梁隆飛

摘? 要：電力隧道的應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)劃期間被廣泛應用，為強化電力隧道的巡視檢修質(zhì)量，可有針對性地設(shè)計并應用智能監(jiān)測機器人?；诖?，本文首先分析了電力隧道智能監(jiān)測機器人系統(tǒng)架構(gòu)情況，進一步從不同方面展開設(shè)計應用分析。

關(guān)鍵詞：電力隧道;智能監(jiān)測機器人;設(shè)計應用

引言：

電力隧道運行期間需對內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境氣體含量、溫濕度條件進行監(jiān)測，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)測盲區(qū)，不利于電力隧道的整體把控，為實現(xiàn)電力隧道實時高效監(jiān)測，可應用人工智能技術(shù)，設(shè)計并應用智能監(jiān)測機器人，以此更好地開展電力隧道管理工作。

一、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計分析

為確保智能監(jiān)測機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、后臺服務器、后臺監(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)具有風險隱患，則會自動發(fā)出警報。機器人監(jiān)測系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)可存儲于數(shù)據(jù)庫內(nèi)，同時傳輸至集中監(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)測機器人系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)共享至安防、MIS系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、運維站系統(tǒng)內(nèi)。（2）通信層。其由光電轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡交換機、多無線站點構(gòu)成，上述設(shè)備均具有漫游功能，可實現(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)可通過通信層進行傳輸，當有控制指令生成后，還可將控制指令快速下達傳輸。（3）終端層。其由機器人移動終端、軌道總成構(gòu)成，終端層為智能監(jiān)測機器人主要部分，是決定智能監(jiān)測機器人功能情況的主要結(jié)構(gòu)，在本次設(shè)計中，將終端層設(shè)置為運動承載系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、機器人輔助系統(tǒng)、環(huán)境檢測系統(tǒng)，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)全面采集，故下將從決定智能監(jiān)測機器人功能的五大系統(tǒng)方面展開分析。電力隧道智能監(jiān)測機器人系統(tǒng)整體設(shè)計情況如圖1所示。

二、智能監(jiān)測機器人在電力隧道中的設(shè)計應用

（一）運動承載系統(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，故電力隧道在實際運行中存在起伏、轉(zhuǎn)彎情況，為了解電力隧道運行狀況，防止風險發(fā)生，智能監(jiān)測機器人需設(shè)置運動承載系統(tǒng)。在機器人運動承載系統(tǒng)設(shè)計中，應將爬坡扭矩、行進速度等關(guān)鍵因素考慮在內(nèi)，用于確保智能監(jiān)測機器人可在軌道內(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)計智能監(jiān)測機器人運動承載系統(tǒng)時，應根據(jù)軌道加工技術(shù)與原理，在機器人運動承載系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置軌道導航，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)測檢修需求確定智能監(jiān)測機器人的運行速度及定位精度，在實際設(shè)計中，可將機器人運動速度設(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)測機器人可在電力隧道內(nèi)實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向，且可穩(wěn)定上下坡，應在機器人軌道運動平臺內(nèi)增設(shè)多元化運動功能，如轉(zhuǎn)彎、爬坡、直線行進等，為智能監(jiān)測機器人在電力隧道內(nèi)高效巡檢奠定良好基礎(chǔ)?？紤]到電力隧道內(nèi)可能具有可燃性氣體，智能監(jiān)測機器人可設(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，以為確保機器人可獲得充足的能源供給。

（二）通訊系統(tǒng)設(shè)計

在本次電力隧道智能監(jiān)測機器人通訊系統(tǒng)設(shè)計中，為保障通訊效果而搭建了無線通訊、有線通訊兩種模式，將無線漫游技術(shù)搭設(shè)在電力隧道通訊基站內(nèi)，以無線漫游技術(shù)為紐帶銜接前端智能監(jiān)測機器人終端與后臺控制中心，同時應用光纖環(huán)網(wǎng)鏈路，以此實現(xiàn)網(wǎng)絡全覆蓋，使智能監(jiān)測機器人在電力隧道各個路徑定位下均可在200Mbps的無線帶寬下進行通訊。電力隧道智能監(jiān)測機器人通訊系統(tǒng)在實際設(shè)計過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，三是有線通訊與無線通訊相結(jié)合。對上述三種通訊方案進行分析，其中漏波電纜通訊能夠良好適應電力隧道的起伏、彎曲環(huán)境，但通訊距離相對較短，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)測機器人在行進期間可能會造成滑束線摩擦，而電力隧道內(nèi)可能存在可燃氣體，若管控不當容易引發(fā)安全事故，因此并不采用該通訊方式。對有線通訊與無線通訊相結(jié)合的方式進行分析，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器人通訊模式。

（三）設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)

智能監(jiān)測機器人需對電力隧道內(nèi)部設(shè)備進行監(jiān)測監(jiān)督，為實現(xiàn)良好監(jiān)測，可在設(shè)置可見光監(jiān)控攝像機，當智能監(jiān)測機器人執(zhí)行智能監(jiān)測機器人監(jiān)測工作時，則可攜帶攝像機進行數(shù)據(jù)檢測，以此了解內(nèi)部設(shè)備外觀質(zhì)量及溫度條件。借助前端攝像機完成外觀、溫度數(shù)據(jù)采集后，還可借助模式識別、圖像處理等技術(shù)檢測電纜，并經(jīng)圖像預處理及紋理分析，了解電力隧道設(shè)備的質(zhì)量狀況，進一步判斷電力隧道內(nèi)是否存有異常風險。除此之外，還可將紅外測溫儀設(shè)置在智能監(jiān)測機器人上，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，繼而實時了解電力隧道電纜溫度情況。

（四）環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

為進一步保障智能監(jiān)測機器人巡檢效果，可機器人增設(shè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，主要用于檢測電力隧道內(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、燃氣等氣體，同時還可對電子隧道進行煙霧檢測、溫濕度檢測，以此及時發(fā)現(xiàn)故障災情隱患。

（五）輔助系統(tǒng)設(shè)計

智能監(jiān)測機器人在電力隧道內(nèi)主要負責日常巡視檢修，為確保機器人可順利完成工作，需在機器人實際設(shè)計中，需設(shè)計語音對講功能、聯(lián)動功能、避障功能等，用于輔助機器人更好地完成工作。（1）語音對講功能。將對講設(shè)備設(shè)置在機器人系統(tǒng)內(nèi)，當機器人進行巡檢時，后臺管理人員可與現(xiàn)場人員進行實時交流，為應急控制奠定良好基礎(chǔ)。（2）聯(lián)動功能。電力隧道內(nèi)存在其他監(jiān)測設(shè)備，可將機器人與其他監(jiān)測設(shè)備進行連接，以此實現(xiàn)電力隧道的綜合性聯(lián)動監(jiān)測。（3）避障功能。電力隧道彎曲起伏，智能監(jiān)測機器人在行進期間可能會遇見各類障礙，此時可設(shè)計障礙自動識別功能，避免機器人碰撞。

結(jié)束語：

綜上所述，借助人工智能技術(shù)設(shè)計并應用智能監(jiān)測機器人可實現(xiàn)無死角、持續(xù)化電力隧道監(jiān)測，實時把控電力隧道運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素進行風險抑制。在電力隧道智能監(jiān)測機器人設(shè)計與應用期間，應從運動承載系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、機器人輔助系統(tǒng)等方面展開設(shè)計應用。

參考文獻：

[1]孫培培.基于地鐵隧道三維模型的自動化變形監(jiān)測方案研究[D].西安科技大學，2020.

[2]劉哲強.測量機器人在地鐵隧道自動化變形監(jiān)測中的應用[D].西安科技大學，2020.