巡檢機器人在城市綜合管廊中的應用

唐穎輝，張曉今

當今城市地下遍布著各種管線，但這些管線幾乎都是獨立布置，因此難以對其進行集中管理。為解決上述問題，國家提出建設綜合管廊，即在地下修一條隧道，然后將各種管線統一放置在其中[1]。

1 巡檢機器人的研究現狀

市場涌現出的巡檢機器人按照操作方式可大致分為兩類：智能巡檢機器人和人機操控巡檢機器人。

1）智能巡檢機器人。如圖1所示是蘇州光格設備有限公司研發的型號為AIR600的智能巡檢機器人，是一款軌道式管廊巡檢機器人。操作人員可預先提前設定好巡視點，隨后讓機器人自主完成巡檢作業。自動識別各類管線、隧道環境的故障、缺陷等異常狀況。發生緊急情況時，巡檢機器人可在第一時間進入事故現場，反饋現場環境實際情況。有效地提高了運維工作的效率和質量，減輕了巡檢人員的工作負擔。

2）人機操控巡檢機器人。和智能巡檢機器人相比，人機操控巡檢機器人更為常見。工作人員在遠處使用相關設備遙控機器人進入管廊內，然后通過控制機器人攜帶的各類傳感器進行監測，并實時的信息傳遞給工作人員，更適用于惡劣的工作環境。如圖2所示是武漢固德科技有限公司研發型號為GD-CCTV地下管網檢測3D成像機器人。整個系統都是模塊化設計，移動靈活，兼容性強。內置姿態傳感器：精度±1%，在爬坡時進行實時監控，有防側翻預警功能，可有效防止傾翻，同時可實現管道坡度測量。配有800萬像素攝像頭，可以清晰的獲取區域內的信息，同時給配有激光雷達360°全方位無盲區掃描，掃描速率可達3000次/秒，掃描最大半徑可達30m。

圖1 ARI600智能巡檢機器人

圖2 GD-CCTV地下管網監測3D成像機器人

2 巡檢機器人在城市綜合管廊中的運用

2.1 綜合管廊巡檢機器人的功能需求

綜合管廊內部環境相對惡劣，長期處于光線昏暗、潮濕、有毒害氣體泄漏的環境。因此管廊巡檢機器人必須具有相應的功能，才能順利完成巡檢工作[2]。

1）移動靈活能力：巡檢機器人在復雜的環境中，需要具備靈活移動的能力，才能順利完成任務。2）全面監測能力：管廊中布滿了燃氣、熱力、通信、供熱、給排水等管道設施，機器人必須實時監測管內各個管道信息、環境參數以及機器人的自身狀態信息。3）實時信息傳遞：管廊巡檢機器人在巡檢過程中，應能把巡檢環境的實時情況以及機器人自身數據及時傳輸回操作中心，以便監測。4）遠程操作能力：工作人員能通過設備遠程控制機器人，實時控制機器人在管廊內進行相關的巡檢任務。5）準確定位系統：當機器人在巡檢過程中發現到異常問題時，需要及時且精準的定位并報告給工作人員。6）持續工作能力：城市地下綜合管廊是一個龐大的工程，所以為了機器人能完成巡檢任務，機器人必須具備長時間的工作能力。

2.2 城市綜合管廊巡檢機器人的組成

城市綜合管廊機器人是由機器人本體、滅火機器人平臺、遠程智能控制系統、軌道平臺、供電平臺和通信平臺組成[3]。

1）機器人本體：機器人本體主要是由環境采集及環境監測系統、語音對講及應急廣播系統、自主防撞與避讓系統、實時精準定位系統等系統組成。其中，環境采集系統，在機器人的云臺上會搭設一臺較高性能的攝像機，可以做到在可視條件極差的環境下時清晰成像。語音對講和廣播系統可以實時進行雙向語音。環境監測系統可以對管廊中的環境參數如溫度、濕度、可燃有毒氣體的濃度等進行實時監測。在巡檢過程中，機器人擁有的防撞系統與精準定位系統，都能使巡檢任務更順利、更快速的完成。2）滅火機器人平臺：它與巡檢機器人通過同一套軌道系統、通訊系統、控制系統以及充電平臺進行操控，且滅火機器人自身搭載滅火器。可以和巡檢機器人一同迅速到達發生火災的地點。3）遠程智能控制系統：是巡檢機器人的核心系統，可以控制機器人進行遠程的巡檢任務、主要有智能巡檢、告警管理等方面。4）軌道平臺：平臺為工字形，是巡檢機器人必不可少的一部分，可采用多種材料如鋁合金導軌、鋼制導軌等。5）供電平臺：綜合管廊巡檢機器人需要足夠的電源，才能完成巡檢任務。因此需在隧道中按一定距離布置充電樁，以此提高了充電性能，使機器人能夠在管廊中連續行走。6）通信平臺：機器人要在遠程監控平臺進行操作，那么無線網絡傳輸技術是不可少的。在綜合管廊內每隔200m應設置一臺無線發射終端，保證管廊內無線網絡全覆蓋。當系統配備后備電源功能，主網失電后，系統能正常運作時間不小于1小時[3]。

2.3 巡檢機器人在綜合管廊中應用

綜合管廊巡檢機器人系統，可以彌補傳統的巡檢模式下，人工巡檢人員的負擔過重這一缺點，降低工作中的危險性。作為一種移動監控模式，又可以彌補綜合管廊監控系統只能定點監控的缺陷，進一步提高對綜合管廊的監控能力[4]。

機器人可以進行定時巡檢、定位巡檢以及指定任務巡檢、遙控巡檢等多種巡檢的方式。在開始巡檢前，由工作人員先進行設定，隨后將設備投入管廊內，此時巡檢機器人就可以根據設定好的路徑和指定的目標進行自動勻速的巡檢。在巡檢的過程中，機器人每到達一個制定的巡檢位置，就能自動且準確停車，按照工作人員的設定完成規定工作后，就會再按照路徑自動前往下一個巡檢目標，不需要進行人為操作來完成巡檢任務，并且巡檢機器人會自動記錄、保存所采集的數據。

巡檢機器人還可以攜帶相應的傳感器進入工作區域。當攜帶氣體探測器與溫度傳感器進入管廊內時，就可以實時對管廊內的溫濕度和空氣環境進行分析并將結果反饋到工作人員處。氣體分析包含空氣中的氧濃度、有毒氣體與可燃氣體的濃度大小，此時可以人工設定報警限值，當溫度、濕度、氣體濃度高于或低于人工設定的報警限值時，就可以自動報警，以防止發生安全事故，威脅到工作人員的生命安全。同時巡檢機器人還可以作為安全指示，當有工作人員進入管廊內進行工作時可以在前面做一個安全引導，提供濕度、溫度、氣體濃度的實時監測，當有異常情況時，及時匯報給工作人員。

3 運用綜合管廊巡檢機器人的優勢

1）安全性：綜合管廊巡檢機器人自身具有防火、防水、防腐等特點，降低了危險發生概率。2）實用性：后臺同一控制系統，系統自動巡檢，且能自動啟動應急處理方案，充電檢修方便。3）經濟性：綜合管廊中的公共區域采用費用分擔的方式，成本更低且其內容服務更加明確。4）精確性：機器運動控制精度高，可以做到全方位掃描管廊內部環境，并可迅速傳輸到控制中心。5）可拓展性：模塊化設計，未來可繼續增加其他模塊。

4 結束語

城市綜合管廊是如今城市發展的主要趨勢，電力、通信、燃氣、給排水等市政設施的集中埋設，顯著提高了運行和維修的效率。巡檢機器人一方面可以全天候監測作業，對于危險區域重點監測，精確且快速的定位到故障點，幫助工作人員快速了解情況。另一方面可減輕人工作業過程中的負擔，防止各種危險的發生。因此，在城市中管廊中使用巡檢機器人有很強的實用意義。