高壓電力電纜隧道智能巡檢機器人系統技術探討

陳志堅

（囯網廈門供電公司，福建 廈門 361000）

0 引 言

目前，我國電力運輸隧道的電纜工程施工中陸續完成了多種監控系統建設，通過這些監控系統的工程建設和實施基本實現了對所有用于電力運輸管網和隧道的電纜智能遠程監控，為保證電纜和管網的安全正常運營和發展奠定了堅實基礎[1]。這些新型的智能化隧道監控系統主要是安裝在固定的重點位置，既具有實時覆蓋面大、運行穩定可靠以及經濟性佳的特點，同時也存在著不能及時實現對連通隧道內緊急情況的完全實時覆蓋的問題。當隧道發生現場緊急情況時，無法將現場緊急情況在第一時間內及時且清晰地傳輸到隧道監控數據中心，無法在必要時對連通隧道或有線電纜的特定重點部位采取有效的保護措施[2,3]。因此，本文將深入探討如何在工業電力智能隧道巡檢中實現工業智能隧道巡檢，利用機器人及其系統應用來有效彌補上述不足。

1 電力隧道巡檢現狀分析

目前，各省市電力供電監管公司對電力隧道的綜合巡檢服務方式依然以隧道人工綜合巡視為主，巡視服務人員定期組織進行隧道地面和電力隧道之間協同的綜合巡視服務工作。隧道內巡視人員進行巡視時的工作效率較低，而這些巡視工作內容可以通過使用自動化的巡視攝像機和監控系統來進行代替[4]。為了進一步提高我國電力鐵路隧道的人工防災搶險處理能力，保障我國高壓電力電纜網的安全穩定運。我國電力鐵路隧道基本實現了固定、離散在線人工監測，一些重點電力鐵路隧道還根據需要實現動態和連續在線監控的處理功能，以利用現代信息技術手段基本實現對我國重點電力隧道的不間斷人工巡檢，取代傳統人工在線巡檢[5]。同時，還希望可以基本實現對我國電力鐵路隧道內突發性火災事件的現場干預處理，在事發第一時間可以采取最有效的事件處理干預措施。相對傳統的隧道人工巡檢干預，該方式具有快速、安全且高效的處理優勢[6]。

2 電力隧道智能巡檢機器人系統的技術特點

2.1 多種高新技術的有機整合

智能隧道巡檢監控機器人系統如圖1所示。該系統整合了模式識別技術、無線視頻信號數據傳輸技術、非機械接觸自動供電技術、智能自動控制技術、數字視頻監控技術以及機電聯動控制技術等多種行業高新技術應用手段，集電力機械、電子、控制、傳感以及材料等多部門學科于一體，促使我國電力運輸隧道的安全事故防護與智能化工程管理達到一個新的水平[7]。

圖1 隧道智能巡檢機器人

2.2 動態監測手段與現場處置手段有機結合

將現場視頻自動監控、多種有害化學氣體自動監測、溫度/相對濕度自動探測以及避障自動操作等安全監測監控手段與智能交互式視頻對講機和廣播事故指揮等有機結合，讓我國電力傳輸隧道內部智能安全機器人擔負起“電子警察”的安全職責，使我國電力傳輸隧道內部特高壓動力電纜的安全事故防護管理邁上一個新臺階[8]。

2.3 隧道專用供電技術

電力車的隧道深處地下，長期處在潮濕、高溫的工作環境中，同時由于隧道內部空間狹窄，電纜和機動車托架等隧道上的障礙物所占位置比較多，對各種智能交通機器人使用體積、避障行走能力以及其隧道的防潮、抗腐、防銹等都有著極高的技術要求。此外，由于電力車輛在隧道范圍內會存在很大的上、下坡和雙向拐彎，因此對于各種智能化運輸機器人的自動行走和避障性能更是提出了極高要求[9]。這些對各類電力工業隧道的一些特殊要求可能和普通電力工業隧道在設計上的應用方式完全不同，所以需要自主研發各類專用隧道技術。

2.4 隧道無線通信技術

機器人對語音動作進行實時控制、采集以及處理得到的各種語音數據實時傳輸都需要依靠地下隧道內的無線通信控制系統。基于地下隧道內特殊工作環境，采用無線通信系統模式控制語音數據與高速語音視頻的實時傳輸，達到實現視頻、數據以及語音的三位一體，以有效地適應地下隧道內部空間狹窄、路徑坡度起伏彎曲以及兩側無線電纜上支架不直接對無線信號直接吸收等復雜的現狀[10,11]。

3 電力隧道智能巡檢機器人系統

3.1 智能巡檢機器人

電力隧道智能巡檢機器人系統是整個隧道巡檢管理系統的重要組成部分，承擔了車載隧道內的車輛巡檢和現場監控處置等管理功能，由車載隧道內智能現場監控管理子系統、視頻自動成像管理子系統、有害化學氣體質量監測管理子系統、遠程手動現場監控處理自動化管理子系統(現場監控處置自動執行)、交互式自動成像對講機以及電視廣播的自動控制等共同組成。

3.2 定位系統

隨著現代化定位技術的成熟發展，現如今出現了許多定位技術應用在多個領域中。常規情況下，對于系統的定位往往需要一個相對完善的通信環境，如果沒有辦法與上機取得通信聯系，那么將無法知道智能機器人所處的位置，相對應的定位也沒有辦法實現。隧道機器人對于定位有著較為嚴格的標準，需要建立更高級的綜合性通信渠道，如時差雙曲線定位以雙曲線作為通信的基本支點進行通信。

3.3 監控系統

隧道智能化監控系統采用分級管理的模式，通過建立多平臺、多系統下的統一管理平臺，實現了對所有監控系統內部各個分監控中心或者是當地各監控主機和監控裝置等的統一、有序管理。而各個部門的分監控中心在充分服從于總監控中心調度指揮工作需要的同時，也在自己的職能區域內負責管理和調度所屬隧道內的各個監控設施，從而可以達到一種集中和分散相互結合的多層次用戶經營管理模式。隧道內部智能化的監控系統主要功能包括隧道內部實時視頻監測、車流流速檢查、變配電工作參數檢查、火災自動報警、照明、通風、應急電話、環境監測以及交通管理控制等。其中，隧道互聯網視頻監控系統的構建可以實時監視隧道內部的交通流量與交通工具的正常運行狀態，適時管理關鍵路段的交通，及時發現各類異常情況并做出相應的處理措施，以有效確保隧道高速、安全、舒適且經濟有序的正常運營。

3.4 供電平臺

智能巡檢監控機器人的綜合動力系統驅動及高速滑線的供電控制系統套件是集工業機械、電子、電器以及計算機于一體的大型綜合動力輸送管理系統。它將車輛生產、監測控制設備、動車行走控制設備等綜合裝置在車輛預定的運行軌道上，按照國家編制的軌道控制管理程序運行。同時，自動巡檢控制機器人按照用戶設定的自動巡檢操作程序，在不同的巡檢時間點上，按照移動平臺上的控制指令即可進行實時的完全自動化巡檢控制。

3.5 通信平臺

采用無線隧道數據網絡的全部無線傳送技術，在無線隧道內即可實現對于目前所有無線網絡全部縫隙的完全覆蓋。利用并網后的電力由隧道內部的光纖通信網絡進行傳輸和發射網絡,每200 m處建立一臺無線通信并網發射基站的終端。無線通信基站設施全部按照雙模組網方式建造，兩個漏波天線電纜接頭分別按照一根漏波天線電纜分前后沿電力隧道南北兩個方向敷設。電力傳輸隧道內部的光纖通信數據傳輸系統在本網絡內部敷設光纖光纜和4個供電口，10/100 M以上的光纖收發器均可作為本網絡通信系統重要的設備進行數據通信。

4 結 論

通過上面的分析可以得知，在當今信息時代，對于高壓電力電纜隧道智能巡檢機器人系統的完善需要適應時代的變化，即系統硬件結構簡單、系統軟件開發方便等。在研究的同時需要深入分析找出所存在的缺點，由于系統實時性的研究欠缺，不能保證實時性這一特點的有效執行。但是從總體來說，完善高壓電力隧道智能巡檢機器人對于工程來說是一個巨大的進步，希望后期能夠繼續進行完善。未來，高壓電力電纜隧道智能巡檢機器人系統技術將在工程質量檢測和遠程監控這兩方面發揮重要作用。