引言

警用机器人的应用和发展日新月异，各种类型的警用机器人广泛应用于安保、消防、排爆、侦察、反恐等领域，对维护国家公共安全意义重大。

巡逻机器人是当前应用较多的警用机器人之一，实现自主巡逻的技术核心是机器人的自主导航。随着应用场景的不断增多和适用环境日益复杂，警用巡逻机器人导航技术的要求也越来越高。现有的导航方式主要有磁条、激光、GPS等导航方式，在环境的适应性和稳定性等方面存在明显不足。3D激光导航技术可以有效弥补这些不足。

3D激光扫描信息量大，对于固定参照物依赖小，对于周边环境的微小变化不灵敏。因此3D激光导航技术可以提高机器人环境适应能力和稳定性。本文对3D激光在警用巡逻机器人导航中的应用进行了介绍。

一、警用巡逻机器人导航技术分析

警用巡逻机器人主要用于公共场所的自主巡逻，负责监控和防范可疑人员。具有自主导航、人脸识别、手机侦码等功能，通过与后台大数据配合，协助警务人员执勤和处置突发情况，助力公共安全。与完全由人来完成巡逻安检任务相比，警用巡逻机器人具有工作时间长、效率高、成本低、数据采集快、信息比对能力强等优势。

警用巡逻机器人的自主导航功能，要求在已知环境下自动定位与导航，按照设定的路线自主行驶，具备躲避行人、路障的能力。

当前应用较多的机器人定位导航方案主要有磁轨、二维码、激光、惯导、GPS、视觉导航等技术。基于磁轨和二维码的导航方案，需要改造环境，适用于室内固定场景，室外适用性差；GPS导航方案需要架设基站，对外部环境要求高，在室内或室外高楼遮挡的情况下，效果较差；视觉导航方案受环境变化、光照变化影响大。

在现有激光雷达定位导航技术中，2D激光导航技术已趋于成熟，其在环境固定的应用场景中，定位精度可以达到厘米级。2D激光导航技术通过激光扫描，获得外部环境的固定平面信息，结合机器人当前的速度、加速度等信息，计算出机器人的方位信息，从而实现对机器人的导航。

2D激光导航技术对于周边环境中固定参考物依赖很大，当周边环境发生微小变化时，例如周围草木的生长、周围物体的更换移动等，其导航精度就会显著降低。

（2）栅格化、去噪和去杂点处理；

Autumn is as hot as midsummer, earth is frozen to splits in November,and rocks frozen into pieces in December.

根据上图，树大于200个之后准确率、召回率变化较小，再结合算法的运算效率最终选择200个树，配变重过载、低电压最高预测命中率87.7%、召回率79.4%，平均预测命中率64.5%、召回率59.8%，初步达到了指导运检业务的实用化标准，预测精度方面还有一定提升空间，可精准定位即将发生异动、需重点关注配变设备清单，辅助业务人员主动掌握各区域服务风险水平、划定配网运行风险点、有针对性的排定综合检修计划、开展主动检测检修、指导配网技改大修等工作。

（3）环境多变：机场、车站等场所人员流动性强，环境不断发生变化。

这些环境特征严重影响2D激光导航效果，对于导航技术提出更高要求。3D激光导航方案对外界环境要求小、适应能力强、稳定性好，能够较好地应对上述环境特征。

通过地膜铺设进行雨污分流的关键在于3个有效：应确保膜覆盖有效，全面覆盖、焊接严密、压固有效；确保非作业区与作业区的隔离有效，防止非作业区雨水进入作业区；确保膜上雨水导排系统有效，及时抽排至明沟。

二、3D激光导航技术

（3）定位精度高：在绝大部分情况下，能够保障位置精度达到±2cm，角度精度达到±1°的定位精度；

3D激光导航算法流程为[1]：

3D激光导航的主要优势有：

（1）数据信噪比高：点云信息量是同等分辨率二维激光的16倍，在疏密场景中，均能有效稳定定位；

（2）位姿信息多：对于崎岖路况，能获得统一坐标系下点云地图，并输出准确的6dof的位姿信息；

德国莱尔浩福二合公司位于德国慕尼黑近郊卡尔斯菲尔德。该公司自1987年起开始致力于开发和生产用于动力总成的噪声检测系统，并一直活跃在面向动力总成的声学早期故障检测和下线质量控制领域中。为了更好地向中国客户提供支持，该公司于2007年在中国上海成立了代表处。

3D激光导航技术对外界环境依赖小、定位精度高、测量距离远、数据量大[ 1]。当机器人周边环境发生微小变化时，对全局信息影响很小，从而降低了对环境中固定参考物的依赖，避免了由周边环境发生变化所引起的定位误差。3D激光导航的主要优势有：

（4）可避障防跌：能检测前方立体区域，全面避障和防跌落。

（一）3D激光导航技术原理

（1）控制机器人在应用场景中形成闭环移动覆盖，采集到的3D激光数据和惯性测量单元数据通过地图采集构建模块，生成三维点云地图；

机器人首次进入巡逻环境时，首先通过3D激光雷达对周围环境进行扫描，通过同步地图构建与定位算法

（SLAM）生成环境地图。在之后的巡逻任务中，3D激光实时扫描的地形与环境地形进行精确匹配，从而计算机器人的全局位置，如图1所示，紫色圆球为机器人所在位置。

 

在某些特殊情况下，3D激光雷达扫描的地形特征容易受到干扰，如在某些地形特征较为稀疏的室外环境中。为了确保导航的精度和可靠性，警用巡逻机器人采用惯性导航技术对3D激光雷达地形匹配进行修正。惯性测量单元通过测量车体的加速度与角速度，再融合编码器的反馈信息，生成精确的航迹递推运动模型，其结构如图2所示，最终输出机器人速度和位置信息。对于3D激光受到干扰、车轮打滑等复杂情况，导航系统引入冗余传感器数据交叉诊断技术，对受到干扰的信号进行隔离，以保证机器人导航的可靠性。

 

有经验的农户可以通过观察来确定洋葱是否达到了适合收获的时期。其具体表现为洋葱植株的基部第一片到第二片叶已经枯黄，而第三、第四片叶尚带绿色，同时洋葱的假茎出现失水松软的表现。这时可以选择在晴天进行收获，将全株连根拔起，并在田间晾晒2天左右。需要注意的是晾晒过程中应该用叶片遮住洋葱的葱头，进一步促进鳞茎的成熟并使其外皮干燥。晾晒结束后将洋葱进行装筐并且放置在通风的室内进行贮藏。

微量物质示踪剂是以地层中不存在或者含量极少的微量物质作为示踪剂，如稀土元素络合物、荧光物质和氟苯甲酸类物质等[3]。由于加入的微量示踪剂与被跟踪物质同步运移，可以通过分层加入不同示踪剂的方式来更精确的分析地层特性。与前3种示踪剂相比，微量物质示踪剂具有无放射性、无环境污染、成本低、检测方便、检测精度高等优点。因此，近年来微量物质示踪剂成为油田示踪剂研究的热点。

（1）读三维点云地图、惯性和里程数据；

警用巡逻机器人的典型应用环境有广场、机场、车站、景区公园、小区等。此类环境具有如下特征：（1）参照物少：大型广场在方圆50m内无明显参照物；（2）非结构化：景区公园等环境周边结构化建筑物较少，多为树木；

（3）计算初始图像位置；

（4）计算机器人位姿推测值；

（3）实时采集点云数据，通过点云匹配模块，与预处理三维地图进行配准，计算机器人当前位姿；

（5）计算机器人位姿观测值；

（6）计算机器人最优位姿。

（二）3D激光导航技术实现

 

警用巡逻机器人中3D激光导航系统装置主要有3D激光雷达、惯性测量单元和里程计单元。其结构如图3所示。

3D激光导航技术采用多模块异步协同处理的架构平台进行实现，其流程如图4所示。

 

3D激光导航的实现流程如下：

3D激光导航的核心器件是3D激光雷达、陀螺仪和编码器。其核心技术主要包括地图等比构建和激光数据实时匹配定位。首先通过信息融合进行定位解算，然后激光测距，计算机器人全局位置坐标，进而实现无轨导航。

有无陪护跌倒及坠床患者在性别、年龄的比较，差异无统计学意义（P ＞0.05），自理能力评分高分值与低分值比较，差异具有统计学意义（P＜0.05）（见表1）。

（2）将机器人载入三维点云地图，并自动计算（或通过人为设定）实现移动平台的定位初始值；

1.1 对象 选择2009年9月—2010年10月在我院实施全身麻醉手术后留置胃管的意识清醒患者60例，急诊手术除外。其中男27例，女33例;年龄均≥70岁，平均年龄(76.0±5.2)岁。以2010年5月前30例为对照组，2010年5月后30例为实验组。两组患者在性别、年龄和疾病情况等方面比较差异无统计学意义(P ＞0.05)，具有可比性。

（4）以机器人当前位姿作为观测值，与惯性测量单元、里程计单元计算得出的递推值进行数据融合；

（5）经过卡尔曼滤波，计算机器人最优位姿，实现3D激光雷达精确定位。

作为国家全民阅读形象代言人，朱永新教授多年来致力于国家全民阅读工程建设及中国教育改革和发展，是新教育、新阅读的积极推动者，他关于阅读的意义和价值的基本观点被社会广泛传播和认同。本期，我们就阅读话题专访朱永新教授，以期更深刻地认识和理解阅读，同时也为全民阅读的推广、进一步推进学校阅读指明方向。

三、试用效果

（一）重要场所应用案例

在国庆中秋假期和十九大期间，警用巡逻机器人在重要场所进行执勤巡逻，最初采用2D激光导航技术，由于广场面积大、标志物少、人员密集，导航效果差，经常出现位置丢失的问题。

接收端先进行信号的粗捕获,本质上是求相关,相关峰超过门限值则捕获成功,从该点往后推迟一段序列开始采集估计序列。采集到估计序列后,先做相关运算解扩,然后到算法模块。捕获与相关解扩部分在求相关时,要先将其依次抽取为四路信号,因为算法中采用四倍插值升余弦滤波器,将四路信号分别与本地序列求相关,再按照相同的顺序将四路相关序列合成一路信号,其结构如图2所示。

而使用3D激光导航技术较好地解决了此问题。借助垂直维度的信息，大幅提高了导航的稳定性和准确性。应用现场的三维点云示意图如图5所示。使用三维点云构建现场环境的地图，地面、围栏、安检棚、人群、树木清晰可见，机器人凭借这些丰富的数据，准确定位自己在环境中的位置。

 

三维激光获取周边环境信息更多，当警用巡逻机器人周边环境发生微小变化时，对全局的影响显著变小，从而降低了对环境中固定参考物的依赖性，减小了由于周边环境发生变化所引起的定位误差，大大提高了导航的稳定性和准确性。

（二）某园区应用案例

图6是某园区相同场景下，2D激光测绘构建的地图与3D激光测绘构建的对比。可以明显看到，3D激光地图的信息量远远大于2D激光。当环境发生一些变化时，如道路两侧原先停放的车辆改变了位置，2D激光将无法找到自己对应环境中的位置，失去定位，无法自主运行；而3D激光可以凭借庞大的信息量，依然保持准确定位。

创设宅基地资格权亟待解决的三个问题（钟和曦） ..........................................................................................8-9

 

三维激光导航与二维激光导航技术相比，对环境中的固定参考物依赖小，二维激光雷达对于固定参考物的需求达到90%以上，而三维激光对环境中固定参考物的需求为50%以下。

四、总结

警用巡逻机器人在公共安全领域作用重大。3D激光导航技术可以有效应对复杂环境下的导航需求，是警用巡逻机器人导航方式发展的趋势，是其应用推广的重要基础。

参考文献

[1] 陶熠昆.一种激光雷达定位的方法、装置及系统,2017.

[2] 杨毅, 付梦印, 王伟等. 移动机器人复杂环境下的3D激光点云导航方法[C].中国控制会议, 2010.

[3] 戚明旭, 杨明, 王春香等. 基于重力约束正态分布变换的室内三维地图重建方法[J]. 上海交通大学学报, 2018(1).