置禁行區(qū)，虛擬墻，路徑點等，通過對路徑點的編輯和設(shè)置，可指定巡邏路線，設(shè)置定時巡邏時間，打造專屬巡邏方案，實現(xiàn)園區(qū)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(kuò)音器，可對相關(guān)音頻信息進(jìn)行移動式循環(huán)播報。

（3）全景監(jiān)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(zhuǎn)，正負(fù)90 度垂直旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)無死角全景監(jiān)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(jiān)控范圍內(nèi)的人、車等物體，實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域的全天候巡邏布控，并自動將視頻保存在本地服務(wù)器，方便回溯查看。

（4）遠(yuǎn)程處置

室外巡邏機器人搭載360 度全向、遠(yuǎn)距離拾音器，可實現(xiàn)全方位、高保真的獲取當(dāng)前巡邏環(huán)境的聲音信息，結(jié)合視頻數(shù)據(jù)，幫助用戶實現(xiàn)有效監(jiān)控。通過機器人搭載的高分貝擴(kuò)音器，安保人員可通過無線音頻傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)與巡邏現(xiàn)場的實時對講、遠(yuǎn)程喊話，起到了解現(xiàn)場情況、警告威懾等作用?？稍诎脖Ｈ藛T無法及時到達(dá)現(xiàn)場的情況下，對潛在威脅人員起到“主動驅(qū)逐”的作用。

（5）智能檢測

室外巡邏機器人系統(tǒng)集成人臉?biāo)惴ê托袨闄z測算法。其中人臉識別算法能夠在復(fù)雜的背景環(huán)境中快速識別人臉，為實現(xiàn)目標(biāo)追蹤、快速預(yù)警等功能提供信息數(shù)據(jù)。安保人員可以打造專屬的人臉數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建黑、白名單，有效監(jiān)控環(huán)境中的人員狀況，及時發(fā)現(xiàn)可疑人物、及時預(yù)警。行為檢測算法可以及時識別巡邏范圍內(nèi)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(jiān)測預(yù)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(qū)域的熱源、溫濕度、煙霧、有害氣體等，針對異常情況，可及時發(fā)現(xiàn)及預(yù)警，防患災(zāi)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(qū)、社區(qū)、學(xué)校等公共場所日趨復(fù)雜的環(huán)境，傳統(tǒng)的“安保人員+固定攝像頭”模式存在一定的視野盲區(qū)，日益上升的人力成本也不容忽視，針對部分高危行業(yè)的巡檢需求，機器人更是有著不可替代的作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)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(zhuǎn)型。