面向運營商智慧巡檢的四足機器人視覺檢測系統研究

趙東明 田雷 石理 李承鵬

（中國移動通信集團天津有限公司人工智能實驗室 天津市 300000）

1 引言

運營商巡檢任務，主要有設備的外觀、溫度、噪音狀況巡視，其中包括變壓器、網絡交換設備、母線、隔離開關、路由網關等，巡檢任務量大，并且要在雷雨等特殊天氣和用電高峰期時增加特殊巡檢，但目前主要方式為人工巡檢，巡檢效果因人而異，與巡檢人員對設備的了解、人員的責任心等有很大關系，還存在一定危險性[1]。因此，急需打造基于智能機器人的視覺檢測系統，采用AI技術對通信設備關鍵零部件圖像進行實時分析，判別設備零部件的狀態故障與關鍵參數變化，并結合5G的高帶寬低時延高并發特性，以5G網絡進行“云-端”高分辨率圖像傳輸和智能控制，持續提高協同運營水平，保證制造企業安全運轉[2-3]。

2 功能介紹

天津移動AI實驗室主持研發了面向智慧巡檢的機房巡檢四足機器人“赤驥”。“赤驥”取名來自“穆王八駿”，傳說為周穆王八駿之首，代表了四足機器人如駿馬一般快如閃電。為了解決人工巡檢強度大、質量不均衡、輪式機器人無法適應狹窄空間和復雜地形等問題，打造了以四足機器人為平臺的檢測系統，以5G網絡實現4K級高清圖像的實時傳送，在移動云高性能GPU集群完成處理和分析，并指揮機器人實時響應后臺指令，從而完成圖像自動存儲對比分析、紅外精確測溫、巡檢及告警發布等作業，探索智慧工業、指揮園區、智慧安防場景下的四足機器人巡檢。如圖1所示。

圖1：四足機器人巡檢

2.1 構建基于四足機器人的視覺安全巡檢系統，驅動智慧化變革

機房巡檢四足機器人在機房環境中巡檢，需要滿足運動、障礙規避的能力和導航精度，攜帶有相應的攝像頭和傳感器，具有配電設備檢測功能。機器人完成圖像采集后，高清視頻通過5G-CPE經高速網絡傳遞到云端GPU集群，進行目標檢測和異常識別，檢測場景包括：工程人員合規性檢查、電子屏及儀表讀數檢測、熱成像測溫檢測、異常侵入檢測等情況，自動觸發告警，提醒運維人員進行檢查。

2.2 打造多模數據融合的四足機器人檢測平臺，支撐巡檢新方法、新流程

機房巡檢四足機器人主要由運動底盤、控制管理系統、監控管理系統、網絡模塊組成。運動底盤是巡檢系統的四足平臺，上面搭載著多種傳感器，比如激光雷達、姿態傳感器、超聲波傳感器等用于定位和導航，另外上層搭載眾多智能設備如可見光攝像機、熱成像測溫攝像機、拾音器裝置等，將視覺數據采集完畢后，配合GPU集群部署的計算機視覺深度學習框架，完成配電站的巡檢任務。

2.3 構建四足機器人控制管理系統和軟件環境，實現“5G+AI”技術融合賦能

控制管理系統，通過網絡系統連接四足機器人軟件環境，進行巡檢任務中的環境地圖建立、巡檢路徑點部署、設備狀態信息記錄和巡檢任務啟動等管理過程。按照預設的巡檢路線到達位置后，以多種視覺傳感器采集視頻，以目標檢測、圖像分割和異常分類等方法，自動檢測電氣化設備是否安裝正確，是否存在異常連接、關鍵原件缺失、設備安裝錯誤等問題，檢測結果可以在控制管理系統的手機APP中查詢。監控管理系統用于巡檢任務下達，并遠程觀測巡檢任務的執行情況，必要時可以通過遠程點檢方式，由人工和智能方式協同檢測。

網絡模塊包括機載路由器、局域網交換機和無線CPE（5G模組），車載網絡路由器和局域網交換機通過有線以太網連接，多種高清視覺設備為了傳輸穩定也采用有線連接，四足機器人系統局域網交換機通過無線CPE，以5G高速網絡實現和GPU集群進行數據交互，以即時控制。如圖2所示。

圖2：四足機器人的即時控制

3 應用情況

機房巡檢四足機器人“赤驥”，除了應用在運營商機房，也可應用于工廠、園區、變電站、城市地下管廊、電力隧道管井及其他重要場所，通過上述區域的例行檢查和定點巡查，獲取環境信息以及傳感設備的識別信息。一臺機器人可覆蓋2萬5千平米的巡檢區域，巡檢時段可達2小時/日，異常識別精準度90%，相比人工巡檢效率提升2倍。目前，四足機器人是機器人巡檢領域的發展新趨勢，也存在續航能力不足、自動回充能力不足、負載設備重量限制等問題，天津移動將不斷解決問題，加強四足機器人的實際應用效果。

系統目前已在天津移動公司內全面推廣，在智慧工業行業拓展、5G基站施工巡檢、統一資源池機房巡檢、通信機房巡檢，在天津移動移通大廈、曹莊樞紐等重要機房場景內累計試運行5個月，單次巡檢面積2000平方米，累計巡檢面積達30萬平方米，巡檢次數25輪次。本成果適用于智慧工業、智能制造企業的巡檢管理，可以顯著加強工業互聯網發展背景下創新管理的主動性，精確性和互動性，提升了客戶滿意度，探索了面向工業應用的人工智能賦能新模式，形成強大的精細化管理能力。

4 推廣價值

四足機器人“赤驥”填補了中國移動在機器人控制和計算機視覺技術領域的空白，相關人工智能技術（計算機視覺，級聯神經網絡、目標檢測）在集團內處于領先地位，具有非常好的產品可持續性、推廣性和示范效應。

4.1 構建行業標準，降本增效成果顯著

利用現有通信機房、電氣機房采集的80萬張設備檢測圖像庫，對深度學習模型的準確率和誤識別率進行測試，平均正樣本率98.8%，負樣本率97.9% 。顯著高于外部開源視覺框架系統在天津移動設備圖像庫的表現。通過機器人的攝像頭采集，到識別出溫度異常、設備缺陷或者異常人員，全流程僅3-5秒，處理效率高。單個圖像視界內支持同時100個小目標的識別和比對，多任務多目標處理能力強，準確度不下降。對于單次比對，基于級聯神經網絡實現微小目標識別和分類，無延遲，無漏檢。

4.2 填補技術空白，獲得認證及資質

此系統在數據、模型、技術方法三個方面均填補了集團空白，具有非常好的技術可持續性。已獲得國家AI行業聯盟、天津市科委和集團公司的技術、研究、應用、自主性認證，核心價值非常高。入圍中國移動自主開發大賽決賽獲得總決賽銅獎和最佳商用推廣獎，已通過中國移動全網測評中心的檢查，自主研發能力獲得集團認證。同時，也在天津市科技成果轉化中心獲得科技成果鑒定，水平為“國際先進”。

5 結束語

機房巡檢四足機器人“赤驥”，實現了中國移動機房環境巡檢效率提升。替代機房巡檢作業人員的日常例行巡檢任務，包括設備檢測、溫度檢測、煙霧檢測、儀表讀數檢測，濕度檢測、螺栓脫落檢測、異常電壓檢測、網絡設備光口電口檢測等。替代機房巡檢作業人員對工程作業的生產合規性檢測任務，包括身份合規性審查安全帽檢測、安全帶檢測等，以人工智能技術代替人力，尤其是以計算機視覺實現高清攝像，后端打造多個目標檢測、物體識別模型，實現運營商機房設備的看護。替代機房巡檢作業人員的周期抽檢任務，機房巡檢人員無需每個作業周期都到現場進行檢測，僅需要查閱機器人巡檢后的計算機視覺檢測結果，并適當使用遠程點檢功能進行設備抽檢即可，可靠度高，實現了降本增效。