5G网络助力警用机器人安防水平大幅提升

　　随着人类社会的不断发展,城镇化程度不断的提升,部分地区相继出现了“城市病”的问题。为解决上述问题,需要通过云计算、大数据技术,感知、分析、研判区域内民生、市政、公共安全、商业活动等核心领域的关键信息,进而自动优化该区域内的资源配比关系,实现城市的智慧化,促进城市的和谐、良性,可持续成长.智慧城市与安防行业发展可谓是互相促进,共同提升。一方面,“智慧城市”的发展给安防行业带来了许多新挑战;而另一方面,安防行业的发展又为“智慧城市”发展提供新理念、新技术、新装备的支撑。在此背景下,警用机器人伴随着智慧城市应运而生,警用机器人充分利用云计算、大数据、物联网和人工智能等新兴技术的成果,协助或部分代替公安干警在枯燥、重复或危险的工作环境中执行各类实战任务,以降低公安干警工作强度,减少工作风险,解放警力,服务群众。

　　目前,整个警用机器人领域呈现“大集成、大智能、大应用”的发展趋势,大集成体现在警用机器人作为载体可以搭载各类警用装备,实现不同警务功能;大智能体现在警用机器人可以执行后台大数据智能研判指令,也可通过自身采集的信息实现前端智能分析,实现边缘计算; 大应用体现在警用机器人作为全国公安“立体防控”应用体系的组成部分,配合固定摄像头、报警灯杆、核录桩等众多固定安防设备,完成无死角的“动静结合”的安防监视和核查工作。

　　在互联和大数据应用的背景下,通过智能管控众多警用机器人,可以有效解决采集的海量数据的存储、调取和管理等难题,从根本上突破以往警用机器人各自为战、信息孤岛的发展瓶颈。无线通信技术正是解决警用机器人间信息交互的重要技术手段,目前普及的4G公众移动通信网有效地解决了人与人之间的信息交互,为人们带来了较为快速的上网体验。随着5G网络商用脚步的临近,其所带来的不仅是网速的提升,更是我们生活和工作方式的变化,其“万物互联”的目标更加适合警用机器人安防业务发展需求,本文着重分析5G技术如何大幅提升警用机器人安防水平。

　　一、5G网络的发展现状

　　中国的移动通信市场是全球最大的,更是全球5G的技术研发和产业创新的重要参与者和支持者。一直以来我国高度重视移动通信技术的发展,先后提出2017年开展5G网络第二阶段测试,2018年大规模试验组网,2019年启动5G商业网络建设,2020年正式推出商用服务。目前来看,我国5G建设正技照规划有条不紊地实施。

　　运营商网络建设方面,中国移动投入约100亿元在杭州、上海、广州、苏州武汉、北京、成都、深圳等12个城市建设3万个至5万个5G基站,进行5G业务应用示范 中国联通投入约60亿元至80亿元,在北京、深圳、杭州、广州、上海、重庆、天津、青岛、南京、武汉、贵阳、成都、福州、郑州、沈阳等33个城市实现热点区域覆盖;中国电信投入约90亿元,在成都、雄安新区、深圳、上海、苏州、兰州等17个城市开展5G创新示范试点测试。今年以来,这些外场测试城市纷纷宣布打通了第一个5G电话,标志着5G已从技术研发试验期进入实际应用测试阶段,三大运营商的5G试验网建设正全面展开。

　　终端研发生产方面,国内手机知名厂商如华为、中兴、小米、OPPO、vivo、努比亚等6款手机终端、5款行业定制终端和4款通信模组产品都计划于今年下半年陆续投放市场,届时5G终端设备数量将达到2500余部。上述终端中包括为警用机器人设计的通信终端(CPE)设备.

　　当前的5G应用展示更为丰富。在工信部的指导下,三大运营商于2019年上半年开始在12个城市开展9大类5G应用示范项目,其中,包括医疗、人工智能交通、教育、工业制造、能源、市政、视频+、娱乐、公共安全等,具体包括:白洋淀智慧水务、深圳无人机警务、宁波无人警局、雄安自动驾驶、杭州马拉松直播、长沙无人公交、5G春晚直播等项目的成功实施,都是5G试验网有力支撑业务应用的生动实践。预计今年下半年,试商用5G网络将做好商用化的准备。届时,大量的5G应用将喷薄而出。

　　二、5G技术提升警用机器人安防水平
       “4G改变生活,5G改变社会”,与第四代(4G)蜂窝网络设计相比,5G网络发生了根本变化,切片、毫米波、大规模MIMO、直通等均为5G采用的核心技术。每种技术的设计理念都极大地提升了警用机器人的安防水平,也潜移默化地影响了警用机器人在安防领域的发展方向.

　　(1)切片技术

　　传统公众2G/3G/4G移动通信网络主要以运营商基站作为无线接入的基本单元,控制信令和业务数据的覆盖范围基本相似,4G网络单基站业务信道的空口资源上下行配比为1:3,全网基站配置相同。对于警用机器人安防场景中的视频监控应用,在巡逻过程中针对热点地区需要消耗大量的上行带宽开展视频监控及回传工作,经常出现公网带宽无法满足回传视频分辨率要求的情况。为了满足上述应用需求,势必要求传统公众移动通信网络重新开展网络规划,缩减巡逻路线中单基站的覆盖范围,增加基站密度,减少单基站内用户无线资源的吞吐量,满足警用机器人安防监控视频上行传输需求。

　　5G切片技术可将运营商的物理网络划分为多个虚拟网络,每一个虚拟网络根据不同的服务需求,比如时延、带宽、安全性和可靠性等来划分,以灵活应对不同的网络应用场景。换言之,在5G时代,切片技术可以将运营商的无线空口资源、有线传输资源、核心网存储、转发、计算等资源进行灵活的分割和组合。针对警用机器人安防场景中的视频监控应用,运营商可为公共安全行业单独分配资源,基站侧部署具有不同覆盖区域及空口传输速率的基站,实现网络控

　　制面和业务面的分离,控制信息在高功率的微波频率下发送,而业务数据在低功率毫米波频率下传送,微波基站信号保障全覆盖,毫米波基站信号保障热点覆盖,满足警用机器人在巡逻过程中的管控指令实时在线,热点地区、重点部位的高清视频按需回传的需求,进而节省了网络建设的开销.

　　(2)毫米波技术

　　4G网络基于sub 6GHz频段的4G LTE 蜂窝系统可以使用的最大带宽是100MHz,数据速率不超过100Mbps,而在实际应用过程中,实测单用户分配的带宽为50K-6M,而且信号不稳定,严重抖动,不满足警用机器人1路1080P分辨率25帧/s H.264编码格式的实时高清安防监控视频回传的需求。

　　5G网络采用毫米波技术,其最大的优势在于可使用大量的高频段频谱资源,用户可使用的最大带宽为400MHz,传输速率高达10Gbps,是传统4G网络的100倍,不仅可以满足警用机器人1路高清安防监控视频回传的需求,甚至可以满足1台警用巡逻安保机器人搭载全部设备的无线通信需求。

　　一般地,警用巡逻安保机器人搭载高清摄像头、定位及采集设备,对网络传输的上行带宽、传输时延、信号稳定性要求较高。如一路720P 分辨率,采用H.264编码的高质量视频信号占用带宽最大可达到2Mbps;一路1080P 分辨率,采用H.264编码的高质量视频新型号占用带宽可达到4Mbps。警用巡逻安保机器人通常需要配备多部摄像机,其中高清摄像机完成高清监控视频采集回传及人脸抓拍任务;红外摄像机在夜间巡逻时用于红外热成像感知; 其他摄像机分别对应机器人4个方向进行视频拍摄,用于信息采集或辅助导航,需要时可调取视频; 警用机器人搭载的定位和采集设备,需要将相关信息实时回传到后台指挥中心进一步的分析研判。一台警用巡逻安保机器人峰值带宽至少需求13M.因此,只有在5G网络条件下才能发挥警用机器人全部的安防能力。

　　(3)大规模MIMO技术

　　4G网络通常使用的8天线的2D-MIMO技术,在5G时代天线数高达256个。天线数的增多主要原因在于5G采用了毫米波,同时实现了3D-MIMO技术,带来了丰富的空间自由度、提供了更多可能的到达路径,提升了信号的可靠性,提高了小区峰值/平均/边缘吞吐率,降低了对周边基站的干扰。为了配合5G基站侧的大规模MIMO技术,终端侧也应安装多天线,才能全面发挥大规模MIMO技术带来的吞吐率优势,警用机器人通信终端设备相较于其他5G终端设备,具有较大的扩展空间,安装在机器人内部的5G通信终端,可以适当地增加终端的天线数量,进而在相同网络条件下,抢占更多的无线资源,完成安防任务。

　　(4)直通技术

　　直通技术是指两个或多个通信终端之间不借助基站,实现数据交互的通信技术。这种技术在4G时代已经被作为附加功能进行了研究,但在当时的背景下,运营商普遍认为,需要建立通信链路的两个终端往往相距甚远,该功能的理念与传统网络功能的设计思路相悖,没有得到运营商认可。因此,4G网络重点研究需要借助基站、有线网络、核心网等固定基础设施建立起双方的数据交互通道的通信技术。

　　5G网络的目标之一是要实现万物互联,与传统网络基站下最多运行几百个设备的情况相比,5G网络基站下运行的设备数将要超过104,上述设备间数据交互均要通过基站/核心网转发,这将导致信令资源的极度浪费以及更高的延迟,很明显直通技术具备更有效地处理本地通信的潜力。对于警用机器人安防场景中的人证核录应用,机器人需要和附近的闸机及警务人员保持实时的数据交互,对于核查出的嫌疑人,需要第一时间关闭闸机,本地示警,通知警务人员进一步确认,上述过程延时不应超过1S.

　　三、结语

　　综上所述,随着5G产业链的逐步成熟,必将促进警用机器人安防领域的蓬勃发展,进而带动公共安全行业的数字化、网络化、智能化发展,全面推动公安工作质量变革、效率变革、动力变革。然而,我们也应当清晰的认识到5G网络仍然定位于公众移动通信网,与公安无线专网相比最大的区别在于没有设计优先级接入功能。极端情况下,当人流密度较大时,基站无线资源相对紧张,警用机器人仍无法接入5G基站开展相应的安防业务。此外,5G网络商用后的资费问题也应当引起安防行业的适度关注。 但我们有理由相信,随着5G产业化的逐步深入,技术迭代的加快,与警用机器人应用的结合必将实现全国公安“立体防控”体系的完善及优化,实现警用机器人平战结合,降低公安干警工作强度,减少工作风险,解放警力,服务群众的目的。

作者：徐贵森

编辑：广汉