電力隧道智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)及應(yīng)用探究

梁隆飛

摘? 要：電力隧道的應(yīng)用可有效提升城市空間利用率，故在現(xiàn)代城市建設(shè)規(guī)劃期間被廣泛應(yīng)用，為強(qiáng)化電力隧道的巡視檢修質(zhì)量，可有針對(duì)性地設(shè)計(jì)并應(yīng)用智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人。基于此，本文首先分析了電力隧道智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)情況，進(jìn)一步從不同方面展開設(shè)計(jì)應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞：電力隧道;智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人;設(shè)計(jì)應(yīng)用

引言：

電力隧道運(yùn)行期間需對(duì)內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境氣體含量、溫濕度條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但現(xiàn)階段電力隧道的日常巡視檢修方式較為單一，數(shù)據(jù)采集緩慢，且存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)，不利于電力隧道的整體把控，為實(shí)現(xiàn)電力隧道實(shí)時(shí)高效監(jiān)測(cè)，可應(yīng)用人工智能技術(shù)，設(shè)計(jì)并應(yīng)用智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人，以此更好地開展電力隧道管理工作。

一、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)分析

為確保智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人可在電力隧道巡查檢修方面發(fā)揮良好效果，可將其機(jī)器人系統(tǒng)架設(shè)為終端層、通信層、基站層三部分，其中終端層位于電力隧道內(nèi)部，通信層位于后臺(tái)與終端之間，基站層處于隧道集控中心。（1）基站層主要由雙向?qū)χv、顯示器、后臺(tái)服務(wù)器、后臺(tái)監(jiān)控軟件構(gòu)成，可分析處理系統(tǒng)終端層所采集的數(shù)據(jù)，若僅分析發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)具有風(fēng)險(xiǎn)隱患，則會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，同時(shí)傳輸至集中監(jiān)控中心，為電力隧道集中監(jiān)控調(diào)度奠定基礎(chǔ)，此外，可依托于智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)共享至安防、MIS系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、運(yùn)維站系統(tǒng)內(nèi)。（2）通信層。其由光電轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、多無(wú)線站點(diǎn)構(gòu)成，上述設(shè)備均具有漫游功能，可實(shí)現(xiàn)基站與終端之間的高效通信，待完成數(shù)據(jù)采集后，所獲得的數(shù)據(jù)可通過(guò)通信層進(jìn)行傳輸，當(dāng)有控制指令生成后，還可將控制指令快速下達(dá)傳輸。（3）終端層。其由機(jī)器人移動(dòng)終端、軌道總成構(gòu)成，終端層為智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人主要部分，是決定智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人功能情況的主要結(jié)構(gòu)，在本次設(shè)計(jì)中，將終端層設(shè)置為運(yùn)動(dòng)承載系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、機(jī)器人輔助系統(tǒng)、環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全面采集，故下將從決定智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人功能的五大系統(tǒng)方面展開分析。電力隧道智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)情況如圖1所示。

二、智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人在電力隧道中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

（一）運(yùn)動(dòng)承載系統(tǒng)

在電力隧道中，通常根據(jù)軌道形式確定存查檢修路徑，軌道路徑局部爬坡、轉(zhuǎn)彎結(jié)果，故電力隧道在實(shí)際運(yùn)行中存在起伏、轉(zhuǎn)彎情況，為了解電力隧道運(yùn)行狀況，防止風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人需設(shè)置運(yùn)動(dòng)承載系統(tǒng)。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)承載系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)將爬坡扭矩、行進(jìn)速度等關(guān)鍵因素考慮在內(nèi)，用于確保智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人可在軌道內(nèi)穩(wěn)定行走。軌道結(jié)構(gòu)存在上下坡度、連續(xù)轉(zhuǎn)彎、水平轉(zhuǎn)彎情況，在設(shè)計(jì)智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)承載系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)軌道加工技術(shù)與原理，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)承載系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置軌道導(dǎo)航，以此確定電力隧道管廊環(huán)境，并明確軌道的彎度、坡度、距離參數(shù)。完成上述參數(shù)設(shè)置后，需根據(jù)電力隧道監(jiān)測(cè)檢修需求確定智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人的運(yùn)行速度及定位精度，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度設(shè)置在0～2米/秒范圍內(nèi)，而定位精度以±2厘米內(nèi)為佳。為確保智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人可在電力隧道內(nèi)實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向，且可穩(wěn)定上下坡，應(yīng)在機(jī)器人軌道運(yùn)動(dòng)平臺(tái)內(nèi)增設(shè)多元化運(yùn)動(dòng)功能，如轉(zhuǎn)彎、爬坡、直線行進(jìn)等，為智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人在電力隧道內(nèi)高效巡檢奠定良好基礎(chǔ)。考慮到電力隧道內(nèi)可能具有可燃性氣體，智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人可設(shè)置多種取電方式，如滑線取電、鋰電池供電等，還可在電力隧道內(nèi)設(shè)置分布式充電站，以為確保機(jī)器人可獲得充足的能源供給。

（二）通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在本次電力隧道智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為保障通訊效果而搭建了無(wú)線通訊、有線通訊兩種模式，將無(wú)線漫游技術(shù)搭設(shè)在電力隧道通訊基站內(nèi)，以無(wú)線漫游技術(shù)為紐帶銜接前端智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人終端與后臺(tái)控制中心，同時(shí)應(yīng)用光纖環(huán)網(wǎng)鏈路，以此實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，使智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人在電力隧道各個(gè)路徑定位下均可在200Mbps的無(wú)線帶寬下進(jìn)行通訊。電力隧道智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人通訊系統(tǒng)在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中共提出了多種通訊方案，一是漏波電纜通訊，二是電力線載波通訊，三是有線通訊與無(wú)線通訊相結(jié)合。對(duì)上述三種通訊方案進(jìn)行分析，其中漏波電纜通訊能夠良好適應(yīng)電力隧道的起伏、彎曲環(huán)境，但通訊距離相對(duì)較短，為保障通訊效果，需連接光纜，此外，該通訊方式帶寬有限，且建設(shè)成本較高，施工難度較大，因此經(jīng)綜合分析后，決定不采納漏波電纜通訊方式。電力線載波通訊需設(shè)置滑束線作為信息傳輸媒介，但智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人在行進(jìn)期間可能會(huì)造成滑束線摩擦，而電力隧道內(nèi)可能存在可燃?xì)怏w，若管控不當(dāng)容易引發(fā)安全事故，因此并不采用該通訊方式。對(duì)有線通訊與無(wú)線通訊相結(jié)合的方式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該通訊模式效果較好，且不存在安全隱患，故選擇該方式作為機(jī)器人通訊模式。

（三）設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人需對(duì)電力隧道內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)督，為實(shí)現(xiàn)良好監(jiān)測(cè)，可在設(shè)置可見(jiàn)光監(jiān)控?cái)z像機(jī)，當(dāng)智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人執(zhí)行智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人監(jiān)測(cè)工作時(shí)，則可攜帶攝像機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，以此了解內(nèi)部設(shè)備外觀質(zhì)量及溫度條件。借助前端攝像機(jī)完成外觀、溫度數(shù)據(jù)采集后，還可借助模式識(shí)別、圖像處理等技術(shù)檢測(cè)電纜，并經(jīng)圖像預(yù)處理及紋理分析，了解電力隧道設(shè)備的質(zhì)量狀況，進(jìn)一步判斷電力隧道內(nèi)是否存有異常風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，還可將紅外測(cè)溫儀設(shè)置在智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人上，在非接觸模式下，即可借助紅外圖像采集電力隧道設(shè)備溫度，使電力輸電電纜溫度可直觀化呈現(xiàn)出來(lái)，繼而實(shí)時(shí)了解電力隧道電纜溫度情況。

（四）環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為進(jìn)一步保障智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人巡檢效果，可機(jī)器人增設(shè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要用于檢測(cè)電力隧道內(nèi)氣體及環(huán)境情況，分析綜合管廊及電力隧道內(nèi)部是否具有一氧化碳、硫化氫、氧氣、燃?xì)獾葰怏w，同時(shí)還可對(duì)電子隧道進(jìn)行煙霧檢測(cè)、溫濕度檢測(cè)，以此及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障災(zāi)情隱患。

（五）輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人在電力隧道內(nèi)主要負(fù)責(zé)日常巡視檢修，為確保機(jī)器人可順利完成工作，需在機(jī)器人實(shí)際設(shè)計(jì)中，需設(shè)計(jì)語(yǔ)音對(duì)講功能、聯(lián)動(dòng)功能、避障功能等，用于輔助機(jī)器人更好地完成工作。（1）語(yǔ)音對(duì)講功能。將對(duì)講設(shè)備設(shè)置在機(jī)器人系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行巡檢時(shí)，后臺(tái)管理人員可與現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，為應(yīng)急控制奠定良好基礎(chǔ)。（2）聯(lián)動(dòng)功能。電力隧道內(nèi)存在其他監(jiān)測(cè)設(shè)備，可將機(jī)器人與其他監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行連接，以此實(shí)現(xiàn)電力隧道的綜合性聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)。（3）避障功能。電力隧道彎曲起伏，智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人在行進(jìn)期間可能會(huì)遇見(jiàn)各類障礙，此時(shí)可設(shè)計(jì)障礙自動(dòng)識(shí)別功能，避免機(jī)器人碰撞。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，借助人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)并應(yīng)用智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)無(wú)死角、持續(xù)化電力隧道監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)把控電力隧道運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)抑制。在電力隧道智能監(jiān)測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)與應(yīng)用期間，應(yīng)從運(yùn)動(dòng)承載系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、機(jī)器人輔助系統(tǒng)等方面展開設(shè)計(jì)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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