基于油氣田智能機器人巡檢系統(tǒng)的平臺設(shè)計與實現(xiàn)

錢 勇

（中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司，四川 成都 610041）

引言

長期以來，隨著我國油氣田企業(yè)信息化的發(fā)展，傳統(tǒng)的油氣田工廠及站場人工巡檢的方式已經(jīng)不再適應(yīng)其快速的發(fā)展。油氣田工廠及站場既儲備有大量易燃易爆氣體、液體等危險化學品，又伴有高溫、高壓的工況，具有很高危險性。在這樣的危險環(huán)境下，人工巡檢不僅容易造成人員受傷，還會帶來一些由于人員疏忽帶來的隱患。在此情況下，智能機器人巡檢系統(tǒng)的推出便是一種順應(yīng)時代的產(chǎn)物，此應(yīng)用技術(shù)一旦被深入開發(fā)及應(yīng)用，便會有美好的發(fā)展前景。油氣田智能機器人巡檢系統(tǒng)主要由智能機器人、巡檢系統(tǒng)平臺及輔助設(shè)施組成，可實現(xiàn)全自主，全方位和全天候的巡檢。本文著重從系統(tǒng)平臺方面對其需求進行分析，并根據(jù)實際應(yīng)用對相關(guān)功能進行了設(shè)計[1]。

1 系統(tǒng)平臺需求

智能機器人巡檢系統(tǒng)主要由智能機器人本體、巡檢系統(tǒng)平臺、無線通信網(wǎng)絡(luò)及其它輔助設(shè)施組成，系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖1 所示。

根據(jù)油氣廠、站現(xiàn)場的實際需求，并結(jié)合油氣田智能機器人的相關(guān)特性，巡檢系統(tǒng)平臺應(yīng)能支持各類儀表讀取、設(shè)備開關(guān)異常檢測、溫度異常檢測、氣體泄漏檢測、跑冒滴漏檢測、巡檢現(xiàn)場異常檢測、機器人本機自檢報警、告警消息自主上報和巡檢路線動態(tài)調(diào)整等相關(guān)巡檢功能。

2 系統(tǒng)平臺設(shè)計

該巡檢系統(tǒng)平臺應(yīng)基于B/S 架構(gòu)，具備綜合看板管理、基礎(chǔ)信息管理、巡檢業(yè)務(wù)管理、實時預(yù)警管理、機器人管理、數(shù)據(jù)采集與分析和系統(tǒng)管理功能。系統(tǒng)平臺設(shè)置站控終端，接收到智能機器人無線發(fā)送的巡檢業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)發(fā)送巡檢任務(wù)和機器人操控指令到機器人本體。平臺站控終端能夠顯示巡檢任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)、機器人狀態(tài)、傳感器業(yè)務(wù)巡檢狀態(tài)、基于巡檢數(shù)據(jù)的深度數(shù)據(jù)挖掘與分析。系統(tǒng)平臺管理人員通過站控終端規(guī)劃巡檢業(yè)務(wù)，控制機器人工作模式為自主巡檢或手動巡檢，設(shè)置巡檢傳感器的工作參數(shù)，設(shè)定和參與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)深度分析[2]。

2.1 綜合看板設(shè)計

系統(tǒng)平臺的綜合看板是對機器人智能感知與巡檢采集數(shù)據(jù)的核心分析，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)挖掘與計算獲取分析的二次結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.1.1 實時巡檢看板

實時巡檢看板是系統(tǒng)平臺展示機器人巡檢實時數(shù)據(jù)以及巡檢任務(wù)信息的窗口，數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：智能機器人本體相關(guān)指標狀態(tài)，智能機器人云臺攝像頭，機器人充電房相關(guān)指標狀態(tài)，機器人巡檢二維地圖及模型，機器人相關(guān)數(shù)據(jù)采集，機器人巡檢日期與周邊環(huán)境信息，機器巡檢過程中預(yù)警信息，機器人巡檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等。

巡檢任務(wù)信息包括：巡檢任務(wù)名稱、當前巡檢設(shè)備名稱、巡檢總設(shè)備數(shù)、已巡檢設(shè)備數(shù)、告警設(shè)備數(shù)、預(yù)計剩余巡檢時間、巡檢進度和任務(wù)性質(zhì)等。

2.1.2 機器人狀態(tài)看板

機器人狀態(tài)看板主要是系統(tǒng)平臺集中展示機器人各個硬件狀態(tài)，數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：機器人本體相關(guān)數(shù)據(jù)采集，機器人云臺攝像頭，充電房狀態(tài)信息，機器人模擬圖形圖像。機器人各硬件狀態(tài)信息具體包括以下幾點：

1）運行信息，機身溫度、運動速度、云臺的水平和垂直位置以及相機當前變倍等機體信息；

2）通訊狀態(tài)信息，無線基站、充電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、攝像裝置等機體與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊狀態(tài)信息，在未連接和連接成功時有明顯的圖標區(qū)別表示；

3）電池狀態(tài)信息，當前電池電量信息；

4）機器人模塊信息，機器人驅(qū)動模塊信息、電源模塊信息、系統(tǒng)模塊信息等；

5）環(huán)境狀態(tài)信息，溫度、濕度、風速、風向、降雨量、氣壓等；

6）控制狀態(tài)信息，紅外功能、可見光功能、雨刷功能、避障功能、機器人室門等。

2.1.3 機器人操控看板

機器人操控看板主要是系統(tǒng)平臺對機器人進行實施遙控，并可實施巡檢任務(wù)數(shù)據(jù)采集。功能具體如下：機器人運動控制，機器人云臺控制，機器人云臺可見光攝像頭視頻展示，機器人各種模式切換，機器人各個傳感器設(shè)備開關(guān)，機器人各個攝像頭傳感器數(shù)據(jù)采集。

1）運動控制：具備前、后、左、右、轉(zhuǎn)彎和啟停等機器人運動控制功能。

2）云臺控制：具備上、下、左和右等云臺轉(zhuǎn)動控制功能，以及云臺預(yù)置位的設(shè)置與調(diào)用功能。

3）可見光視頻控制：具備可見光視頻的播放、停止、抓圖、錄像、回放、鏡頭拉近和鏡頭拉遠等控制功能。

4）紅外視頻控制：具備紅外熱像儀視頻的播放、停止、抓紅外熱圖、錄像、回放、紅外聚焦和紅外重啟等控制功能。

5）音頻控制：具備現(xiàn)場語音對講、音頻錄制、回放等控制功能。

6）輔助設(shè)備控制：具備輔助設(shè)備的控制功能，包括超聲開關(guān)、雨刷開關(guān)、自動門開關(guān)和充電機構(gòu)等。

2.1.4 研判預(yù)警看板

研判預(yù)警看板主要是系統(tǒng)平臺對比分析各項傳感器采集數(shù)據(jù)，主要包括：設(shè)備基本信息，巡檢預(yù)警信息，最新巡檢數(shù)據(jù)采集，周邊環(huán)境數(shù)據(jù)采集與分析對比。

2.2 巡檢業(yè)務(wù)管理

巡檢業(yè)務(wù)管理是系統(tǒng)平臺實現(xiàn)現(xiàn)場安全、平穩(wěn)、有序運行的關(guān)鍵，系統(tǒng)應(yīng)支持全自主巡檢和遙控巡檢兩種模式：全自主模式包括全部/例行巡檢和特巡兩種方式。全部/例行方式下，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的巡檢內(nèi)容、時間、周期、路線等參數(shù)信息，自主啟動并完成巡視任務(wù)；特巡方式由操作人員選定巡視內(nèi)容并手動啟動巡視，機器人可自主完成巡視任務(wù)。巡檢業(yè)務(wù)管理流程如圖2 所示。

系統(tǒng)平臺支持由操作人員在本地監(jiān)控后臺上使用軟件手動遙控機器人，完成巡視工作。巡檢任務(wù)控制包括任務(wù)啟動、暫停、停止、一鍵返航，要求如下：

1）任務(wù)啟動分為立即執(zhí)行和按照預(yù)設(shè)的時間定期執(zhí)行；

2）任務(wù)暫停時可以對機器人進行操控，應(yīng)能恢復(fù)正在暫停的任務(wù)并再次繼續(xù)執(zhí)行；

3）能在任意時間停止正在執(zhí)行的任務(wù)；

4）機器人長時間無人操作時，能自動返航；

5）不論機器人處于何種工作狀態(tài)，只要啟動一鍵返航功能，機器人應(yīng)能停止當前任務(wù)，并按預(yù)設(shè)的策略安全返航。

對巡檢業(yè)務(wù)點進行規(guī)劃，包括各個巡檢點的位置，巡檢點可以設(shè)置多個設(shè)備進行巡檢，每個設(shè)備對應(yīng)方向和高度，對應(yīng)的標準設(shè)備的基本信息。根據(jù)巡檢類型，對巡檢路徑規(guī)劃，選擇設(shè)備的巡檢順序。系統(tǒng)平臺支持添加巡檢計劃，計劃名稱，開始時間、結(jié)束時間、巡檢頻率等，并可選擇巡檢路徑，做到巡檢路徑復(fù)用[3]。

根據(jù)巡檢類型，系統(tǒng)平臺可對巡檢路徑進行規(guī)劃，選擇設(shè)備的巡檢順序，支持添加巡檢計劃，計劃名稱，開始時間、結(jié)束時間、巡檢頻率等。并可選擇巡檢路徑，做到巡檢路徑復(fù)用。巡檢任務(wù)管理應(yīng)包括任務(wù)啟動、暫停、停止、一鍵返航。

系統(tǒng)平臺應(yīng)具備快速生成全面巡檢任務(wù)功能，巡檢內(nèi)容應(yīng)包括表計、狀態(tài)指示、接頭溫度、外觀及輔助設(shè)施外觀、站場運行環(huán)境等。

系統(tǒng)平臺支持直接執(zhí)行專項巡檢任務(wù)，如：

1）紅外測溫：應(yīng)具備快速生成紅外測溫任務(wù)功能，巡檢內(nèi)容應(yīng)包括全部紅外測溫巡檢點。

2）儀表抄錄：應(yīng)具備快速生成儀表抄錄任務(wù)功能，巡檢內(nèi)容應(yīng)包括全部儀表的表計。

3）位置狀態(tài)識別：應(yīng)具備快速生成斷路器、隔離開關(guān)等位置狀態(tài)識別任務(wù)功能，巡檢內(nèi)容應(yīng)包括全部閥門開關(guān)狀態(tài)、機泵啟停狀態(tài)。

系統(tǒng)平臺支持快速生成異常設(shè)備巡檢任務(wù)功能，對缺陷設(shè)備進行自動跟蹤或定點監(jiān)視。并在獲得廠、站視頻監(jiān)控系統(tǒng)等輔控系統(tǒng)的告警信息后，機器人應(yīng)具備自主或人工控制到達現(xiàn)場指定位置功能，核實報警信息。

2.3 實時預(yù)警管理

系統(tǒng)平臺對超過閾值的信息應(yīng)支持預(yù)警管理。根據(jù)閾值，自動生成預(yù)警記錄并推送預(yù)警消息（儀表指針異常預(yù)警，氣體泄漏預(yù)警，非法入侵預(yù)警，設(shè)備故障預(yù)警）。對巡檢結(jié)果管理，在每次巡檢時都能生成一次數(shù)據(jù)記錄，包含多個圖片附件。系統(tǒng)平臺根據(jù)每日/周/月巡檢情況，隔天自動生成巡檢日/周/月報[4]。

2.4 數(shù)據(jù)分析

在智能機器人將所采集的視頻（可見光及熱成像）、可燃及有毒氣體、聲音及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)平臺后，系統(tǒng)平臺應(yīng)具備實時錄像，并顯示整個巡檢的過程數(shù)據(jù)并進行存儲，方便后期進行數(shù)據(jù)追蹤、回放和定位。

系統(tǒng)平臺支持實時預(yù)覽當前巡檢設(shè)備的可見光視頻功能，可縮放和全屏顯示，檢測類型包括表計讀取、分合位置、設(shè)備外觀等。設(shè)備各個儀表數(shù)據(jù)采集，并進行相關(guān)識別記錄，附件為照片數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)平臺具備實時錄像，并傳輸整個巡檢的過程數(shù)據(jù)并存儲，方便后期進行數(shù)據(jù)追蹤、回放、定位問題。記錄并管理各類采集的數(shù)據(jù)，以每次巡檢每個設(shè)備為維度，并包含拍攝圖片。

系統(tǒng)平臺支持日常和月度分析。日常分析是每天多次巡檢記錄，各類采集數(shù)據(jù)以次數(shù)為維度的變化趨勢；月度分析維度是每天多次巡檢記錄取平均值，各類采集數(shù)據(jù)以天為維度的變化趨勢。

系統(tǒng)平臺支持管理語音對講數(shù)據(jù)，進行相關(guān)錄音。

系統(tǒng)平臺支持溫度與濕度等環(huán)境信息的顯示。

2.5 平臺管理

系統(tǒng)平臺在平衡反應(yīng)速度、操作、維護方便的情況下，應(yīng)盡可能靈活配置，分模塊設(shè)計，規(guī)劃權(quán)限劃分，配置范圍主要包括：用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、流程管理及審批等，系統(tǒng)管理員可以對用戶進行增、刪、改、查及配置；對角色進行增加、編輯以及刪除等操作；根據(jù)角色所需權(quán)限不同對角色進行分配不同的權(quán)限。日志管理，對登陸，操作等日志進行記錄查詢。監(jiān)控管理，對在線用戶對系統(tǒng)服務(wù)器資源進行監(jiān)控管理。

3 結(jié)語

在油氣田廠、站設(shè)置智能機器人巡檢系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人巡檢模式，并有效降低操作人員直接暴露在危險工作環(huán)境中的安全風險，提高了巡檢效率，降低了巡檢強度，減少人工重復(fù)性工作，為企業(yè)節(jié)約了人力資源。巡檢系統(tǒng)平臺作為整個巡檢系統(tǒng)的中樞和大腦，擔負著極為重要的作用，其相關(guān)功能和需求應(yīng)根據(jù)企業(yè)的實際需求出發(fā)，使整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)能夠滿足油氣田企業(yè)信息化管理水平，為油氣行業(yè)的數(shù)字化、智能化、無人或少人值守化的發(fā)展助力。