鐵路機房智能巡檢系統設計與實現

張志韜，周 瑾，彭朝亮

（通號工程局集團北京研究設計實驗中心有限公司，北京 100070）

近年來，隨著國家高鐵網絡建設和應用規模的不斷擴大，鐵路通信技術的快速發展，鐵路通信系統的機房成為高鐵高效和安全運行的有力保障。目前鐵路通信系統的機房巡檢，仍采用人工方式。人工巡檢受人員的生理、心理素質、責任心、外部工作環境、工作經驗、技能技術水平的影響較大，存在漏巡、錯檢的可能性。人工巡檢存在及時性、可靠性差，花費人工較多，存在較大的巡視過程風險，巡視效率低下。

專用巡檢機器人在機房數據中心中的實際應用，將逐漸取代運行人員完成機房設備日常巡視、紅外測溫、操作前后設備狀態檢查等工作，實現設備巡視工作的無紙化和信息化，提高設備巡視的工作效率和質量，降低運行人員勞動強度和工作風險，提升機房智能化水平，為機房無人值守提供更先進的技術支撐平臺。

1 鐵路機房智能巡檢系統

鐵路機房智能巡檢系統主要是利用循跡智能車、高清攝像機、智能控制和現有的IP網絡等進行開發的，能夠對現有的機房等需要日常巡視監控檢查等場合，替代目前的人工巡視，人工檢查等，可以大大提高效率，確保巡視質量的前提下，大大降低成本。

系統主要由現場機房前端設備、服務網絡和后端管理服務器組成，客戶端通過服務器對前端設備進行信息采集和操作控制。

其中機房前端設備包括：自動循跡的巡檢車；具備云臺控制及變焦可控的高清攝像機；機房前端的無線接入AP；巡檢車及攝像機等專用的電源系統；前端設備的供電及自動充電系統；前端接入網絡設備；防火墻設備。

機房控制部分包括：控制主機；接入網絡設備；專用的網絡設備（自組網的IP設備等）；

監控終端主要包括：系統控制服務器；客戶查看操作終端；信息處理服務器。

2 鐵路機房智能巡檢系統設計

2.1 智能巡檢車的控制技術

智能巡檢車的控制系統，巡檢控制方式有兩種，第一種是智能巡檢，巡檢車通過避障和循跡，智能規劃路徑，達到對機房區域的自動巡檢；第二種是終端控制巡檢，終端可以遠端控制巡檢車，進行機房巡檢，及時查看監測情況。

系統主要監測設備主控部分、旋轉云臺部分、動力驅動部分和自動充電部分組成。智能巡檢車設備主要包括控制器，步進電機驅動器，電機旋轉云臺，狀態顯示燈，角度編碼器，三軸陀螺儀，紅外測距儀，外圍調理模塊，接口轉換模塊、無線路由、避障循跡模塊、紅外定位尋址充電模塊等。

監測設備主控部分，通過設置IO口，配置I2C、串口和以太網協議，進行數據的采集、處理和傳輸。通過GPIO輸出電脈沖，控制電機旋轉云臺，采集角度編碼器，三軸陀螺儀，激光測距儀，驅動步進電機旋轉云臺，控制放在云臺上的激光攝像機轉動，通過無線網絡傳輸，由監控終端調取圖像，及時查看機房監測圖像，同時控制器通過RS232串口采集紅外測距儀的數據。通過角度編碼器，采集云臺旋轉角度；通過I2C協議，控制器采集三軸螺旋儀數據，進行姿態測量，保證云臺的水平；位于云臺上的高清激光攝像頭，電源模塊。

動力驅動模塊，主控板通過UART，采集循跡模塊和避障模塊，智能規劃路線，驅動步進電機，帶動驅動輪，可控制巡檢車的移動和轉動。

自動充電模塊，主控板接收位于充電座的紅外信號，運用雙紅外定位位置，使巡檢車自動找尋充電座，并通過帶有磁鐵的充電插座，安全穩定的充電。

2.2 網絡接入技術

網絡接入技術要解決的問題是如何連接到各種網絡上，提供端到端的寬帶連接。本系統是運行無線網絡接入和光纖網絡接入，滿足設計要求。無線用戶環路是指利用無線技術為固定用戶或移動用戶提供電信業務，因此無線接入可分為固定無線接入和移動無線接入。光纖是目前傳輸速率最高的傳輸介質，在主干網中已大量的采用了光纖。如果將光纖應用到用戶環路中，就能滿足用戶將來各種寬帶業務的要求。

2.3 自動充電控制技術

自動充電模塊，主控板通過紅外接收模塊，接收位于充電座的紅外信號，運用雙紅外定位位置，使巡檢車規劃路線，自動找尋充電座，并通過帶有磁鐵的充電插座，安全穩定的充電。利用紅外設備，通過充電站與巡檢車之間的信號傳遞來實現尋找充電站和對接充電。

2.4 網絡安全防護

網絡接入技術要解決的問題是如何連接到各種網絡上，提供端到端的寬帶連接。本系統是運行無線網絡接入和光纖網絡接入，滿足設計要求。無線用戶環路是指利用無線技術為固定用戶或移動用戶提供電信業務，因此無線接入可分為固定無線接入和移動無線接入。光纖是目前傳輸速率最高的傳輸介質，在主干網中已大量的采用了光纖。如果將光纖應用到用戶環路中，就能滿足用戶將來各種寬帶業務的要求。

2.5 網絡接入認證

滿足可運營、可管理的網絡建設，對用戶訪問網絡資源的權限進行嚴格的認證和控制。例如，進行用戶身份認證，對口令加密、更新和鑒別，設置用戶訪問目錄和文件的權限，控制網絡設備配置的權限。

3 系統功能實現

3.1 設備異常智能預警

機器人能實現對鐵路通信及信號機房機柜、設備、板卡等裝置的類型、狀態進行圖像處理與識別分析，能夠檢測設備異常或告警等狀態信息：

（1）組合排架報警燈的狀態監測與報警。

（2）發送器、接收器、衰耗器指示燈的監測與報警。

（3）列控中心機柜采集板、LEU板指示燈監測與報警。

（4）電源防雷箱面板指示燈監測與報警。

（5）UPS及電源屏面板指示燈監測與報警。

機器人能實現模擬網絡盤上防雷單元劣化指標檢測、通過圖像處理方式實現，當屏顯為綠色為正常狀態，顏色變為紅色，為防雷單元故障。

設備故障預警和狀態監測根據設備運行規律或觀測得到的可能性前兆，在設備真正發生故障之前，及時預報設備的異常狀況，采取相應的措施，從而最大程度的降低設備故障所造成的損失。隨著設備裝置和控制系統的規模和復雜性日益增大，為保證安全平穩，通過可靠的狀態監控技術及時有效的監測和診斷過程異常就顯得尤為迫切和重要。基于知識的方法主要以相關專家和操作人員的啟發性經驗知識為基礎，定性或定量描述過程中各單元之間的連接關系、故障傳播模式等，在設備出現異常征兆后通過推理、演繹等方式模擬過程專家在監測上的推理能力，從而自動完成設備故障預警和設備監測。

3.2 自動化設備管理

站內（近端）終端可實現對本站巡檢機器人的管理與控制，可對巡檢機器人自身系統和圖像分析識別信息進行信息檢索與查詢，支持實時告警信息上報，歷史告警確認與查詢檢索等。可對本站巡檢機器人設置巡檢任務與計劃等詳細巡檢內容。遠程網管終端可實現對全線巡檢機器人的管理與監控，可同時對多個站點機器人進行集中監控，可對站內（近端）終端進行遠程管理。

對鐵路機房設備實施定期或連續監測，全面動態地掌握系統狀態和功能情況，并對數據進行有效的分析和管理，提煉出對設備管理有價值的信息，實現對設備狀態的分類和預警功能、查詢及歷史信息數據庫的應用管理，為管理人員及時提供早期的故障信息和維修決策依據。

3.3 人工手動巡檢

機器人可在受站內終端與遠程網管終端控制下，實現人工手動巡檢。優先級高于全自動巡檢。巡檢方式可采用操作控制器或界面控制方式實現。操控可靠穩定，且控制功能受預設安全機制限制。

4 結束語

鐵路機房智能巡檢系統具有以下創新點：

（1）自動巡檢作業，日夜不間斷巡檢，自動識別指示燈、開關狀態、刻度表等儀表，自動記錄機房室內溫濕度。

（2）對UPS、照明、配電等設備進行主動監控，自動采集上報告警信息。

（3）按照任務配置，定點定時進行高清拍照，形成標準報表實時上傳，幫助后臺人員對服務器、交換機、存儲等設備運行狀態進行研判。

（4）遠程巡檢作業，機器人巡檢時實時回傳現場的音視頻，控制中心可以進行遠程控制，通過移動式視頻監控和語音對講實現遠程監督作業，也可以求助技術專家遠程指導運維。

人工智能首先從專業性較強的細分領域開始得到應用，以巡檢安防行業為代表，人工智能將成為其新的競爭熱點，巡檢機器人更是其中的重中之重。傳統巡檢安防工作走向以人工智能技術為依托的“智能巡檢”及“立體巡檢”，并逐步融入了“平安城市”、“智慧城市”的建設中。