唐穎輝，張曉今

當今城市地下遍布著各種管線，但這些管線幾乎都是獨立布置，因此難以對其進行集中管理。為解決上述問題，國家提出建設(shè)綜合管廊，即在地下修一條隧道，然后將各種管線統(tǒng)一放置在其中[1]。

1 巡檢機器人的研究現(xiàn)狀

市場涌現(xiàn)出的巡檢機器人按照操作方式可大致分為兩類：智能巡檢機器人和人機操控巡檢機器人。

1）智能巡檢機器人。如圖1所示是蘇州光格設(shè)備有限公司研發(fā)的型號為AIR600的智能巡檢機器人，是一款軌道式管廊巡檢機器人。操作人員可預(yù)先提前設(shè)定好巡視點，隨后讓機器人自主完成巡檢作業(yè)。自動識別各類管線、隧道環(huán)境的故障、缺陷等異常狀況。發(fā)生緊急情況時，巡檢機器人可在第一時間進入事故現(xiàn)場，反饋現(xiàn)場環(huán)境實際情況。有效地提高了運維工作的效率和質(zhì)量，減輕了巡檢人員的工作負擔(dān)。

2）人機操控巡檢機器人。和智能巡檢機器人相比，人機操控巡檢機器人更為常見。工作人員在遠處使用相關(guān)設(shè)備遙控機器人進入管廊內(nèi)，然后通過控制機器人攜帶的各類傳感器進行監(jiān)測，并實時的信息傳遞給工作人員，更適用于惡劣的工作環(huán)境。如圖2所示是武漢固德科技有限公司研發(fā)型號為GD-CCTV地下管網(wǎng)檢測3D成像機器人。整個系統(tǒng)都是模塊化設(shè)計，移動靈活，兼容性強。內(nèi)置姿態(tài)傳感器：精度±1%，在爬坡時進行實時監(jiān)控，有防側(cè)翻預(yù)警功能，可有效防止傾翻，同時可實現(xiàn)管道坡度測量。配有800萬像素攝像頭，可以清晰的獲取區(qū)域內(nèi)的信息，同時給配有激光雷達360°全方位無盲區(qū)掃描，掃描速率可達3000次/秒，掃描最大半徑可達30m。

圖1 ARI600智能巡檢機器人

圖2 GD-CCTV地下管網(wǎng)監(jiān)測3D成像機器人

2 巡檢機器人在城市綜合管廊中的運用

2.1 綜合管廊巡檢機器人的功能需求

綜合管廊內(nèi)部環(huán)境相對惡劣，長期處于光線昏暗、潮濕、有毒害氣體泄漏的環(huán)境。因此管廊巡檢機器人必須具有相應(yīng)的功能，才能順利完成巡檢工作[2]。

1）移動靈活能力：巡檢機器人在復(fù)雜的環(huán)境中，需要具備靈活移動的能力，才能順利完成任務(wù)。2）全面監(jiān)測能力：管廊中布滿了燃氣、熱力、通信、供熱、給排水等管道設(shè)施，機器人必須實時監(jiān)測管內(nèi)各個管道信息、環(huán)境參數(shù)以及機器人的自身狀態(tài)信息。3）實時信息傳遞：管廊巡檢機器人在巡檢過程中，應(yīng)能把巡檢環(huán)境的實時情況以及機器人自身數(shù)據(jù)及時傳輸回操作中心，以便監(jiān)測。4）遠程操作能力：工作人員能通過設(shè)備遠程控制機器人，實時控制機器人在管廊內(nèi)進行相關(guān)的巡檢任務(wù)。5）準確定位系統(tǒng)：當機器人在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)到異常問題時，需要及時且精準的定位并報告給工作人員。6）持續(xù)工作能力：城市地下綜合管廊是一個龐大的工程，所以為了機器人能完成巡檢任務(wù)，機器人必須具備長時間的工作能力。

2.2 城市綜合管廊巡檢機器人的組成

城市綜合管廊機器人是由機器人本體、滅火機器人平臺、遠程智能控制系統(tǒng)、軌道平臺、供電平臺和通信平臺組成[3]。

1）機器人本體：機器人本體主要是由環(huán)境采集及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、語音對講及應(yīng)急廣播系統(tǒng)、自主防撞與避讓系統(tǒng)、實時精準定位系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。其中，環(huán)境采集系統(tǒng)，在機器人的云臺上會搭設(shè)一臺較高性能的攝像機，可以做到在可視條件極差的環(huán)境下時清晰成像。語音對講和廣播系統(tǒng)可以實時進行雙向語音。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以對管廊中的環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、可燃有毒氣體的濃度等進行實時監(jiān)測。在巡檢過程中，機器人擁有的防撞系統(tǒng)與精準定位系統(tǒng)，都能使巡檢任務(wù)更順利、更快速的完成。2）滅火機器人平臺：它與巡檢機器人通過同一套軌道系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及充電平臺進行操控，且滅火機器人自身搭載滅火器。可以和巡檢機器人一同迅速到達發(fā)生火災(zāi)的地點。3）遠程智能控制系統(tǒng)：是巡檢機器人的核心系統(tǒng)，可以控制機器人進行遠程的巡檢任務(wù)、主要有智能巡檢、告警管理等方面。4）軌道平臺：平臺為工字形，是巡檢機器人必不可少的一部分，可采用多種材料如鋁合金導(dǎo)軌、鋼制導(dǎo)軌等。5）供電平臺：綜合管廊巡檢機器人需要足夠的電源，才能完成巡檢任務(wù)。因此需在隧道中按一定距離布置充電樁，以此提高了充電性能，使機器人能夠在管廊中連續(xù)行走。6）通信平臺：機器人要在遠程監(jiān)控平臺進行操作，那么無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)是不可少的。在綜合管廊內(nèi)每隔200m應(yīng)設(shè)置一臺無線發(fā)射終端，保證管廊內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。當系統(tǒng)配備后備電源功能，主網(wǎng)失電后，系統(tǒng)能正常運作時間不小于1小時[3]。

2.3 巡檢機器人在綜合管廊中應(yīng)用

綜合管廊巡檢機器人系統(tǒng)，可以彌補傳統(tǒng)的巡檢模式下，人工巡檢人員的負擔(dān)過重這一缺點，降低工作中的危險性。作為一種移動監(jiān)控模式，又可以彌補綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)只能定點監(jiān)控的缺陷，進一步提高對綜合管廊的監(jiān)控能力[4]。

機器人可以進行定時巡檢、定位巡檢以及指定任務(wù)巡檢、遙控巡檢等多種巡檢的方式。在開始巡檢前，由工作人員先進行設(shè)定，隨后將設(shè)備投入管廊內(nèi)，此時巡檢機器人就可以根據(jù)設(shè)定好的路徑和指定的目標進行自動勻速的巡檢。在巡檢的過程中，機器人每到達一個制定的巡檢位置，就能自動且準確停車，按照工作人員的設(shè)定完成規(guī)定工作后，就會再按照路徑自動前往下一個巡檢目標，不需要進行人為操作來完成巡檢任務(wù)，并且巡檢機器人會自動記錄、保存所采集的數(shù)據(jù)。

巡檢機器人還可以攜帶相應(yīng)的傳感器進入工作區(qū)域。當攜帶氣體探測器與溫度傳感器進入管廊內(nèi)時，就可以實時對管廊內(nèi)的溫濕度和空氣環(huán)境進行分析并將結(jié)果反饋到工作人員處。氣體分析包含空氣中的氧濃度、有毒氣體與可燃氣體的濃度大小，此時可以人工設(shè)定報警限值，當溫度、濕度、氣體濃度高于或低于人工設(shè)定的報警限值時，就可以自動報警，以防止發(fā)生安全事故，威脅到工作人員的生命安全。同時巡檢機器人還可以作為安全指示，當有工作人員進入管廊內(nèi)進行工作時可以在前面做一個安全引導(dǎo)，提供濕度、溫度、氣體濃度的實時監(jiān)測，當有異常情況時，及時匯報給工作人員。

3 運用綜合管廊巡檢機器人的優(yōu)勢

1）安全性：綜合管廊巡檢機器人自身具有防火、防水、防腐等特點，降低了危險發(fā)生概率。2）實用性：后臺同一控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動巡檢，且能自動啟動應(yīng)急處理方案，充電檢修方便。3）經(jīng)濟性：綜合管廊中的公共區(qū)域采用費用分擔(dān)的方式，成本更低且其內(nèi)容服務(wù)更加明確。4）精確性：機器運動控制精度高，可以做到全方位掃描管廊內(nèi)部環(huán)境，并可迅速傳輸?shù)娇刂浦行摹?）可拓展性：模塊化設(shè)計，未來可繼續(xù)增加其他模塊。

4 結(jié)束語

城市綜合管廊是如今城市發(fā)展的主要趨勢，電力、通信、燃氣、給排水等市政設(shè)施的集中埋設(shè)，顯著提高了運行和維修的效率。巡檢機器人一方面可以全天候監(jiān)測作業(yè)，對于危險區(qū)域重點監(jiān)測，精確且快速的定位到故障點，幫助工作人員快速了解情況。另一方面可減輕人工作業(yè)過程中的負擔(dān)，防止各種危險的發(fā)生。因此，在城市中管廊中使用巡檢機器人有很強的實用意義。