淺析5G 創(chuàng)新應用提升警務巡防的效率

溫智偉

（揭陽市公安局科技信息化支隊，廣東 揭陽522000）

智慧警務巡防以移動智能終端（主要包括人臉識別、信息錄入、執(zhí)法記錄儀、警用穿戴等設備）、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術為支撐，助力民警接處警、現(xiàn)場勘查、信息采集、信息核驗、治安巡防等工作，實現(xiàn)了快速處警及社會基礎信息采集工作。同時，人工智能與大數(shù)據(jù)技術所提供研判分析手段，在偵破案件、預防犯罪、精確打擊以及輔助決策等警務工作中具有重要的實戰(zhàn)價值，真正實現(xiàn)了為基層干警減負增效。

1 技術支撐

隨著國家倡導的新基建強力推進，5G 網(wǎng)絡覆蓋快速完善，在5G 技術的支撐下，多項智慧巡防技術有更加優(yōu)越的表現(xiàn)。

一是增強的移動寬帶（eMBB）。其峰值數(shù)據(jù)速率將達10Gbit/s（4G 峰值僅為1Gbit/s），就廣域覆蓋的案例而言，用戶體驗數(shù)據(jù)速率達到100Mbit/s。在熱點案例中，用戶體驗數(shù)據(jù)速率值有望進一步提升達到1Gbit/s，可支持4K/8K高清視頻傳輸。高清視頻有利于執(zhí)法過程的取證比對等工作。

二是超可靠和低延遲通信（URLLC）。能夠?qū)崿F(xiàn)1ms 的空中下載延遲，支持極低延遲要求的服務 （4G 時延60～98ms），從而使得4G 時代不敢想象的危險環(huán)境下的遠程執(zhí)法機器人操控或巡邏警車、無人機遠程駕駛成為可能。

三是廣泛的機器類通信（mMTC）。支持每平方公里高達10 萬臺設備的連接密度，以適用于大規(guī)模機器類型通信情形。未來城市路面廣泛布控的智慧設備甚至微型智慧機器群將得到部署。

另外，網(wǎng)絡切片是5G 帶來的一項新技術，可在同一套設備上提供多個端到端的虛擬網(wǎng)絡，為特定場景部署專用虛擬網(wǎng)絡，確保網(wǎng)絡只包括這個應用場景所需的功能，即使在熱點區(qū)域使用，網(wǎng)絡性能也能得到保障。

5G 不僅突破了4G 網(wǎng)絡在容量、速率等方面的限制，提供切片網(wǎng)絡技術多元化的網(wǎng)絡靈活部署方式，將更便捷地連接融合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)設備、云計算、大數(shù)據(jù)等技術，賦能數(shù)字經(jīng)濟時代下各行業(yè)，加速社會的智慧化轉(zhuǎn)型。5G 對警務領域的智慧巡防工作也將帶來深遠的影響。

2 5G創(chuàng)新警務應用

未來警務工作中，在5G 技術大規(guī)模應用的環(huán)境下，如何使用增強現(xiàn)實技術（AR）、無人機、機器人3 種巡防技術實現(xiàn)提升巡防效率，有效緩解當前巡防工作的突出矛盾，更好地保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全是5G 創(chuàng)新警務應用的目的。

2.1 5G+AR智慧化巡防

增強現(xiàn)實技術（Augmented Reality，簡稱AR），是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像、視頻、3D 模型的技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬信息添加在現(xiàn)實世界中并進行互動。AR 在智慧巡防中的應用包括通過AR眼鏡輔助民警快速識別目標人員或車牌號、行為智能分析、周界防范告警；對接三維地圖后，可在執(zhí)行任務過程中補充眼睛無法直接看到的建筑物內(nèi)部結構圖等等。目前AR 穿戴設備和算力條件已經(jīng)基本成熟，但只有在5G 環(huán)境下，才能綜合各種技術優(yōu)勢，實現(xiàn)最大的效用。

首先，增強現(xiàn)實設備在交互過程中，需要為現(xiàn)實世界實時標注虛擬信息，通常只有延遲不超過20ms，用戶才會感覺到自己沉浸于現(xiàn)實世界。時延越大，人感受到的運動狀態(tài)與視覺系統(tǒng)不一致，就會產(chǎn)生昏暈的感覺。因此在語音識別、頭部運動跟蹤、視線跟蹤、手勢感應等技術上都需要低時延處理，目前只有5G 能滿足相關的性能要求。

其次，AR 技術中的視線跟蹤、手勢感應、圖像識別、三維重建、分割及渲染、GPS 定位并關聯(lián)到亞像素精度的現(xiàn)有結構等技術，不僅對算力的要求非常高，而且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也非常大，決定了AR技術離不開云計算和移動大帶寬。4G 網(wǎng)絡在時延和帶寬方面固有的限制，并未能充分的發(fā)揮AR技術的效用，而且沒有類似5G 的網(wǎng)絡切片技術，在熱點區(qū)域，常常無法獨享帶寬，帶來了更多的不確定性。因此，5G 加云計算，才能讓AR的更多應用場景平穩(wěn)落地。

5G+AR 智能眼鏡賦予了民警銳利的“慧眼”，AR 智能眼鏡內(nèi)置高清攝像頭、智能語音識別及對講系統(tǒng)，集成將人臉識別、車牌識別、危險源預警、執(zhí)法記錄、語音廣播、體溫測量等功能。在5G 網(wǎng)絡大帶寬低時延的特性下，可大幅縮短公安民警信息搜尋核實的時長，為各級公安機關實現(xiàn)人員和車輛數(shù)據(jù)信息的在線采集、檢索和核實，同時與指揮中心實現(xiàn)實時調(diào)度、布控，對出入關口排查、遠程指揮、協(xié)同抓捕、大型活動安防、娛樂場所巡檢方面的警務工作效率提升顯著。以關口排查車輛或人員的場景而言，通過5G+AR 技術可以實時交互，巡防民警不用通過手動輸入或拍照，并等待系統(tǒng)查詢輸出結果，處理時間從原來的15～20s縮短至3～5s，這無疑將大幅提升被排查對象的感知，且不容易在交通高峰期造成擁塞。在人流復雜的場地，5G+AR 眼鏡可支持高并發(fā)人臉識別，可同時支持20 個活體人群人臉識別，F(xiàn)DDB 識別準確率99.64%。識別距離可達7～10m，可在目標遠處進行無痕跟蹤、警情上報和緊急部署。如圖1所示。

圖1 5G+AR眼鏡證據(jù)采集執(zhí)法現(xiàn)場

2.2 5G+無人機智慧化巡防

無人機，是無人駕駛飛行器（UAV，Un?manned Aerial Vehicle）的簡稱，是一種利用無線遙控或程序控制來執(zhí)行特定航空任務的飛行器。先進的警用無人機可在制高點觀測整個事件，匹配到異常場景時（嫌疑人員、嫌疑車輛、交通違章、人員聚集等），對人群密度、人群行為、危險對象進行分析并自動告警，無人機實時監(jiān)控警情現(xiàn)場，上報警情發(fā)生位置與管轄區(qū)域。同時，配備多功能掛載能實現(xiàn)日?？罩醒策?、夜間紅外巡邏、應急警示、喊話指揮、應急照明、激光勘測等系列功能，有效拓展了無人機警務執(zhí)法應用場景，提升警務巡邏效率。

目前無人機大部分普遍使用私有數(shù)圖傳等點對點通信鏈路，處于傳統(tǒng)單點控制的局域網(wǎng)模式，使用距離范圍有限，成本高，而且現(xiàn)有技術條件下無法實現(xiàn)無人機集群通信，無法互聯(lián)互通實現(xiàn)應用拓展。比如將人臉數(shù)據(jù)直接回傳至云端匹配，指揮控制中心無法及時獲取信息下達指令等。而使用4G LTE 蜂窩通信技術，圖傳能力主要是720p（分辨率1280×720）左右。如果距離較遠，720p 或1080p 的分辨率并不算清晰，一些特定場景下（例如查看設備指示燈、參數(shù)和人臉識別等），不能滿足執(zhí)法需求。

以上問題促使5G 網(wǎng)聯(lián)無人機成為當前研究熱點和重要的應用方向。有研究表明，通過在上行速率、時延、通信距離、通信成本、網(wǎng)絡容量、低空300m 覆蓋6 個維度分析，對比衛(wèi)星、專用通信站、WIFI、4G、5G五種通信技術（見圖2），5G 是無人機網(wǎng)聯(lián)的最佳技術，是網(wǎng)聯(lián)無人機的發(fā)展必然趨勢，主要帶來以下幾個好處：

圖2 網(wǎng)聯(lián)無人機技術對比

5G 的理論帶寬可以達到20Gbps 以上。目前已建設的實驗網(wǎng)絡中，也普遍達到了1Gbps的速率，這個速度是4G LTE 的十倍以上。在這個速率的支持下，4K 甚至8K 的超高清視頻都能支持。相比于地面?zhèn)鹘y(tǒng)攝像頭靜態(tài)、低緯度的視角，無人機搭配5G，將實現(xiàn)動態(tài)、高緯度的超高清廣角俯視效果。

5G 網(wǎng)絡還具有超低時延的特性，能夠提供毫秒級的傳輸時延（低于20ms，甚至達到1ms，4G LTE 是50ms 以上）。這將使無人機響應地面命令更快，地面飛手對無人機的操控更加精確。如圖3所示。

圖3 5G+無人機網(wǎng)絡架構圖

在無人機的飛行數(shù)據(jù)安全保障方面，相比4G 或Wi-Fi，5G 的數(shù)據(jù)傳輸過程更加安全可靠，無線信道不容易被干擾或入侵。5G 除了解決無人機和基站之間通信能力的問題之外，在無人機系統(tǒng)支撐平臺上，還有很大的改進提升。5G 網(wǎng)聯(lián)無人機，可以提供強大的平臺支撐。結合云計算，網(wǎng)聯(lián)無人機的地面平臺可以提供更大容量的數(shù)據(jù)存儲，更彪悍的計算能力，為異地的更多地面人員提供服務（例如視頻觀看）。

總而言之，5G 所賦予的高帶寬、低延時、高精度、寬空域、高安全可以幫助無人機補足短板，解鎖更多的應用場景，滿足更多的用戶需求。5G 網(wǎng)絡覆蓋完善后，部署低空300m 下的無人機巡防將觸手可及，部署的成本可以得到大幅的降低?；?G 的網(wǎng)聯(lián)無人機和自動機庫，可應用于城市交通管理領域，同時利用無人機的空中平臺優(yōu)勢，同時搭載高清相機、喊話器，結合5G 的大帶寬、低延時特性，對接交管指揮中心，實現(xiàn)指揮中心大屏的實時視頻顯示，統(tǒng)一調(diào)度，遠程管控警情現(xiàn)場，完成現(xiàn)場勘查取證。同時基于圖像識別技術，還可對嫌疑人、車實現(xiàn)空中立體自動識別匹配，追焦鎖定，提供進一步的任務支持。在城市交通領域，將無人機智慧機庫部署在擁堵熱點和“小事故影響大交通”頻發(fā)的路段，打造“5min 出勤圈”，實現(xiàn)“min 級”響應，快速執(zhí)飛，將民警執(zhí)勤到達時間由現(xiàn)有的30min 降至5min（見圖4）。根據(jù)相關的研究顯示，5G 無人機協(xié)助交通事故處置，帶來的量化效果如下：

圖4 5G網(wǎng)聯(lián)無人機系統(tǒng)構架圖

（1）無人機到場平均時間：5.8min（最短5min，最長7min）；

（2） 無人機現(xiàn)場處置平均時間：8.6min（發(fā)現(xiàn)警情至事故處理完畢的事故處理，最長10min，最短7min）；

（3）實時現(xiàn)場取證：100%；

（4）人工處置替代度：66.67%，5 起事故民警到場前已處理完成。

2.3 5G+機器人智慧化巡防

巡邏機器人是綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算和大數(shù)據(jù)等技術，集成全息感知、動態(tài)決策、行為控制和報警機制等裝置，具備自主感知、自主行走、自主保護和互動交流等能力，可幫助人類完成基礎性、重復性、危險性的安保工作，推動安保服務升級，降低安保運營成本的多功能綜合智能裝備。

自2015 年國內(nèi)第一款巡邏機器人面世以來，機器人在越來越多場合的安防巡檢工作中扮演著至關重要的角色。2017 年，公安部委托公安部第一研究所對安保巡邏機器人進行試點并大力推動，2020 年安保巡邏機器人標準將制定完成。巡邏機器人已成為巡防工作的熱點應用。

過去幾年，機器人主要采用4G 網(wǎng)絡或WIFI 方式進行聯(lián)網(wǎng)，在實際應用中卻暴露諸多問題。安防巡邏機器人主要應用于社區(qū)、園區(qū)、機場車站、展覽展會等人流密度大的公共場所，而在公共場所部署巡邏機器人時，WIFI 無法保證機器人運行區(qū)域的全覆蓋。同時許多場合有建筑物遮擋，導致信號回落衰減，加上人流量大4G 網(wǎng)絡出現(xiàn)擁塞，機器人操控的便捷性和穩(wěn)定性也受到極大的挑戰(zhàn)。此外，對于部分網(wǎng)絡安全要求高的場合，如公安、司法、重大會議現(xiàn)場等場景，需要配備專用的無線網(wǎng)絡傳輸以確保網(wǎng)絡安全性和可靠性。因此，網(wǎng)聯(lián)機器人的發(fā)展受到了一定限制，一方面限制了機器人充分利用云端算力和智能，功能受限，與其他擴展應用的交互也因為網(wǎng)絡環(huán)境的問題而顯得不夠便捷；另一方面，網(wǎng)聯(lián)機器人不能充分利用云端智能，自身需要集成更昂貴的設備和算力，也造成了機器人造價偏高的問題。

5G 環(huán)境下的巡邏機器人，上述提到的問題將得到極大的改善。通過將5G 技術賦能于機器人，5G 網(wǎng)絡的大帶寬可保障巡防現(xiàn)場4K 高清視頻、圖像實時傳送至后臺調(diào)度指揮中心。針對部分場所特殊安防需求，通過部署5G 專網(wǎng)，將核心網(wǎng)UPF 下層至客戶側(cè)機房，建設一套專享的本地網(wǎng)關UPF，實現(xiàn)警務數(shù)據(jù)分流至公安內(nèi)部網(wǎng)絡，保障業(yè)務安全，縮短傳輸?shù)木W(wǎng)絡時延，提升業(yè)務體驗。利用5G 網(wǎng)絡切片技術，實現(xiàn)的公安警務業(yè)務與其它行業(yè)及個人業(yè)務的隔離。構筑起網(wǎng)絡安全的高墻，同時可有效避免現(xiàn)場網(wǎng)絡擁塞導致機器無法正常使用，保障業(yè)務時延<20ms，確保遠程操控、路線行駛和智能避讓更加精準可靠。因此，5G 網(wǎng)聯(lián)機器人將可以充分的利用云端算力和智能，也能方便地擴展到與其他應用的交互。如圖5所示。

圖5 5G機器人系統(tǒng)構架

2.4 實際應用場景

智慧警務巡防通過“5G+無人機”應用，實現(xiàn)高空與地面結合，打造立體化全時空巡防體系，通過“5G+AR 眼鏡”武裝警力實現(xiàn)可視化、移動化的實景指揮，通過“5G+機器人”輔助警員外勤實現(xiàn)全天候機器自主巡邏布控，在多個應用場景可率先部署：

（1）輔助執(zhí)勤：在東方廣場、揭東廣場、榕城步行街、金城步行街等地方，AR 眼鏡可輔助公安人員進行全息數(shù)據(jù)采集，包括人臉、MAC 地址等，通過大數(shù)據(jù)比對，對黑名單中的通緝?nèi)藛T進行報警抓捕。

（2）重大安保：三重場景提升安防等級，在兩會現(xiàn)場、體育場館、會展中心、展覽中心等地舉行重大會議、賽事、演唱會等時期有效補充警力進行警戒巡邏。

（3）備勤防范：在市政府、人大等重要政府辦公場所，巡邏機器人的人臉識別能力可對上述區(qū)域人員進行分析識別，發(fā)現(xiàn)上訪人員及時進行出勤處理。

（4）校園值守：幼兒園、小學、中學等學校是治安防控的重點區(qū)域，該區(qū)域的陌生人、長期逗留人員以及黑名單人員也是防控重點，可選擇性投入。

（5）便民服務：在車管所、出入境、派出所、無人警亭等場景進行服務指引、業(yè)務咨詢、政策宣講接報警等便民服務；人臉識別實時檢測公安黑名單、黃牛人員。