電力隧道智能監測機器人設計及應用探究

梁隆飛

摘? 要：電力隧道的應用可有效提升城市空間利用率，故在現代城市建設規劃期間被廣泛應用，為強化電力隧道的巡視檢修質量，可有針對性地設計并應用智能監測機器人。基于此，本文首先分析了電力隧道智能監測機器人系統架構情況，進一步從不同方面展開設計應用分析。

關鍵詞：電力隧道;智能監測機器人;設計應用

引言：

電力隧道運行期間需對內部設備狀態、環境氣體含量、溫濕度條件進行監測，但現階段電力隧道的日常巡視檢修方式較為單一，數據采集緩慢，且存在監測盲區，不利于電力隧道的整體把控，為實現電力隧道實時高效監測，可應用人工智能技術，設計并應用智能監測機器人，以此更好地開展電力隧道管理工作。

一、系統架構設計分析

為確保智能監測機器人可在電力隧道巡查檢修方面發揮良好效果，可將其機器人系統架設為終端層、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）基站層主要由雙向對講、顯示器、后臺服務器、后臺監控軟件構成，可分析處理系統終端層所采集的數據，若僅分析發現隧道內具有風險隱患，則會自動發出警報。機器人監測系統所得數據可存儲于數據庫內，同時傳輸至集中監控中心，為電力隧道集中監控調度奠定基礎，此外，可依托于智能監測機器人系統，將數據共享至安防、MIS系統、消防系統、運維站系統內。（2）通信層。其由光電轉換器、網絡交換機、多無線站點構成，上述設備均具有漫游功能，可實現基站與終端之間的高效通信，待完成數據采集后，所獲得的數據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、軌道總成構成，終端層為智能監測機器人主要部分，是決定智能監測機器人功能情況的主要結構，在本次設計中，將終端層設置為運動承載系統、設備監測系統、通訊系統、機器人輔助系統、環境檢測系統，以此實現數據全面采集，故下將從決定智能監測機器人功能的五大系統方面展開分析。電力隧道智能監測機器人系統整體設計情況如圖1所示。

二、智能監測機器人在電力隧道中的設計應用

（一）運動承載系統

在電力隧道中，通常根據軌道形式確定存查檢修路徑，軌道路徑局部爬坡、轉彎結果，故電力隧道在實際運行中存在起伏、轉彎情況，為了解電力隧道運行狀況，防止風險發生，智能監測機器人需設置運動承載系統。在機器人運動承載系統設計中，應將爬坡扭矩、行進速度等關鍵因素考慮在內，用于確保智能監測機器人可在軌道內穩定行走。軌道結構存在上下坡度、連續轉彎、水平轉彎情況，在設計智能監測機器人運動承載系統時，應根據軌道加工技術與原理，在機器人運動承載系統內設置軌道導航，以此確定電力隧道管廊環境，并明確軌道的彎度、坡度、距離參數。完成上述參數設置后，需根據電力隧道監測檢修需求確定智能監測機器人的運行速度及定位精度，在實際設計中，可將機器人運動速度設置在0～2米/秒范圍內，而定位精度以±2厘米內為佳。為確保智能監測機器人可在電力隧道內實現靈活轉向，且可穩定上下坡，應在機器人軌道運動平臺內增設多元化運動功能，如轉彎、爬坡、直線行進等，為智能監測機器人在電力隧道內高效巡檢奠定良好基礎。考慮到電力隧道內可能具有可燃性氣體，智能監測機器人可設置多種取電方式，如滑線取電、鋰電池供電等，還可在電力隧道內設置分布式充電站，以為確保機器人可獲得充足的能源供給。

（二）通訊系統設計

在本次電力隧道智能監測機器人通訊系統設計中，為保障通訊效果而搭建了無線通訊、有線通訊兩種模式，將無線漫游技術搭設在電力隧道通訊基站內，以無線漫游技術為紐帶銜接前端智能監測機器人終端與后臺控制中心，同時應用光纖環網鏈路，以此實現網絡全覆蓋，使智能監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。電力隧道智能監測機器人通訊系統在實際設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，且建設成本較高，施工難度較大，因此經綜合分析后，決定不采納漏波電纜通訊方式。電力線載波通訊需設置滑束線作為信息傳輸媒介，但智能監測機器人在行進期間可能會造成滑束線摩擦，而電力隧道內可能存在可燃氣體，若管控不當容易引發安全事故，因此并不采用該通訊方式。對有線通訊與無線通訊相結合的方式進行分析，發現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）設備監測系統

智能監測機器人需對電力隧道內部設備進行監測監督，為實現良好監測，可在設置可見光監控攝像機，當智能監測機器人執行智能監測機器人監測工作時，則可攜帶攝像機進行數據檢測，以此了解內部設備外觀質量及溫度條件。借助前端攝像機完成外觀、溫度數據采集后，還可借助模式識別、圖像處理等技術檢測電纜，并經圖像預處理及紋理分析，了解電力隧道設備的質量狀況，進一步判斷電力隧道內是否存有異常風險。除此之外，還可將紅外測溫儀設置在智能監測機器人上，在非接觸模式下，即可借助紅外圖像采集電力隧道設備溫度，使電力輸電電纜溫度可直觀化呈現出來，繼而實時了解電力隧道電纜溫度情況。

（四）環境監測系統

為進一步保障智能監測機器人巡檢效果，可機器人增設環境監測系統，主要用于檢測電力隧道內氣體及環境情況，分析綜合管廊及電力隧道內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，以此及時發現故障災情隱患。

（五）輔助系統設計

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

結束語：

綜上所述，借助人工智能技術設計并應用智能監測機器人可實現無死角、持續化電力隧道監測，實時把控電力隧道運行狀態，及時發現不穩定因素進行風險抑制。在電力隧道智能監測機器人設計與應用期間，應從運動承載系統、通訊系統、設備監測系統、環境監測系統、機器人輔助系統等方面展開設計應用。

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測中的應用[D].西安科技大學，2020.