视频监控技术安防机器人关键技术与产业化前景
安防产业对维护公共安全具有极其重要的作用。“十二五”期间我国安防行业发展迅速，市场规模从2011年的2800亿元增长到2015年的4900亿元。
传统的技防系统存在以下不足：视频监控系统均为固定安装，存在死区，容易被破坏或躲避；传统的巡更系统技术陈旧，安装繁杂，维护成本高；发生警情时不能及时进行现场处置，阻止犯罪和警情扩大作用有限。
传统的人防措施存在以下缺陷：思想麻痹、玩忽职守、监守自盗等隐患，巡检工作不易实时监督；防盗值班和在危险环境巡逻时人身安全风险高；保安人员招聘难、文化层次低、流动性大，带来管理隐患。据统计，50%以上的危险品仓库事故是由于人工管理疏漏造成的。
安防机器人能够很好地弥补传统技防和人防的不足。安防机器人与现有的安防监控系统结合，将发展出动态安保服务运营体系，实现全方位、多参数智能监控，同时具备抵近侦查和现场处置能力，大幅度提高处警能力。
安防机器人目前尚处于市场培育阶段。2013年全球销售额为2.2亿人民币，主要是小批量销售和样机试用。中国仅在变电站巡检机器人方面形成了批量销售。
从市场竞争上看，目前行业龙头企业尚未形成，为众多进入者提供了均等的机会，优势企业的发展空间巨大。从市场需求上看，安防机器人具有广阔的发展前景。根据我们初步的市场调研和分析，我国安保机器人的总需求量约为80万台，市场容量超过千亿元。
技术市场国外占先发优势
目前国内外已经有数十家机器人和安防领域的企业陆续开展了安防机器人的产品研发和应用，其中美国具有明显的技术和市场优势。
早在1999年，美国的Cybermotion公司就与美国陆军签订了一项为期7年的合同，生产25个系统100台MDARS-I机器人，用于美国18个不同的军用仓库。MDARS-I的最低速度为3公里/时，一次充电可连续工作8小时，能够在360度范围内发现10米远的物体，可以通过无线局域网络与控制站的通信。机器人装有入侵者探测用的微波雷达、热成像仪、声音传感器、CCD摄像机、红外照明器和旋转及倾斜平台，还有超声波传感器及导航传感器等。可发现烟、火及入侵者，并可确定所存物品的状况及位置，发现问题及时发出警报。
美国旧金山的SMP公司与硅谷创新中心合作，开发了S5巡逻机器人，该机器人具有自主巡逻、自动避障、全景视频监控系统、PTZ自动跟踪拍摄、低噪音电机驱动等功能，目前已在迪拜运用。
成立于2013年4月的美国Knightscope公司通过融合音视频、室外定位、避障等传感器技术、物联网技术、大数据技术，开发出可以在公共场所采集数据和执行任务的安全警卫机器人K5。该机器人已经佩戴警徽上路巡逻，按每小时收费6.25美元的租赁模式运营。2015年我国的安防企业东方网力公司通过其香港子公司以500万美元入股Knightscope公司，获得5.98%股权。
日本Tmsuk机器人公司与Alacom安保公司合作，于2009年开发了T-34安保机器人。该机器人最高时速10公里，配备有探测装置，可根据人体温度和声音侦察周围情况，并将相应图像实时地显示于手机屏幕。用于商场、楼宇的安保巡逻，发现可疑人员后，它可在主人的遥控指挥下，朝可疑人员喷撒一张蜘蛛网式的大网。
国内发展迅速
我国在安防机器人方面的研究比国外起步略晚，但是在变电站巡检方面发展迅速，已经得到一定规模的应用。
2002年，国家电网公司电力机器人技术实验室在国家“863计划”的支持下，研制出第一代变电站设备巡检机器人。该机器人携带可见光摄像机和红外热像仪等传感器，沿一条闭合磁轨迹单向巡视，能够进行仪表读数和发现监测设备过热等异常现象。并于2010年研发出第四代巡检机器人，系统性能和可靠性显著提高。
浙江国自机器人公司开发的智能巡检机器人具有类似功能，已经实现小批量销售。沈阳新松机器人公司通过在其原有的AGV（自动引导小车）上安装视频监控系统，研制出智能巡检机器人。
2006年6月，中国民航地面特种设备研究基地机器人研究所研制出安保巡逻机器人，并被评选为2006年度安防领域创新产品。该机器人可以实现自主环境探测、自主避障导航及自主充电功能，能够按照工作人员的具体要求。在非人工干预的情况下自主完成固定线路巡逻、随机线路巡逻及重点部位察看任务，具有全方位视觉的处理判断能力，以及视觉及双向语音信息的远程传输与监控，可检测环境烟雾及火灾情况并进行异常情况报警。
广州尚云公司在2015年安博会期间推出了“守护神一号”智能巡逻机器人。
国防科技大学于2016年4月推出了“AnBot”智能安保服务机器人，该机器人集成了地图同步构建及定位、动态路径规划、深度学习智能大脑、视频智能分析等先进技术，具有自主巡逻、智能监控探测、声光报警、身份识别、自主充电等多种功能。并在机器人身上配备带电防暴叉，终端操控人员可通过远程遥控，对犯罪嫌疑人进行威慑或将其制服。
中国安防技术有限公司（CSST）是一家专业从事安全防范和平安城市建设运营的综合型企业，于2012年开始与香港中文大学徐扬生院士的机器人研究团队开展合作，面向安防领域研发了地面巡逻、水上巡逻、危险救援、替身等多种机器人。2015年底正式推出了两款安防机器人产品，适用于室外的SPR系列安保巡逻机器人（图1）和适用于室内的SSR系列安保服务机器人（图2）。这两款机器人集成了国内外安防机器人的多项优点，并结合该公司长期从事安防业务的优势，在机器人的环境适应性、使用方便性、应用有效性方面突破了一系列的关键技术，目前已经实现了小批量销售。
关键技术
安防机器人是一种专门应用于安保巡逻和服务的移动机器人，它除了需要解决移动机器人的关键共性技术外，还需要解决以下四个与安防应用目标和环境密切相关的关键核心技术。下面以SPR安保巡逻机器人和SSR安保服务机器人为基础，对安防机器人的关键核心技术进行分析。
复杂环境下的低成本导航定位技术 目前移动机器人常用的导航定位方法主要有电磁循迹、卫星导航定位、激光雷达导航定位、视觉导航等。其中电磁循迹法简单可靠，但只能沿固定路线行驶，而且需要进行路面施工。卫星导航定位方法具有不受天气情况影响、使用简单、可连续实时提供绝对位置信息等优点，然而存在卫星信号容易被遮挡而导致无法定位的问题。通过与惯性导航或航位推算方法融合，能够跨越部分被遮挡区域，但由于累积误差的存在不能长期连续使用。激光扫描雷达具有定位精度高、受环境干扰小的优点，能够通过与地图的匹配实现自主导航定位，但高精度激光扫描雷达价格昂贵。
利用图像处理技术对机器人运动环境进行感知，从而判断出机器人的位置和运行路线，是视觉导航技术的终极目标，但是该技术目前还处于研究阶段。
通过以上分析我们看到，单一的导航定位方法很难满足所有应用场合，因此我们发展了将多种导航定位方法融合到一起的全天候组合式导航定位系统。采用该系统能够根据应用场合的环境特点，结合用户对导航精度、实施成本和可靠性等级要求，为安防机器人提供性价比最佳的导航定位方案。目前定位精度已经达到2cm、0.5°，并在狭窄巷道、林荫小道等卫星信号几乎完全被屏蔽的场合得到验证。
多通道高清图像无线传输技术 视频监控是安防系统最重要的功能，一般安防机器人上都会安装数字高清摄像机、红外夜视摄像机和普通数字摄像机等多台摄像机，并对多通道图像进行压缩、存储和无线传输。
多通道高清图像的压缩和存储技术已经在传统的固定视频监控系统中得到解决，但多通道高清图像的无线传输是目前面临的关键技术难点，尤其是在多台安防机器人协同工作时。通过专用的WiFi通道能够进行多图像传输，但是在室外构建全面覆盖巡逻路径的WiFi节点工程量大，多节点切换配置复杂。利用无线通讯4G网络无需另行构建无线通讯网络，但是流量消耗巨大，运行成本高昂。采用双向无线图传设备可以进行点对点的无线图像传输，但是在多台机器人同时运行时存在频段有限、互相干扰的问题。
为了适应不同的无线通讯环境，我们构建了集成WiFi、4G和多频段无线图传等多种无线通讯技术的多通道高清图像无线传输系统。该系统可以根据应用场合的无线通讯条件，选择或建立合适的无线通讯方式，目前已经对单台机器人实现了四路图像信息的无线传输，并能够为4台SPR安保巡逻机器人协同运行提供条件。
智能识别与警情判断技术智能识别和警情判断是应用安防机器人的高级目标，与传统的静态视频监控系统相比，安防机器人所获得的图像背景是动态变化的，这给图像处理带来了较大的难度，但是由于安防机器人具有抵近侦察的条件，又给提高识别能力带来了新的机遇。
智能识别以图像识别技术 为基础，并与声音、振动、温度、易燃易爆气体传感器进行信息融合，能够通过智能推理进行安保状态判别，实现安全预警。
摄像头采集到监控图像后，如果存在人脸则从原始图像中分理出面像，并建模抽象为面纹编码。利用数据库中注册的已有面纹编码，与当前获得的面纹编码进行对比，发现匹配就实现了身份认证。异常行为识别主要是针对摄像机中获得的含有人的运动图像序列进行分析处理，包括运动检测、特征提取与处理和识别分类三个阶段。能在远距离或低视频质量下实现异常判断，与人脸识别技术形成互补。根据身份认证和行为识别两部分的结果评估安全预警系数，当该系数超过一定阀值时则马上启动安全预警程序。
安防机器人运营管理平台 安防机器人运营管理平台是实现安防机器人有效运行的软件系统，主要包括视频与传感数据监控、危险报警与安全预警、任务调度与运行状态监控、机器人远程操控等功能模块。
机器人运营管理平台由接入层、服务层、应用层和展现层组成。接入层的任务是实现对各类机器人的信息对接，获取机器人的实时信息和状态，并实现对机器人的控制；服务层需实现各类后台支撑服务，包括语音识别、视频分发、报警流转、任务调度等；应用层是基于业务管理的应用实现，包括现场的音视频交互、报警信息的展现与处理、媒体信息的播放等；展现层为浏览器和手机的应用客户端，基于不同终端实现相应的操作功能。
安防机器人具有抵近侦察和主动介入的能力，将给安防行业带来新的发展机遇，推动动静结合的智能安保服务体系建设。国内外已经有一批安防和机器人企业开展了安防机器人的研发和应用，目前尚处于市场培育阶段，但是市场潜力巨大。导航定位、图像传输、智能识别和管理软件是安防机器人需要重点解决的关键核心技术，攻克这些技术难关将为安防机器人的产业化扫清障碍。