張 津

(深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，深圳518029)

0 引言

1 系統(tǒng)框架

巡檢機(jī)器人系統(tǒng)以監(jiān)控平臺(tái)為基礎(chǔ)和核心，由巡檢機(jī)器人軟件模塊、軌道總成、供電總成、通信總成、巡檢機(jī)器人本體及其他相關(guān)設(shè)備組成，通訊傳輸采用TCP/IP 綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)＋WiFi 無線信號(hào)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合一體的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，以達(dá)到遠(yuǎn)程集中監(jiān)測、集中顯示報(bào)警、集中聯(lián)動(dòng)控制和集中管理的目標(biāo)。 如圖1 所示，為巡檢機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 機(jī)器人設(shè)置

機(jī)器人是整個(gè)系統(tǒng)的核心組成部份，承擔(dān)管廊內(nèi)巡檢和現(xiàn)場處置的主要作用，其本體具備機(jī)器人自檢、視頻監(jiān)控與圖像識(shí)別、紅外成像與火災(zāi)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、語音對講等功能。

機(jī)器人橫斷面布置:在工藝專業(yè)進(jìn)行管廊橫斷面設(shè)計(jì)之時(shí)，需考慮機(jī)器人的運(yùn)行空間(目前主流機(jī)器人尺寸為400mm×400mm)，統(tǒng)籌各專業(yè)設(shè)備在艙室頂部的排放布置，其中沿管廊通長布置的設(shè)備主要為消防滅火裝置、電氣照明燈具、自用線槽以及機(jī)器人軌道，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證各設(shè)備的正常運(yùn)行不受干擾。 若斷面空間受限，可在滿足規(guī)范要求情況下，利用管廊豎向上的空間保障設(shè)備正常運(yùn)行。 具體布置如圖2 所示。

圖2 巡檢機(jī)器人橫斷面布置圖

目前機(jī)器人的運(yùn)行速度為2.5m/s。 假設(shè)機(jī)器人在最不利的位置時(shí)管廊發(fā)生警報(bào)，應(yīng)保證其在15min 的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)到達(dá)事故現(xiàn)場，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前巡檢機(jī)器人的造價(jià)指標(biāo)等因素考慮，在設(shè)計(jì)區(qū)域布置時(shí)按每2 000m 巡檢區(qū)域配置1 臺(tái)巡檢機(jī)器人，可經(jīng)濟(jì)、高效地實(shí)現(xiàn)對管廊狀態(tài)連續(xù)、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)采集及系統(tǒng)存儲(chǔ)。

2.2 附屬系統(tǒng)設(shè)置

2.2.1 供電系統(tǒng)

巡檢機(jī)器人采用分布式充電樁為其供電。 充電樁在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)器人電池容量、充放電時(shí)間，結(jié)合運(yùn)行工況和防火門間隔、應(yīng)急響應(yīng)速度等因素進(jìn)行布置，并留有一定的安全余量，以滿足機(jī)器人巡檢過程中電力供應(yīng)的可靠性要求。

經(jīng)過多個(gè)管廊項(xiàng)目應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)可按照每1 000m 巡檢區(qū)域設(shè)置1 套分布式充電站，每個(gè)充電站軌道安裝1 個(gè)充電座。 充電站采用艙室內(nèi)就近配電箱交流220V 作為電源輸入，具備浪涌防護(hù)能力。充電電壓為34 ～42V，充電電流為2 ～6A，功率不超過260W。 巡檢機(jī)器人到達(dá)充電站時(shí)，經(jīng)系統(tǒng)檢測確認(rèn)后，開始為其充電，平時(shí)斷開，安全可靠。

2.2.2 無線通信系統(tǒng)

GLU、FINS、FFA水平較NF組升高(P<0.05)。HF+LBBR組和HF+HBBR組GLU、FINS、FFA較HF組明顯下降(P<0.05)；高脂喂養(yǎng)時(shí)，隨著小檗堿劑量增加，F(xiàn)INS水平進(jìn)一步下降(P<0.05)。

巡檢機(jī)器人的通信系統(tǒng)采用高速無線通信方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與綜合管廊后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)。巡檢機(jī)器人所有的控制信號(hào)、視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、現(xiàn)場傳感器采集數(shù)據(jù)及報(bào)警信息等通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的通信和交互。

管廊無線通信系統(tǒng)每個(gè)防火分隔內(nèi)按照每100m 左右配置1 臺(tái)無線AP 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)通過每個(gè)AP 傳輸?shù)皆O(shè)備間的交換機(jī)，并經(jīng)由光纖環(huán)網(wǎng)與管廊的中心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)高速通信鏈接。 如圖3 所示，為機(jī)器人通信系統(tǒng)圖。

圖3 機(jī)器人通信系統(tǒng)圖

為了保證這些數(shù)據(jù)能夠通過交換機(jī)穩(wěn)定傳輸，交換機(jī)采用環(huán)形連接的方式，當(dāng)“通信環(huán)”其中一個(gè)點(diǎn)斷開時(shí)，數(shù)據(jù)將通過另一個(gè)方向進(jìn)行傳輸，將巡檢機(jī)器人現(xiàn)場的工作和巡檢情況實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器中。

2.2.3 自動(dòng)防火門系統(tǒng)

為了使巡檢機(jī)器人能夠穿越防火隔離墻，對相鄰艙室進(jìn)行長距離連續(xù)巡檢，需設(shè)置專門供巡檢機(jī)器人穿越的自動(dòng)防火門。

在管廊艙室內(nèi)每個(gè)防火分隔上方設(shè)置獨(dú)立的鋼制甲級(jí)防火門，并配備電控系統(tǒng)，最大防火時(shí)效可達(dá)1.5h。 防火門尺寸不大于500mm(高) ×500mm(寬)。 自動(dòng)防火門的設(shè)計(jì)還需要考慮故障安全的原則，在失去外部電源的情況下，應(yīng)保證防火門處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖4 機(jī)器人防火門示意圖

圖4 為機(jī)器人防火門示意圖，機(jī)器人自動(dòng)通過防火門的開關(guān)門原理為:機(jī)器人運(yùn)行至防火門前1m→給控制器信號(hào)→控制器發(fā)出開門信號(hào)→防火門打開→機(jī)器人傳感器檢測門打開狀態(tài)→機(jī)器人通過→通過1m 后關(guān)門→傳感器檢測關(guān)門狀態(tài)→給控制器已關(guān)門信號(hào)→完成。

2.2.4 機(jī)器人軌道系統(tǒng)

機(jī)器人的運(yùn)行方式采用自動(dòng)行走的懸掛軌道式設(shè)計(jì)，巡檢機(jī)器人由電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走，坡道采用在軌道上鑲嵌爬升裝置，滿足大角度爬坡。 機(jī)器人軌道單節(jié)長度4 000mm、寬80mm，重量達(dá)1.5kg/m，沿艙室頂部通長敷設(shè)。

地下管廊通過干支結(jié)合系統(tǒng)成網(wǎng)，形成了很多T型路口或十字型接口。 因此，當(dāng)?shù)踯壯矙z機(jī)器人遇到分岔路口時(shí)，為了讓巡檢機(jī)器人能夠到達(dá)指定的位置，可以在軌道中安裝換軌裝置，將不同方向的軌道連接起來。 如圖5 所示，為機(jī)器人換軌裝置示意圖。

圖5 機(jī)器人換軌裝置示意圖

機(jī)器人軌道在敷設(shè)過程中受管廊路由彎曲度、縱斷坡度及通風(fēng)口、進(jìn)料口、逃生口、管線出艙節(jié)點(diǎn)等因素影響，可形成弧形軌道，在相關(guān)節(jié)點(diǎn)位置水平向兩側(cè)或垂直方向拐彎通過，拐彎半徑控制在800～1 000mm，圖6～7 為機(jī)器人軌道敷設(shè)示意圖。

圖6 機(jī)器人軌道敷設(shè)示意圖(一)

圖7 機(jī)器人軌道敷設(shè)示意圖(二)

2.3 遠(yuǎn)程控制

巡檢機(jī)器人的后臺(tái)控制系統(tǒng)主要用于對機(jī)器人及現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與運(yùn)維人員遠(yuǎn)程交互。 運(yùn)維人員可通過后臺(tái)對機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)操作，并獲取機(jī)器人巡檢的數(shù)據(jù)和機(jī)器人工作狀態(tài)。

在已經(jīng)建成的管廊項(xiàng)目中，后臺(tái)系統(tǒng)已與監(jiān)控中心綜合監(jiān)控平臺(tái)有機(jī)地結(jié)合一起，集成為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)和協(xié)調(diào)的綜合系統(tǒng)。 后臺(tái)控制系統(tǒng)作為智能化的信息中轉(zhuǎn)站，將機(jī)器人的巡檢數(shù)據(jù)按照規(guī)范要求進(jìn)行存儲(chǔ)和分發(fā)，用于現(xiàn)場的安全管理和技術(shù)診斷。 圖8 為綜合監(jiān)控平臺(tái)展示示例。

3 結(jié)束語

綜合管廊在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)考慮適用機(jī)器人巡檢的結(jié)構(gòu)化環(huán)境，優(yōu)化巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)和安裝步驟，降低機(jī)器人成本，提高機(jī)器人運(yùn)維的可靠性。

隨著人工智能和機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，綜合管廊巡檢機(jī)器人將不斷實(shí)用化，并逐漸替代運(yùn)維人員實(shí)現(xiàn)智慧管廊的少人或無人值守，顯著降低巡檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高巡檢效率和質(zhì)量，保障城市生命線工程的安全，提升綜合管廊的智慧安全管理水平。