高壓電力電纜隧道智能巡檢機器人系統(tǒng)技術(shù)探討

陳志堅

（囯網(wǎng)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(xù)完成了多種監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，通過這些監(jiān)控系統(tǒng)的工程建設(shè)和實施基本實現(xiàn)了對所有用于電力運輸管網(wǎng)和隧道的電纜智能遠程監(jiān)控，為保證電纜和管網(wǎng)的安全正常運營和發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)[1]。這些新型的智能化隧道監(jiān)控系統(tǒng)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(wěn)定可靠以及經(jīng)濟性佳的特點，同時也存在著不能及時實現(xiàn)對連通隧道內(nèi)緊急情況的完全實時覆蓋的問題。當(dāng)隧道發(fā)生現(xiàn)場緊急情況時，無法將現(xiàn)場緊急情況在第一時間內(nèi)及時且清晰地傳輸?shù)剿淼辣O(jiān)控數(shù)據(jù)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(yè)電力智能隧道巡檢中實現(xiàn)工業(yè)智能隧道巡檢，利用機器人及其系統(tǒng)應(yīng)用來有效彌補上述不足。

1 電力隧道巡檢現(xiàn)狀分析

目前，各省市電力供電監(jiān)管公司對電力隧道的綜合巡檢服務(wù)方式依然以隧道人工綜合巡視為主，巡視服務(wù)人員定期組織進行隧道地面和電力隧道之間協(xié)同的綜合巡視服務(wù)工作。隧道內(nèi)巡視人員進行巡視時的工作效率較低，而這些巡視工作內(nèi)容可以通過使用自動化的巡視攝像機和監(jiān)控系統(tǒng)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(zāi)搶險處理能力，保障我國高壓電力電纜網(wǎng)的安全穩(wěn)定運。我國電力鐵路隧道基本實現(xiàn)了固定、離散在線人工監(jiān)測，一些重點電力鐵路隧道還根據(jù)需要實現(xiàn)動態(tài)和連續(xù)在線監(jiān)控的處理功能，以利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段基本實現(xiàn)對我國重點電力隧道的不間斷人工巡檢，取代傳統(tǒng)人工在線巡檢[5]。同時，還希望可以基本實現(xiàn)對我國電力鐵路隧道內(nèi)突發(fā)性火災(zāi)事件的現(xiàn)場干預(yù)處理，在事發(fā)第一時間可以采取最有效的事件處理干預(yù)措施。相對傳統(tǒng)的隧道人工巡檢干預(yù)，該方式具有快速、安全且高效的處理優(yōu)勢[6]。

2 電力隧道智能巡檢機器人系統(tǒng)的技術(shù)特點

2.1 多種高新技術(shù)的有機整合

智能隧道巡檢監(jiān)控機器人系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)整合了模式識別技術(shù)、無線視頻信號數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、非機械接觸自動供電技術(shù)、智能自動控制技術(shù)、數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)以及機電聯(lián)動控制技術(shù)等多種行業(yè)高新技術(shù)應(yīng)用手段，集電力機械、電子、控制、傳感以及材料等多部門學(xué)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(tài)監(jiān)測手段與現(xiàn)場處置手段有機結(jié)合

將現(xiàn)場視頻自動監(jiān)控、多種有害化學(xué)氣體自動監(jiān)測、溫度/相對濕度自動探測以及避障自動操作等安全監(jiān)測監(jiān)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(jié)合，讓我國電力傳輸隧道內(nèi)部智能安全機器人擔(dān)負起“電子警察”的安全職責(zé)，使我國電力傳輸隧道內(nèi)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(shù)

電力車的隧道深處地下，長期處在潮濕、高溫的工作環(huán)境中，同時由于隧道內(nèi)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(shù)要求。此外，由于電力車輛在隧道范圍內(nèi)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(yè)隧道的一些特殊要求可能和普通電力工業(yè)隧道在設(shè)計上的應(yīng)用方式完全不同，所以需要自主研發(fā)各類專用隧道技術(shù)。

2.4 隧道無線通信技術(shù)

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(shù)據(jù)實時傳輸都需要依靠地下隧道內(nèi)的無線通信控制系統(tǒng)。基于地下隧道內(nèi)特殊工作環(huán)境，采用無線通信系統(tǒng)模式控制語音數(shù)據(jù)與高速語音視頻的實時傳輸，達到實現(xiàn)視頻、數(shù)據(jù)以及語音的三位一體，以有效地適應(yīng)地下隧道內(nèi)部空間狹窄、路徑坡度起伏彎曲以及兩側(cè)無線電纜上支架不直接對無線信號直接吸收等復(fù)雜的現(xiàn)狀[10,11]。

3 電力隧道智能巡檢機器人系統(tǒng)

3.1 智能巡檢機器人

電力隧道智能巡檢機器人系統(tǒng)是整個隧道巡檢管理系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)了車載隧道內(nèi)的車輛巡檢和現(xiàn)場監(jiān)控處置等管理功能，由車載隧道內(nèi)智能現(xiàn)場監(jiān)控管理子系統(tǒng)、視頻自動成像管理子系統(tǒng)、有害化學(xué)氣體質(zhì)量監(jiān)測管理子系統(tǒng)、遠程手動現(xiàn)場監(jiān)控處理自動化管理子系統(tǒng)(現(xiàn)場監(jiān)控處置自動執(zhí)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(tǒng)

隨著現(xiàn)代化定位技術(shù)的成熟發(fā)展，現(xiàn)如今出現(xiàn)了許多定位技術(shù)應(yīng)用在多個領(lǐng)域中。常規(guī)情況下，對于系統(tǒng)的定位往往需要一個相對完善的通信環(huán)境，如果沒有辦法與上機取得通信聯(lián)系，那么將無法知道智能機器人所處的位置，相對應(yīng)的定位也沒有辦法實現(xiàn)。隧道機器人對于定位有著較為嚴格的標(biāo)準(zhǔn)，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(jiān)控系統(tǒng)

隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)采用分級管理的模式，通過建立多平臺、多系統(tǒng)下的統(tǒng)一管理平臺，實現(xiàn)了對所有監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部各個分監(jiān)控中心或者是當(dāng)?shù)馗鞅O(jiān)控主機和監(jiān)控裝置等的統(tǒng)一、有序管理。而各個部門的分監(jiān)控中心在充分服從于總監(jiān)控中心調(diào)度指揮工作需要的同時，也在自己的職能區(qū)域內(nèi)負責(zé)管理和調(diào)度所屬隧道內(nèi)的各個監(jiān)控設(shè)施，從而可以達到一種集中和分散相互結(jié)合的多層次用戶經(jīng)營管理模式。隧道內(nèi)部智能化的監(jiān)控系統(tǒng)主要功能包括隧道內(nèi)部實時視頻監(jiān)測、車流流速檢查、變配電工作參數(shù)檢查、火災(zāi)自動報警、照明、通風(fēng)、應(yīng)急電話、環(huán)境監(jiān)測以及交通管理控制等。其中，隧道互聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建可以實時監(jiān)視隧道內(nèi)部的交通流量與交通工具的正常運行狀態(tài)，適時管理關(guān)鍵路段的交通，及時發(fā)現(xiàn)各類異常情況并做出相應(yīng)的處理措施，以有效確保隧道高速、安全、舒適且經(jīng)濟有序的正常運營。

3.4 供電平臺

智能巡檢監(jiān)控機器人的綜合動力系統(tǒng)驅(qū)動及高速滑線的供電控制系統(tǒng)套件是集工業(yè)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(tǒng)。它將車輛生產(chǎn)、監(jiān)測控制設(shè)備、動車行走控制設(shè)備等綜合裝置在車輛預(yù)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(shè)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(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的全部無線傳送技術(shù)，在無線隧道內(nèi)即可實現(xiàn)對于目前所有無線網(wǎng)絡(luò)全部縫隙的完全覆蓋。利用并網(wǎng)后的電力由隧道內(nèi)部的光纖通信網(wǎng)絡(luò)進行傳輸和發(fā)射網(wǎng)絡(luò),每200 m處建立一臺無線通信并網(wǎng)發(fā)射基站的終端。無線通信基站設(shè)施全部按照雙模組網(wǎng)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(shè)。電力傳輸隧道內(nèi)部的光纖通信數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部敷設(shè)光纖光纜和4個供電口，10/100 M以上的光纖收發(fā)器均可作為本網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)重要的設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信。

4 結(jié) 論

通過上面的分析可以得知，在當(dāng)今信息時代，對于高壓電力電纜隧道智能巡檢機器人系統(tǒng)的完善需要適應(yīng)時代的變化，即系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)軟件開發(fā)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(tǒng)實時性的研究欠缺，不能保證實時性這一特點的有效執(zhí)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(xù)進行完善。未來，高壓電力電纜隧道智能巡檢機器人系統(tǒng)技術(shù)將在工程質(zhì)量檢測和遠程監(jiān)控這兩方面發(fā)揮重要作用。