基于油氣田智能機器人巡檢系統的平臺設計與實現

錢 勇

（中國石油工程建設有限公司西南分公司，四川 成都 610041）

引言

長期以來，隨著我國油氣田企業信息化的發展，傳統的油氣田工廠及站場人工巡檢的方式已經不再適應其快速的發展。油氣田工廠及站場既儲備有大量易燃易爆氣體、液體等危險化學品，又伴有高溫、高壓的工況，具有很高危險性。在這樣的危險環境下，人工巡檢不僅容易造成人員受傷，還會帶來一些由于人員疏忽帶來的隱患。在此情況下，智能機器人巡檢系統的推出便是一種順應時代的產物，此應用技術一旦被深入開發及應用，便會有美好的發展前景。油氣田智能機器人巡檢系統主要由智能機器人、巡檢系統平臺及輔助設施組成，可實現全自主，全方位和全天候的巡檢。本文著重從系統平臺方面對其需求進行分析，并根據實際應用對相關功能進行了設計[1]。

1 系統平臺需求

智能機器人巡檢系統主要由智能機器人本體、巡檢系統平臺、無線通信網絡及其它輔助設施組成，系統總體構架如圖1 所示。

根據油氣廠、站現場的實際需求，并結合油氣田智能機器人的相關特性，巡檢系統平臺應能支持各類儀表讀取、設備開關異常檢測、溫度異常檢測、氣體泄漏檢測、跑冒滴漏檢測、巡檢現場異常檢測、機器人本機自檢報警、告警消息自主上報和巡檢路線動態調整等相關巡檢功能。

2 系統平臺設計

該巡檢系統平臺應基于B/S 架構，具備綜合看板管理、基礎信息管理、巡檢業務管理、實時預警管理、機器人管理、數據采集與分析和系統管理功能。系統平臺設置站控終端，接收到智能機器人無線發送的巡檢業務數據，實現發送巡檢任務和機器人操控指令到機器人本體。平臺站控終端能夠顯示巡檢任務執行狀態、機器人狀態、傳感器業務巡檢狀態、基于巡檢數據的深度數據挖掘與分析。系統平臺管理人員通過站控終端規劃巡檢業務，控制機器人工作模式為自主巡檢或手動巡檢，設置巡檢傳感器的工作參數，設定和參與業務數據深度分析[2]。

2.1 綜合看板設計

系統平臺的綜合看板是對機器人智能感知與巡檢采集數據的核心分析，根據基礎數據，進行數據挖掘與計算獲取分析的二次結果數據。

2.1.1 實時巡檢看板

實時巡檢看板是系統平臺展示機器人巡檢實時數據以及巡檢任務信息的窗口，數據內容主要包括：智能機器人本體相關指標狀態，智能機器人云臺攝像頭，機器人充電房相關指標狀態，機器人巡檢二維地圖及模型，機器人相關數據采集，機器人巡檢日期與周邊環境信息，機器巡檢過程中預警信息，機器人巡檢數據統計分析等。

巡檢任務信息包括：巡檢任務名稱、當前巡檢設備名稱、巡檢總設備數、已巡檢設備數、告警設備數、預計剩余巡檢時間、巡檢進度和任務性質等。

2.1.2 機器人狀態看板

機器人狀態看板主要是系統平臺集中展示機器人各個硬件狀態，數據內容主要包括：機器人本體相關數據采集，機器人云臺攝像頭，充電房狀態信息，機器人模擬圖形圖像。機器人各硬件狀態信息具體包括以下幾點：

1）運行信息，機身溫度、運動速度、云臺的水平和垂直位置以及相機當前變倍等機體信息；

2）通訊狀態信息，無線基站、充電系統、控制系統、攝像裝置等機體與監控系統的通訊狀態信息，在未連接和連接成功時有明顯的圖標區別表示；

3）電池狀態信息，當前電池電量信息；

4）機器人模塊信息，機器人驅動模塊信息、電源模塊信息、系統模塊信息等；

5）環境狀態信息，溫度、濕度、風速、風向、降雨量、氣壓等；

6）控制狀態信息，紅外功能、可見光功能、雨刷功能、避障功能、機器人室門等。

2.1.3 機器人操控看板

機器人操控看板主要是系統平臺對機器人進行實施遙控，并可實施巡檢任務數據采集。功能具體如下：機器人運動控制，機器人云臺控制，機器人云臺可見光攝像頭視頻展示，機器人各種模式切換，機器人各個傳感器設備開關，機器人各個攝像頭傳感器數據采集。

1）運動控制：具備前、后、左、右、轉彎和啟停等機器人運動控制功能。

2）云臺控制：具備上、下、左和右等云臺轉動控制功能，以及云臺預置位的設置與調用功能。

3）可見光視頻控制：具備可見光視頻的播放、停止、抓圖、錄像、回放、鏡頭拉近和鏡頭拉遠等控制功能。

4）紅外視頻控制：具備紅外熱像儀視頻的播放、停止、抓紅外熱圖、錄像、回放、紅外聚焦和紅外重啟等控制功能。

5）音頻控制：具備現場語音對講、音頻錄制、回放等控制功能。

6）輔助設備控制：具備輔助設備的控制功能，包括超聲開關、雨刷開關、自動門開關和充電機構等。

2.1.4 研判預警看板

研判預警看板主要是系統平臺對比分析各項傳感器采集數據，主要包括：設備基本信息，巡檢預警信息，最新巡檢數據采集，周邊環境數據采集與分析對比。

2.2 巡檢業務管理

巡檢業務管理是系統平臺實現現場安全、平穩、有序運行的關鍵，系統應支持全自主巡檢和遙控巡檢兩種模式：全自主模式包括全部/例行巡檢和特巡兩種方式。全部/例行方式下，系統根據預先設定的巡檢內容、時間、周期、路線等參數信息，自主啟動并完成巡視任務；特巡方式由操作人員選定巡視內容并手動啟動巡視，機器人可自主完成巡視任務。巡檢業務管理流程如圖2 所示。

系統平臺支持由操作人員在本地監控后臺上使用軟件手動遙控機器人，完成巡視工作。巡檢任務控制包括任務啟動、暫停、停止、一鍵返航，要求如下：

1）任務啟動分為立即執行和按照預設的時間定期執行；

2）任務暫停時可以對機器人進行操控，應能恢復正在暫停的任務并再次繼續執行；

3）能在任意時間停止正在執行的任務；

4）機器人長時間無人操作時，能自動返航；

5）不論機器人處于何種工作狀態，只要啟動一鍵返航功能，機器人應能停止當前任務，并按預設的策略安全返航。

對巡檢業務點進行規劃，包括各個巡檢點的位置，巡檢點可以設置多個設備進行巡檢，每個設備對應方向和高度，對應的標準設備的基本信息。根據巡檢類型，對巡檢路徑規劃，選擇設備的巡檢順序。系統平臺支持添加巡檢計劃，計劃名稱，開始時間、結束時間、巡檢頻率等，并可選擇巡檢路徑，做到巡檢路徑復用[3]。

根據巡檢類型，系統平臺可對巡檢路徑進行規劃，選擇設備的巡檢順序，支持添加巡檢計劃，計劃名稱，開始時間、結束時間、巡檢頻率等。并可選擇巡檢路徑，做到巡檢路徑復用。巡檢任務管理應包括任務啟動、暫停、停止、一鍵返航。

系統平臺應具備快速生成全面巡檢任務功能，巡檢內容應包括表計、狀態指示、接頭溫度、外觀及輔助設施外觀、站場運行環境等。

系統平臺支持直接執行專項巡檢任務，如：

1）紅外測溫：應具備快速生成紅外測溫任務功能，巡檢內容應包括全部紅外測溫巡檢點。

2）儀表抄錄：應具備快速生成儀表抄錄任務功能，巡檢內容應包括全部儀表的表計。

3）位置狀態識別：應具備快速生成斷路器、隔離開關等位置狀態識別任務功能，巡檢內容應包括全部閥門開關狀態、機泵啟停狀態。

系統平臺支持快速生成異常設備巡檢任務功能，對缺陷設備進行自動跟蹤或定點監視。并在獲得廠、站視頻監控系統等輔控系統的告警信息后，機器人應具備自主或人工控制到達現場指定位置功能，核實報警信息。

2.3 實時預警管理

系統平臺對超過閾值的信息應支持預警管理。根據閾值，自動生成預警記錄并推送預警消息（儀表指針異常預警，氣體泄漏預警，非法入侵預警，設備故障預警）。對巡檢結果管理，在每次巡檢時都能生成一次數據記錄，包含多個圖片附件。系統平臺根據每日/周/月巡檢情況，隔天自動生成巡檢日/周/月報[4]。

2.4 數據分析

在智能機器人將所采集的視頻（可見光及熱成像）、可燃及有毒氣體、聲音及結構化數據上傳系統平臺后，系統平臺應具備實時錄像，并顯示整個巡檢的過程數據并進行存儲，方便后期進行數據追蹤、回放和定位。

系統平臺支持實時預覽當前巡檢設備的可見光視頻功能，可縮放和全屏顯示，檢測類型包括表計讀取、分合位置、設備外觀等。設備各個儀表數據采集，并進行相關識別記錄，附件為照片數據。

系統平臺具備實時錄像，并傳輸整個巡檢的過程數據并存儲，方便后期進行數據追蹤、回放、定位問題。記錄并管理各類采集的數據，以每次巡檢每個設備為維度，并包含拍攝圖片。

系統平臺支持日常和月度分析。日常分析是每天多次巡檢記錄，各類采集數據以次數為維度的變化趨勢；月度分析維度是每天多次巡檢記錄取平均值，各類采集數據以天為維度的變化趨勢。

系統平臺支持管理語音對講數據，進行相關錄音。

系統平臺支持溫度與濕度等環境信息的顯示。

2.5 平臺管理

系統平臺在平衡反應速度、操作、維護方便的情況下，應盡可能靈活配置，分模塊設計，規劃權限劃分，配置范圍主要包括：用戶管理、角色管理、權限管理、流程管理及審批等，系統管理員可以對用戶進行增、刪、改、查及配置；對角色進行增加、編輯以及刪除等操作；根據角色所需權限不同對角色進行分配不同的權限。日志管理，對登陸，操作等日志進行記錄查詢。監控管理，對在線用戶對系統服務器資源進行監控管理。

3 結語

在油氣田廠、站設置智能機器人巡檢系統，可實現無人巡檢模式，并有效降低操作人員直接暴露在危險工作環境中的安全風險，提高了巡檢效率，降低了巡檢強度，減少人工重復性工作，為企業節約了人力資源。巡檢系統平臺作為整個巡檢系統的中樞和大腦，擔負著極為重要的作用，其相關功能和需求應根據企業的實際需求出發，使整個系統的功能實現能夠滿足油氣田企業信息化管理水平，為油氣行業的數字化、智能化、無人或少人值守化的發展助力。