引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對(duì)安防產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高。現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)、學(xué)校、小區(qū)的安保都采用傳統(tǒng)的保安看守模式。然而，由于傳統(tǒng)的保安看守模式存在諸多問題，如人力成本投入過(guò)大，保安專業(yè)素質(zhì)偏低，工作效率不高，存在人為的不確定性，從而導(dǎo)致不法分子頻繁盜取企業(yè)物資，任意出入校園作案，進(jìn)入企業(yè)內(nèi)部竊取企業(yè)珍貴資料等事件頻頻發(fā)生?，F(xiàn)如今傳統(tǒng)的保安看守模式已經(jīng)難以滿足人們生活的需要。

從以上傳統(tǒng)保安看守模式存在的缺點(diǎn)著手，依托物聯(lián)網(wǎng)、人工智能應(yīng)用 [1-3] 推廣的大環(huán)境，本文提出一種基于四旋翼無(wú)人機(jī)下的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)包括 ：依托四旋翼無(wú)人機(jī)為載體 ；采用 STM32 作為系統(tǒng)的主核芯片 [4-5]， 很大程度地降低系統(tǒng)的功耗 ；采用智能無(wú)線射頻網(wǎng)絡(luò)和智能傳感器的技術(shù)作為系統(tǒng)核心 ；通過(guò)多智能傳感器感知，提高系統(tǒng)預(yù)警的準(zhǔn)確性 ；運(yùn)用無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)識(shí)別，進(jìn)行信息的有效傳輸 ；搭載高清攝像系統(tǒng)對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行有效監(jiān)控 ；無(wú)線射頻采用 LoRa 擴(kuò)頻技術(shù) [6]，其傳輸能力強(qiáng)，在減少傳輸過(guò)程中信息丟失的同時(shí)有效地解決了高功耗的問題 ；提出并建立了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，有效地解決了傳統(tǒng)安保模式的缺點(diǎn)。此外，本文充分結(jié)合當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)獨(dú)有的手機(jī) APP，成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)警信息的實(shí)時(shí)顯示。

1 系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理

整個(gè)系統(tǒng)可劃分為無(wú)人機(jī)巡航平臺(tái)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。該系統(tǒng)結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)， 以載體無(wú)人機(jī)、紅外人體感應(yīng)傳感器、高清攝像頭、RF433 無(wú)線射頻模塊作為媒介的信息采集端，以 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊作為信息的發(fā)送端，以紅外報(bào)警器、手機(jī) APP、商用云平臺(tái)、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)作為預(yù)警決策終端，采用協(xié)同監(jiān)控策略，利用智能算法、大數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)可疑人員的識(shí)別與持續(xù)追蹤。系統(tǒng)的整體構(gòu)架如圖 1 所示。

1.1 無(wú)人機(jī)巡航平臺(tái)

無(wú)人機(jī)巡航平臺(tái)主要包括采用智能算法的自動(dòng)巡跡無(wú)人機(jī)、紅外傳感器、智能報(bào)警器、GPS 定位信息采集和發(fā)送采集信息的無(wú)線射頻端。通過(guò)多種智能傳感器的協(xié)同作用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)可疑人員的識(shí)別、定位、追蹤。系統(tǒng)巡航路線規(guī)劃模擬圖如圖 2 所示。

圖 2 系統(tǒng)巡航路線規(guī)劃模擬圖

1.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)由高清夜間抓拍攝像頭、接收采集信息的無(wú)線射頻端、GPRS 通信中轉(zhuǎn)端組成。無(wú)線射頻接收端在接收無(wú)線射頻發(fā)射端發(fā)送過(guò)來(lái)的信息后，通過(guò)微控制器 MCU 中轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò) GPRS 模塊發(fā)送給數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，同時(shí)啟用高清攝像頭抓拍系統(tǒng)，抓拍可疑人員的外貌特征，并將抓拍到的外貌信息發(fā)送給數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，進(jìn)一步降低虛警率。

系統(tǒng)采用 RF433 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，便于對(duì)單位內(nèi)部人員的識(shí)別。通過(guò) GPRS 通信技術(shù)可有效地將攝像頭抓拍的信息傳送給數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，此外借助數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，將處理后得到的預(yù)警信息顯示在手機(jī) APP 上。

當(dāng)有人員靠近時(shí)，系統(tǒng)首先啟動(dòng)無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)，檢測(cè)該人員身上是否攜帶身份識(shí)別卡，若未檢測(cè)到身份識(shí)別卡， 則立即打開高清攝像頭抓拍系統(tǒng)，對(duì)該人員進(jìn)行抓拍，并將采集的信息通過(guò) GPRS 通信中轉(zhuǎn)平臺(tái)發(fā)送到數(shù)據(jù)分析平臺(tái)， 進(jìn)行人員外貌信息比對(duì)。如果判斷為可疑人員，則將信息指令發(fā)送給無(wú)人機(jī)巡航平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟蹤，并響應(yīng)報(bào)警系統(tǒng)，直到安保人員進(jìn)一步核查該人員的身份。

1.3 數(shù)據(jù)分析平臺(tái)

數(shù)據(jù)分析平臺(tái)主要有單位內(nèi)部人員人臉信息數(shù)據(jù)庫(kù)和APP。數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于對(duì)高清攝像頭抓拍的照片進(jìn)行比對(duì)， 便于做進(jìn)一步預(yù)警決策 ；APP 主要用于建立安保人員與系統(tǒng)的橋梁，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示預(yù)警信息用來(lái)提醒安保人員。

該系統(tǒng)提出一套完整的預(yù)警解決方案，充分利用無(wú)人機(jī)的優(yōu)秀特性和各種信息傳輸手段（GPS、無(wú)線射頻、GPRS 等），實(shí)現(xiàn)信息的有效傳輸與處理，解決了傳統(tǒng)安保模式存在的問題，可以保證 24 h 實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)可疑人員持續(xù)追蹤。

2 系統(tǒng)功能驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的功能特性情況，從系統(tǒng)實(shí)際工作環(huán)境著手，在白天和夜間兩種不同的光線強(qiáng)度下進(jìn)行多次測(cè)試以及對(duì)各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性及準(zhǔn)確性、高清攝像頭抓拍圖片的識(shí)別情況、無(wú)線射頻識(shí)別的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)下 APP 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新速度和預(yù)警信息時(shí)效性等方面進(jìn)行多次測(cè)試并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.1 系統(tǒng)各個(gè)模塊功能測(cè)試

（1） 智能紅外傳感器測(cè)試。測(cè)試思路 ：利用串口調(diào)試助手作為輔助工具，如果一旦紅外傳感器被觸發(fā)、MCU 便通過(guò)串口向調(diào)試助手發(fā)送“不正?！毙畔ⅲ艏t外傳感器未被觸發(fā)則 MCU 通過(guò)串口向調(diào)試助手發(fā)送“正常”指令。測(cè)試結(jié)果如圖 3 所示。

（2） GPS定位模塊測(cè)試。測(cè)試過(guò)程 ：通過(guò) MCU 發(fā)送讀GPS定位信息指令即可通過(guò) GPS 模塊返回 GPS 所采集到的位置信息，與此同時(shí)，MCU與 PC機(jī)進(jìn)行串口通信，并將返回的位置信息顯示在串口調(diào)試助手窗口上，其位置信息包括目前的經(jīng)緯度信息、時(shí)間信息，并把第一次采集的定位信息作為基準(zhǔn)信息。數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果如圖 4 所示。

圖3 紅外傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)圖4 GPS定位測(cè)試數(shù)據(jù)分析

（3） RF無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)識(shí)別測(cè)試思路如圖 5 所示。

圖 5 RF 無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)識(shí)別測(cè)試思路

首先，配置 RF433 各通道參數(shù)一致，利用串口 CH340 模塊分別與 PC 機(jī)連接，進(jìn)而 PC 機(jī)可以分別與 RF433 發(fā)送端（圖 5 中簡(jiǎn)記為 RF1）和 RF433 接收端（圖 5 中簡(jiǎn)記為RF2）之間進(jìn)行串口通信 ；然后，借助兩個(gè)串口調(diào)試助手分別記為串口調(diào)試助手窗口 1 和串口調(diào)試助手窗口 2，其中串口調(diào)試助手窗口 1 用來(lái)顯示 RF2 發(fā)送的信息，串口調(diào)試助手窗口 2 用來(lái)顯示 RF1 發(fā)送的信息 ；最后，可達(dá)到測(cè)試無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)識(shí)別模塊的目的。如果窗口調(diào)試助手窗口 1 能夠接收到來(lái)自 RF2 發(fā)送的信息且串口調(diào)試助手窗口 2 能夠接收到來(lái)自 RF1 發(fā)送的信息，則可認(rèn)為無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)模塊測(cè)試成功。測(cè)試結(jié)果如圖 6 所示。

圖 6 無(wú)線射頻測(cè)試

2.2 總體功能測(cè)試

在系統(tǒng)實(shí)際使用時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的總體功能進(jìn)行測(cè)試，實(shí)際使用環(huán)境分為白天和黑夜，進(jìn)一步驗(yàn)證本系統(tǒng)識(shí)別與信息傳輸是否有所影響。

（1）白天。系統(tǒng)整體測(cè)試時(shí)，GPRS模塊發(fā)送測(cè)試如圖7所示，系統(tǒng)一切準(zhǔn)備就緒后開始測(cè)試。當(dāng)周圍有人靠近時(shí)，本系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)識(shí)別系統(tǒng)，核查該人是否攜帶射頻接收標(biāo)識(shí)，若未攜帶，則啟動(dòng)高清攝像頭抓拍系統(tǒng)并響應(yīng)報(bào)警器。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，系統(tǒng)測(cè)試正常。

（2）夜晚。系統(tǒng)安裝準(zhǔn)備同上，依次重復(fù)上面的測(cè)試步驟，系統(tǒng)測(cè)試基本正常，只是夜晚識(shí)別時(shí)間稍微長(zhǎng)，但基本不影響使用體驗(yàn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文從現(xiàn)有安保模式的缺點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能大環(huán)境，建立一整套完整的預(yù)警方案。該方案抓住傳統(tǒng)保安看守模式的不足以及無(wú)人機(jī)應(yīng)用于安防市場(chǎng)的空白等問題，設(shè)計(jì)一種智能化的四旋翼無(wú)人機(jī)下的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非單位內(nèi)部人員的識(shí)別、預(yù)警、智能追蹤功能，有效地解決了現(xiàn)有安保模式帶來(lái)的人為不確定性、效率較低、耗費(fèi)成本較大的問題。