一种无人安防巡逻系统

1.本发明涉及无人安防巡逻技术领域，具体涉及一种无人安防巡逻系统。


背景技术：

2.随着现代化建设的加速发展，各种大型生活小区和活动场所日益增多，人类活动和物流运输等变得更为复杂。需要大量的人力物力和安保资源，确保这个系统安全运作。
3.目前的安保技术主要以人工巡逻辅助以摄像头监控为主，然而这种方式已不能满足如今大规模复杂环境的安保需求，采用安保机器人代替人类巡逻的安保巡逻自动化系统应运而生。安保巡逻自动化系统不仅可以进一步提高安保系统的稳定性，安全性和实时性，同时可有效节约人力成本，提高园区的科技感。无人驾驶巡逻车作为一种新型安保类机器人能够通过传感器感知环境和本身状态并实现避障，穿梭于熙熙攘攘的人群和各种各样障碍物，完成自主巡逻任务。
4.但目前智能无人驾驶巡逻车彼此之间无法协调，导致巡逻路线单一，巡逻效率低。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种无人安防巡逻系统，用以解决现有技术中存在的智能无人驾驶巡逻车的巡逻路线单一，巡逻效率低的技术问题。
6.第一方面，本发明提供了一种无人安防巡逻系统，包括：任务平台、智慧调度基站以及巡逻车群；
7.所述任务平台用于生成巡逻任务；
8.所述智慧调度基站分别与所述任务平台和所述巡逻车群通讯连接，用于将所述巡逻任务发布至所述巡逻车群；
9.所述巡逻车群包括多个无人安防巡逻小车，所述无人安防巡逻小车用于基于预设的算法计算执行所述巡逻任务所需的巡逻代价，并根据所述巡逻任务生成规划路径；
10.所述智慧调度基站还用于根据所述巡逻代价确定所述巡逻代价最小的目标无人安防巡逻小车，并将所述巡逻任务分发给所述目标无人安防巡逻小车；
11.所述目标无人安防巡逻小车用于根据所述规划路径进行无人安防巡逻。
12.在一些可能的实现方式中，所述目标无人安防巡逻小车包括车体以及安装于所述车体上的自主导航模块、跟踪控制模块以及底盘执行模块；
13.所述自主导航模块用于感知所述车体的运动信息以及所述车体周围的环境信息，并根据所述规划路径、所述运动信息以及所述环境信息生成局部规划路径和位姿信息；
14.所述跟踪控制模块用于根据所述局部规划路径和所述位姿信息生成控制指令；
15.所述底盘执行模块用于执行所述控制指令，以实现所述车体沿所述局部规划路径行驶。
16.在一些可能的实现方式中，所述自主导航模块包括环境感知单元、定位定向单元以及决策规划单元；
17.所述环境感知单元用于实时获取所述车体周围的局部环境地图；
18.所述定位定向单元用于实时采集所述车体的位姿信息；
19.所述决策规划单元用于根据所述规划路径、所述局部环境地图和所述位姿信息，确定所述车体的行驶方向以及所述局部规划路径。
20.在一些可能的实现方式中，所述环境信息包括路宽信息；所述决策规划单元还用于根据所述路宽信息在所述环境局部地图上叠加电子围栏。
21.在一些可能的实现方式中，所述环境感知单元包括至少一个激光雷达传感器、双目摄像头以及环境建模组件；
22.所述激光雷达传感器用于扫描所述车体周围，生成环境点云图像；
23.所述双目摄像头用于获取所述车体周围的局部环境信息；
24.所述环境建模组件用于将所述局部环境信息与所述环境点云图像进行融合，获得融合信息，并根据所述融合信息基于slam算法建立所述局部环境地图。
25.在一些可能的实现方式中，所述定位定向单元包括gnss/ins组合定位设备、gps差分信号接收模块、gps差分信号发送模块和rtk差分基站；
26.所述rtk差分基站用于提供差分信号；
27.所述gps差分信号发送模块用于将所述差分信号发送至所述gps差分信号接收模块；
28.所述gnss/ins组合定位设备用于根据所述差分信号运算获得所述目标无人安防巡逻车的位姿信息。
29.在一些可能的实现方式中，所述自主导航模块还用于检测在所述规划路径上是否有障碍物，当所述障碍物的高度超出所述目标无人安防巡逻小车的最大翻越高度时，所述跟踪控制模块发出绕行指令，指示所述目标无人安防巡逻小车绕行，以避开所述障碍物；当所述障碍物的高度未超出所述目标无人安防巡逻小车的最大翻越高度时，所述跟踪控制模块发出正常行驶指令，指示所述目标无人安防巡逻小车按照所述局部规划路径行驶，以翻越所述障碍物。
30.在一些可能的实现方式中，所述目标无人安防巡逻小车还包括通信模块，所述通信模块用于将所述局部规划路径信息和位姿信息发送至所述智慧调度基站；
31.所述智慧调度基站还用于根据显示请求将所述局部规划路径信息和位姿信息进行显示。
32.在一些可能的实现方式中，所述目标无人安防巡逻小车还包括安装于所述车体上的安保预警模块，所述安保预警模块用于当所述目标无人安防巡逻小车在巡逻过程中出现紧急情况时生成预警信号。
33.在一些可能的实现方式中，所述安保预警模块包括图像采集单元、人脸识别单元以及预警单元；
34.所述图像采集单元用于采集人脸图像；
35.所述人脸识别单元用于将所述人脸图像以及公共安全云端数据库中的犯罪嫌疑人或危险分子的预存人脸图像进行比对，生成相似度；
36.所述预警单元用于当所述相似度大于85％时，生成预警信号；
37.所述智慧调度基站用于根据所述预警信号报警。
38.本发明提出的无人安防巡逻系统中的无人安防巡逻小车基于预设的算法计算执行巡逻任务所需的巡逻代价，并根据巡逻任务生成规划路径，可根据不同的巡逻任务生成不同的规划路径，提高巡逻路线的多样性，提高巡逻效率。进一步地，本发明实施例中的智慧调度基站可根据巡逻代价确定巡逻代价最小的目标无人安防巡逻小车，并将巡逻任务分发给目标无人安防巡逻小车执行巡逻，可降低巡逻代价，进一步提高巡逻效率。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1是本发明实施例提供的无人安防巡逻系统的一个实施例结构示意图；
41.图2是本发明实施例提供的目标无人安防巡逻小车的一个实施例结构示意图；
42.图3是本发明实施例提供的自主导航模块的一个实施例结构示意图；
43.图4是本发明实施例提供的环境感知单元的一个实施例结构示意图；
44.图5是本发明实施例提供的定位定向单元的一个实施例结构示意图；
45.图6是本发明实施例提供的底盘执行模块的另一个实施例结构示意图；
46.图7是本发明实施例提供的安保预警模块的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本发明所公开的原理和特征的最广范围相一致。
49.本发明实施例提供一种无人安防巡逻系统，以下进行详细说明。
50.图1为本发明实施例提供的无人安防巡逻系统的一个实施例示意图，如图1 所示，所述无人安防巡逻系统10包括：任务平台100、智慧调度基站200以及巡逻车群300；
51.任务平台100用于生成巡逻任务；
52.智慧调度基站200分别与任务平台100和巡逻车群300通讯连接，用于将巡逻任务发布至巡逻车群300；
53.巡逻车群300包括多个无人安防巡逻小车310，无人安防巡逻小车310用于基于预设的算法计算执行巡逻任务所需的巡逻代价，并根据巡逻任务生成规划路径；
54.智慧调度基站200还用于根据巡逻代价确定巡逻代价最小的目标无人安防巡逻小车320，并将巡逻任务分发给目标无人安防巡逻小车320；
55.目标无人安防巡逻小车320用于根据规划路径进行无人安防巡逻。
56.本发明实施例提出的无人安防巡逻系统10中的无人安防巡逻小车310基于预设的算法计算执行巡逻任务所需的巡逻代价，并根据巡逻任务生成规划路径，可根据不同的巡逻任务生成不同的规划路径，提高巡逻路线的多样性，提高巡逻效率。进一步地，本发明实施例中的智慧调度基站200可根据巡逻代价确定巡逻代价最小的目标无人安防巡逻小车320，并将巡逻任务分发给目标无人安防巡逻小车320执行巡逻，可降低巡逻代价，进一步提高巡逻效率。
57.需要说明的是：本发明实施例中的任务平台100和智慧调度基站200之间通过以太网通讯连接，智慧调度基站200和巡逻车群300之间通过无线局域网通讯连接。
58.具体地，在本发明的一些实施例中，如图1所示，任务平台100包括管理平台110和使用平台120，管理平台110用于生成调试或管理巡逻任务，使用平台 120用于生成日常巡逻任务。
59.进一步地，为了实现目标无人安防巡逻小车320的无人安防巡逻，如图2 所示，目标无人安防巡逻小车320包括车体321以及安装于车体321上的自主导航模块322、跟踪控制模块323以及底盘执行模块324；
60.自主导航模块322用于感知车体321的运动信息以及车体321周围的环境信息，并根据规划路径、运动信息以及环境信息生成局部规划路径和位姿信息；
61.跟踪控制模块323用于根据局部规划路径和位姿信息生成控制指令；
62.底盘执行模块324用于执行控制指令，以实现车体321沿局部规划路径行驶。
63.需要说明的是：在目标无人安防巡逻小车320执行巡逻任务时，目标无人安防巡逻小车320与巡逻车群300中的其他无人安防巡逻小车310进行实时通信，避免其他无人安防巡逻小车310对目标无人安防巡逻小车320的巡逻任务收到干扰。
64.进一步地，为了提高自主导航模块322的定位精度，在本发明的一些实施例中，如图3所示，自主导航模块322包括环境感知单元3221、定位定向单元3222 以及决策规划单元3223；
65.环境感知单元3221用于实时获取车体321周围的局部环境地图；
66.定位定向单元3222用于实时采集车体321的位姿信息；
67.决策规划单元3223用于根据规划路径、局部环境地图和位姿信息，确定车体321的行驶方向以及局部规划路径。
68.通过规划路径、局部环境地图和位姿信息对局部规划路径进行规划，可提高局部规划路径的精度。
69.具体地，决策规划单元3223使用快速扩展随机树(rapidly exploringrandom tree，rrt)算法根据规划路径、局部环境地图和位姿信息，确定车体321的行驶方向以及局部规划路径，通过上述算法，可提高局部规划路径的生成时间。rrt算法的具体流程在此不做赘述。
70.进一步地，环境信息包括路宽信息；为了提高车体321在行驶过程中的安全性，决策规划单元3223还用于根据路宽信息在环境局部地图上叠加电子围栏。
71.通过在环境地图上叠加电子围栏，可确保规划的局部路径规划中的路径在道路范围内，从而提高车体321行驶的安全性。
72.进一步地，在本发明的一些实施例中，如图4所示，环境感知单元3221包括至少一个激光雷达传感器32211、双目摄像头32212以及环境建模组件32213；
73.激光雷达传感器32211用于扫描车体321周围，生成环境点云图像；
74.双目摄像头32212用于获取车体321周围的局部环境信息；
75.环境建模组件32213用于将局部环境信息与环境点云图像进行融合，获得融合信息，并根据融合信息基于slam算法建立局部环境地图。
76.通过设置至少一个激光雷达传感器32211以及双目摄像头32212感知车体321周围的环境，消除了环境探测盲区，提高建立的局部环境地图的可靠性，进而提高路径规划的合理性。
77.在本发明的一些实施例中，环境感知单元3221包括3个激光雷达传感器 32211。且3个激光雷达传感器32211分别安装于车体321的上方，中前方和中后方。
78.进一步地，在本发明的一些实施例中，如图5所示，定位定向单元3222包括gnss/ins组合定位设备32221、gps差分信号接收模块32222、gps差分信号发送模块32223和rtk差分基站32224；
79.rtk差分基站32224用于提供差分信号；
80.gps差分信号发送模块32222用于将差分信号发送至gps差分信号接收模块32223；
81.gnss/ins组合定位设备32221用于根据差分信号运算获得目标无人安防巡逻车320的位姿信息。
82.通过配置rtk差分基站32224，进一步提高了目标无人安防巡逻车320的定位精度。
83.进一步地，由于目标无人安防巡逻小车320在执行巡逻任务的园区或场所内，地面可能会存在障碍物，因此，为了避免由于障碍物导致目标无人安防巡逻小车320无法顺利执行巡逻任务，在本发明的一些实施例中，自主导航模块 322还用于检测在规划路径上是否有障碍物，当障碍物的高度超出目标无人安防巡逻小车320的最大翻越高度时，跟踪控制模块323发出绕行指令，指示目标无人安防巡逻小车320绕行，以避开障碍物；当障碍物的高度未超出目标无人安防巡逻小车320的最大翻越高度时，跟踪控制模块323发出正常行驶指令，指示目标无人安防巡逻小车320按照局部规划路径行驶，以翻越障碍物。
84.应当理解的是：由于地面可能会存在坑洼，因此，自主导航模块322还用于检测在规划路径上是否有坑洼，当坑洼的深度超出目标无人安防巡逻小车 320的最大翻越深度时，跟踪控制模块323发出绕行指令，指示目标无人安防巡逻小车320绕行，以避开坑洼；当障碍物的深度未超出目标无人安防巡逻小车 320的最大翻越深度时，跟踪控制模块323发出正常行驶指令，指示目标无人安防巡逻小车320按照局部规划路径行驶，以跨越坑洼。
85.应当理解的是：当目标无人安防巡逻小车320翻越障碍物或跨越坑洼后，底盘执行模块324控制车体重新沿局部规划路径行驶。
86.具体地，为了实现目标无人安防巡逻小车320的转向，如图6所示，底盘执行模块324包括第一执行单元3241和第二执行单元3242，且第一执行单元3241 和第二执行单元3242的行进方向相互垂直。
87.进一步地，第一执行单元3241和第二执行单元3242分别为直流无刷伺服电机x和直流无刷伺服电机y，通过跟踪控制模块323调整直流无刷伺服电机x和直流无刷伺服电机y的功率，即可实现目标无人安防巡逻小车320的转向。
88.其中，跟踪控制模块323是fpga可编程控制器。
89.进一步地，为了便于工作人员获取园区内巡逻任务的执行情况，在本发明的一些实施例中，如图2所示，目标无人安防巡逻小车320还包括通信模块325，通信模块325用于将局部规划路径信息和位姿信息发送至智慧调度基站200；
90.智慧调度基站200还用于根据显示请求将局部规划路径信息和位姿信息进行显示。
91.通过上述设置，工作人员可观看智慧调度基站200上显示的局部规划路径信息和位姿信息即可获得巡逻任务的执行情况，便于工作人员对巡逻任务进行调整和追踪。
92.应当理解的是：为了便于掌握园区内所有无人安防巡逻小车310的位置信息，在本发明的一些实施例中，智慧调度基站200还用于获取所有无人安防巡逻小车310的位置信息，并将位置信息进行显示。
93.具体地，本发明实施例中的目标无人安防巡逻小车320执行巡逻任务的具体流程为：
94.(1)无人安防巡逻小车320启动巡逻之前，通过自主导航模块322生成局部规划路径和位姿信息。巡逻过程中，环境感知单元3221进行障碍物检测，若检测到障碍物的信息，则跟踪控制模块323发出停止信号，控制底盘执行模块 324停止工作，进而使直流无刷伺服电机x和直流无刷伺服电机y停止工作，并等待障碍物的清除；若无障碍物信息反馈，则跟踪控制模块323发出行驶信号，控制底盘执行模块324开始工作，使无人安防巡逻小车320开始启动；
95.(2)无人安防巡逻小车320的巡逻开始启动后，环境感知单元3221通过三个激光雷达传感器322211和双目摄像头322212进行实时环境探测，同时定位定向单元3222实时测量目标无人安防巡逻小车320的位姿信息，对目标无人安防巡逻小车320进行辅助定位。跟踪控制模块323调整直流无刷伺服电机x和直流无刷伺服电机y的伺服控制，完成目标无人驾驶巡逻小车320的初始位置和初始位姿调整，使目标无人驾驶巡逻小车320进入自动巡逻模式；
96.(3)目标无人驾驶巡逻小车320处于自动巡逻模式时，环境感知单元3221 通过三个激光雷达传感器32211和双目摄像头32212进行实时环境探测，同时跟踪控制模块323实时检测目标无人驾驶巡逻小车320的速度及加速度数据，并分析速度和加速度，经分析处理后确定目标无人驾驶巡逻小车320所处的实时位置，并将该实时位置与局部规划路径进行比对确定偏移距离，然后跟踪控制模块323根据偏移距离发出调整信号，调整直流无刷伺服电机x和直流无刷伺服电机y的伺服控制，进而使目标无人驾驶巡逻小车320沿着局部规划路径进行巡逻；
97.(4)若在局部规划路径行驶过程中环境感知单元3221中三个激光雷达传感器32211和双目摄像头32212检测到存在障碍物，将障碍物高度反馈给跟踪控制模块323,跟踪控制模块323根据障碍物高度控制目标无人驾驶巡逻小车320 翻越障碍物或绕过障碍物，最终保持目标无人驾驶巡逻小车320沿着局部规划路径进行整个巡逻过程。
98.进一步地，为了提高园区内的安全性，在本发明的一些实施例中，如图2 所示，目标无人安防巡逻小车320还包括安装于车体321上的安保预警模块326，安保预警模块326用于当目标无人安防巡逻小车320在巡逻过程中出现紧急情况时生成预警信号。
99.具体地，如图7所示，安保预警模块326包括图像采集单元3261、人脸识别单元3262以及预警单元3263；
100.图像采集单元3261用于采集人脸图像；
101.人脸识别单元3262用于将人脸图像以及公共安全云端数据库中的犯罪嫌疑人或危险分子的预存人脸图像进行比对，生成相似度；
102.预警单元3263用于当相似度大于85％时，生成预警信号；
103.智慧调度基站200用于根据预警信号报警。
104.具体地，为了是工作人员和管理认识获知预警信号，在本发明的一些实施例中，智慧调度基站200还用于将预警信号同步至管理平台110和使用平台120。
105.通过上述设置，可智能识别犯罪嫌疑人或危险分子，方便侦查办案。
106.进一步地，为了避免图像采集单元3261在夜间拍摄的图像不清晰，在本发明的一些实施例中，如图7所示，安保预警模块326还包括红外成像单元3264，红外成像单元3264在夜晚进行工作，辅助图像采集单元3261进行图像采集，提高安保预警模块326的可靠性。
107.进一步地，目标无人安防巡逻小车320还包括设置在车体321上的报警键327和语音报警模块328，报警键327在被按下时，自动生成报警信号；语音报警模块328用于当识别到园区内游客或工作人员的话语中携带有“救命”或“报警”等字符时，自动生成报警信号。
108.通过上述设置，可提高报警信号生成的多样性，进一步提高园区内的安全性。
109.进一步地，使用平台120的工作人员在接收目标无人安防巡逻小车320的报警信号后，视情况发布紧急通讯与人工安防人员取得联系，同时智慧调度基站 200协调其他无人安防巡逻小车进行安防协助，追踪事态发展。视情况的严重程度判断是否需要报警，同时可以通过紧急广播设定预警广播，启动无人安防巡逻小车以及园区中的广播系统进行紧急广播，提醒园区内的其他人员注意相应的安全威胁。
110.进一步地，目标无人安防巡逻小车320能够通过其上装载的摄像头进行沿途拍摄，并可以同步地将拍摄的图像或视频传送到智慧调度基站200进行显示，使得使用平台120的工作人员可以实时获得远距离现场的情况。这使得工作人员能够方便地掌握不易接近的现场的情况并采取对应措施。从而提高园区的安全性。
111.本发明实施例提出的无人安防巡逻系统10中的无人安防巡逻小车310基于预设的算法计算执行巡逻任务所需的巡逻代价，并根据巡逻任务生成规划路径，可根据不同的巡逻任务生成不同的规划路径，提高巡逻路线的多样性，提高巡逻效率。进一步地，本发明实施例中的智慧调度基站200可根据巡逻代价确定巡逻代价最小的目标无人安防巡逻小车320，并将巡逻任务分发给目标无人安防巡逻小车320执行巡逻，可降低巡逻代价，进一步提高巡逻效率。并且，通过配置多个激光雷达传感器32211，消除了环境探测盲区；配置rtk差分基站 32224，提高了定位的精度；并且通过在环境局部地图上叠加电子围栏，约束在路面范围内进行路径规划，这些措施和方法提高了目标无人安防巡逻小车 320自主行驶的安全性。进一步地，通过设置安保预警模块326提高园区的安全性，保证园区内行人的安全，同时通过设置红外摄像单元3264能够高风险的夜间巡逻，保障园区的安全。
112.以上对本发明实施例所提供的一种无人安防巡逻系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体
实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。