郭哲

（陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西咸陽712046）

1 引言

石油工業(yè)是我國重要工業(yè)資源之一，在我國的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)中占有及其重要的地位，極大的促進(jìn)了我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但其勘探和開發(fā)的環(huán)境往往較為惡劣，常常給工作人員帶來許多不可估計(jì)危險(xiǎn)隱患，常伴有許多有毒、有害化學(xué)氣體[1]。在石油產(chǎn)業(yè)的開發(fā)可謂高危產(chǎn)業(yè)，工作人員開發(fā)勘測的環(huán)境往往較為偏僻，且危險(xiǎn)性極高，工作人員不得不在此惡劣的環(huán)境中生產(chǎn)作業(yè)，怎么保障石油勘測開發(fā)人員的生命安全，保障我國石油事業(yè)的安全平穩(wěn)生產(chǎn)顯得極為重要，實(shí)時(shí)捕捉監(jiān)控石油開采環(huán)境參數(shù)，對(duì)石油產(chǎn)業(yè)安全保障有著極為重要的作用。

隨著生活中智能化建設(shè)的不斷發(fā)展，智能機(jī)器人系統(tǒng)將大幅提高生產(chǎn)過程的智能化程度，使生產(chǎn)運(yùn)行的管理更加有條不紊，保證了生產(chǎn)生活的良性、高效發(fā)展，智能機(jī)器人作為一種人的思維與機(jī)器融為一體的自動(dòng)化設(shè)備正在為改善人們的生產(chǎn)、生活環(huán)境，在促進(jìn)人類社會(huì)文明的發(fā)展扮演著越來越重要的角色。開發(fā)一款油氣生產(chǎn)智能機(jī)器人，代替人工到達(dá)非結(jié)構(gòu)環(huán)境等惡劣環(huán)境執(zhí)行任務(wù)，采用傳感器采集環(huán)境信息，并對(duì)環(huán)境變化做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，實(shí)現(xiàn)智能化信息處理顯得極為重要。隨著智能技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)，油氣生產(chǎn)智能機(jī)器人也將具有廣闊的市場前景和社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。

2 總體設(shè)計(jì)

石油勘探與開發(fā)領(lǐng)域的機(jī)器人由中央處理系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)組成[2]，由于該機(jī)器人攜帶有多種傳感器，其可在部分石油勘測開放環(huán)境中自由探測行走，傳感器采集的環(huán)境信息可為機(jī)器人的分析處理提供可靠保障[3]。機(jī)器人具有自主探測及遠(yuǎn)程人工控制兩種操作模式，由于機(jī)器人身上的紅外探測傳感器可為機(jī)器人的自主移動(dòng)探測提供保障，同時(shí)工作人員也可遠(yuǎn)程操控機(jī)器人到達(dá)指定區(qū)域完成探測任務(wù)。當(dāng)后臺(tái)采集到環(huán)境信息后，工作人員便可依據(jù)該信息分析反饋，對(duì)石油開發(fā)提供可靠的保障。

圖1 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中油氣機(jī)器人

油氣機(jī)器人利用其自身安裝的USB攝像頭傳感器采集油氣開發(fā)環(huán)境的圖像信息，通過局域網(wǎng)環(huán)境將采集的圖像傳輸?shù)浇K端手機(jī)設(shè)備；利用溫感傳感器采集開發(fā)環(huán)境的溫度及濕度，利用煙感傳感器檢測開發(fā)環(huán)境的有毒及可燃性氣體如甲烷、乙烯等，當(dāng)氣體濃度超過閾值濃度時(shí)，即可發(fā)出警報(bào)信息，提醒工作人員進(jìn)行有效處理，同時(shí)后臺(tái)服務(wù)器可實(shí)時(shí)記錄機(jī)器人傳回的溫濕度信息，對(duì)齊進(jìn)行分析監(jiān)控，并在上位機(jī)或手機(jī)終端顯示。同時(shí)可利用紅外等傳感器探測局部范圍內(nèi)的生命特征，可對(duì)傷亡人員進(jìn)行探測。

油氣機(jī)器人主要由上位機(jī)控制端、局部無線網(wǎng)絡(luò)和信息采集處理端三個(gè)部分組成，如圖1所示。

油氣機(jī)器人的終端集成有高清的視頻采集設(shè)備，該視頻采集設(shè)備是基于6410嵌入式開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)的，此開發(fā)平臺(tái)上主要移植的有l(wèi)inux操作系統(tǒng)以及多種驅(qū)動(dòng)裝置，可為油氣機(jī)器人的開發(fā)提供豐富的接口，也為應(yīng)用的開發(fā)提供支持。嵌入式平臺(tái)移植的USB接口，可通過USB攝像機(jī)對(duì)油氣環(huán)境進(jìn)行視屏捕捉，后傳輸至6410核心處理器，經(jīng)過該處理器上的H.264編碼壓縮，可對(duì)采集的視屏信息預(yù)處理，降低傳輸帶寬，保證視頻信息的高清傳輸至局域網(wǎng)環(huán)境，上位機(jī)連接至該局域網(wǎng)，便可通過瀏覽器或App瀏覽查看視頻圖像信息，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互功能。

油氣機(jī)器人的信息采集端主要由最小系統(tǒng)控制，同時(shí)集成有多種數(shù)據(jù)傳感器，傳感器可有效監(jiān)控環(huán)境區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)通過局域網(wǎng)環(huán)境將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)傳遞至上位機(jī)終端，當(dāng)采集的環(huán)境信息超出某項(xiàng)指標(biāo)的臨界值時(shí)，系統(tǒng)便提示工作人員進(jìn)行安全警戒，降低油氣開發(fā)的安全隱患。最小系統(tǒng)上集成的無線通信模塊主要與上位機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不僅可為上位機(jī)傳遞采集的環(huán)境信息，還肩負(fù)接收上位機(jī)發(fā)送的操作指令，為機(jī)器人的終端控制提供保障。

3 總結(jié)

本文針對(duì)石油勘探與開發(fā)安全生產(chǎn)的需要，結(jié)合當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，采用嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)、傳感器信息采集技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了油氣機(jī)器人。提出并研究了智能機(jī)器人的系統(tǒng)架構(gòu)和Android智能手機(jī)控制終端，通過融合多種傳感器模塊和油氣機(jī)器人所配備的無線通信模塊，完成了對(duì)智能機(jī)器人所處周圍環(huán)境信息的實(shí)時(shí)采集與傳輸，保障油氣生產(chǎn)安全的同時(shí)，節(jié)省人力提高工作生產(chǎn)效率。