地鐵通號機房智能巡檢機器人系統設計與應用

傅兵 袁若岑 袁帥 張宇

摘 要：地鐵作為城市的重要基礎設施，關系到現代城市能否有效運轉，而通號機房巡檢工作對于地鐵非常重要，是決定地鐵是否能夠實現穩定運行的關鍵。人工巡檢逐漸無法滿足現階段城市交通對于地鐵的需求，使用效率更高的智能機器人系統開展地鐵通號機房巡檢逐漸成為未來的發展趨勢。該系統使得地鐵通號機房巡檢的效率得到大幅提升，同時安全性、可靠性、成本控制也在很大程度上獲得提升。

關鍵詞：地鐵;通號機房;智能系統;巡檢機器人

中圖分類號：TP242;TP308 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.008

地鐵通信機房包括傳輸、無線通信、閉路電視、廣播、時鐘、電源、公務電話系統、專用電話、乘客信息系統等設備;信號機房包括列車自動防護（ATP）、列車自動運行（ATO）、列車自動監控（ATS）、計算機聯鎖（CI）、維修支持（MSS）等系統設備。通號機房的設備運行狀態對地鐵的正常運行具有直接影響。以往通過人工巡檢的方式檢查地鐵通號機房，人工巡檢的效率隨著儀器設備的進步也在一定程度上得到提升。即便如此，人工巡檢還是存在工作量大、精度有限、失誤率較高等一系列問題，盡管有些因素是不可避免的，但是最終也會對地鐵運行效率造成影響[1]。

顯然，人工巡檢已經不能滿足如今地鐵交通的發展需求。隨著技術的進步，地鐵機房專用的智能巡檢機器人已經誕生，可替代人工巡檢，提升巡檢效率。智能巡檢機器人可在監控系統指揮下自動執行任務。軌道類智能巡檢機器人需要發揮出自身的優勢完成巡檢工作，以彌補人工巡檢工作中存在的短板。

地鐵智能巡檢機器人可按照既定程序完成指定任務，并且智能巡檢機器人可以完成人工不能完成的任務，比如可以深入到危險環境中開展作業、持續作業等等，能夠提升地鐵通號機房巡檢工作的效率、精確度，降低失誤率[2]。

1 地鐵通號機房日常巡檢

以往，地鐵機房巡檢都是人工巡檢的方式，工作人員通過觀察、聽、觸碰的方式檢查機房當中設備可能存在的問題，通過這些檢查手段可以檢查出存在表計讀數異常、指示燈報警等。這些只是表面存在的一些問題，對于內部存在的一些問題，需要使用專用儀器進行檢測，常見的儀器有紅外熱像檢測儀等[1]。即便是先進儀器，也需要配合人工檢測方式，但是精度、經驗均有限，在日常巡檢維護過程中發現了問題卻不能第一時間予以解決，對地鐵的安全運行造成了影響[3]。

使用智能巡檢機器人巡檢通號機房，精度、效率、速度均得到明顯提升。智能巡檢機器人可以結合問題迅速形成解決方案，及時排除故障，確保地鐵的穩定運行。

2 地鐵通號機房智能巡檢機器人運行安全管控

結合地鐵通號機房場地的實際情況及日常巡檢情況，使用智能巡檢機器人開展機房巡檢工作，并深度挖掘智能巡檢機器人的價值，最大限度發揮出智能巡檢機器人的功能與作用。這樣，可以形成一種全方位、立體化的智能巡檢機器人地鐵通號機房檢測系統，從而實現全方位的風險管理，確保地鐵通號機房能夠支持地鐵順利運行[2]。

智能巡檢機器人操作簡便，只需給機器人下發巡檢任務，機器人即可按照程序對機房開展巡檢工作。機器人采集機房環境、設備的各類可見光視頻、紅外熱成像圖譜、溫濕度、氣體濃度等信息，傳輸至系統后臺進行自動分析，自動生成巡檢報表，發現異常會自動告警。

2.1 隨工作業保障

在通號機房發生設備告警需要檢修時，智能巡檢機器人可進行隨工作業保障。通過人工遙控機器人至檢修部位附近，利用機器人配置的高清可見光攝像頭能夠實時采集記錄工作人員的檢修過程，以供事后的回溯與分析。同時，機器人內置高靈敏度麥克風，專家或管理人員可接入機器人監控后臺，通過雙向語音對講遠程指導現場檢修人員。

2.2 故障環視功能

現階段，我國地鐵通號機房通常采用無人值班方式，但是對于設備檢修后，通常要求工作人員從管理中心奔赴機房開展高頻次的運維巡檢與復核。這往往會消耗大量的資源，包括人力、財力、物力。使用智能巡檢機器人可以有效解決這一問題，對于異常設備，或者經檢修后的設備，可在機器人巡視系統設置故障環視任務，定時采集設備運行信息，自動識別設備狀態。這樣，當發生問題時，可第一時間自動告警，提高巡視檢測效率，減輕工作人員負擔。

3 地鐵通號機房智能巡檢機器人立體化風險管控

3.1 自動火警

在機房巡檢工作中，工作人員需要為巡檢機器人鋪設行進軌道，同時需要在機房中監督、管控現場。如果機房出現火情，機器人可以使用紅外熱成像探測系統、煙感系統堅持檢測火情，同時發出警報，工作人員收到警報后就可以檢查報警部位，及時消除火情，避免損失加重。

3.2 視頻回放

在機房作業無異常的狀態下，巡檢機器人的主要工作就是監控現場，而這些監控視頻都會被上傳到監控后臺，為監控人員的工作提供幫助。同時，巡檢人員也可以回放這些視頻發現自身工作中存在的不足，規范自身行為，遵守規章制度，通過規范自身行為來最大限度提高巡檢現場的風險管控。

3.3 聯動巡視

智能巡檢機器人可以通過接口開發，實現與機房內已有的各類輔助監控設備的有效聯動。如安全防范系統（門禁、紅外雙鑒、玻璃破損檢測等）發生入侵報警、消防系統發生火災報警、環境監測系統發生室內溫濕度、粉塵濃度、氣體濃度越限告警，智能巡檢機器人系統會自動接收該類告警信息，自動聯動機器人運動至告警部位采集可見光圖像、紅外圖譜、溫濕度等信息，以便工作人員及時采取干預措施。同時，采用自動化巡視設備，在發生足以對人身造成重大傷害的突發性事件時，運維人員可以不以身涉險便知曉機房內環境設施的真實情況，防止人身傷害事故發生。

3.4 監控集中對接與獲取資產信息

智能巡檢機器人具備監控集中對接功能，值班人員通過監控集中對接可以第一時間了解智能巡檢機器人的狀況，并且智能巡檢機器人的專用管理平臺，平臺可以與監控及時對接確保監控質量。

如果在機房內部已經配備了完善的自動化資產盤點系統，此時智能巡檢機器人就可以直接通過資產管理系統獲知設備資產的實際信息與位置，有助于智能巡檢機器人開展下一步工作。如果機房并沒有配備自動化資產盤點系統，此時就需要選擇高成熟度的射頻識別（RFID）資產盤點技術。

4.機器人硬件設計

4.1 驅動器

地鐵通號機房機器人的主要工作就是巡檢，及時發現機房中存在的一些異常情況及違規操作，當發現異常時可以及時制止。機器人驅動器的工作電壓為24 V，額定功率為200 W。為了最大限度消除機器人運動過程中存在的噪音，需要對機器人進行消音處理。經測算，驅動器空載狀態下轉速為3 500 RPM，負載狀態下轉速為3 000 RPM。只有在工作電流大于0.8 mA的情況下，驅動器才會工作;如果小于0.8 mA，機器人就停止作業。

4.2 處理器

處理器對于整個系統而言是非常關鍵的，當處理器性能達不到要求時，在很大程度上也會降低系統性能，縮短系統壽命，降低系統處理器調用設備的使用周期。為了規避這些問題，本次設計中使用TUIS—8689作為處理器。

TUIS—8689處理器為單核睿頻5.6 GHz，處理模式為8核心16進程，含有300系列主板，可以第一時間對處理器進行散熱，增加系統的使用壽命，正好滿足本次設計的巡檢機器人要求。

TUIS—8689處理器處理進程任務的最大速度為120字節/s，提前12 MB緩存任務，工作頻率3.2 GHz，光刻14 NM，確保處理器的作業效果。該傳感器使用多線輸出形式，以不同的硬件部位連接設備。這樣，可以防止多線任務在同條線路中被格式化。傳感器電流80 mA，內部螺紋尺寸10 mm×15 mm，對于螺紋精度具有很高的要求。這樣，才可以保證傳感器零件的靈敏度，輸出抗阻≤500 Ω，精度為1%FS，確保系統內部數據的完整流通。

4.3 圖像處理

圖像識別技術可以監測與分析智能巡檢機器人的狀態，包括指示燈狀態、儀表盤讀數、數碼管讀數、液晶屏讀數、開關的實際狀態等。智能巡檢機器人通過無線傳輸集成無線AP，傳輸內容包括電源、控制信號、視頻信號，具備無延時、運行穩定、圖像穩定的特點，且所有功能都可以在后臺完成?？刂圃婆_的三維運動、攝像變焦、燈光變換等功能，將采集到的信息精確傳輸到遠程監控后臺，由遠程監控后臺通過專網實現與巡檢部門、調度的數據交換。

5 智能巡檢機器人后臺管理技術

5.1 動環監控主機

動環監控主機是一種多功能一體化動力環境監控主機，可以采集一種模擬量、RS—485通信、輸入輸出開關量報警。使用動環監控主機可以實現對空調、UPS、開關電源組等一系列動力設備的通信，這種條件下支持氣體、溫度、濕度、壓力傳感器模擬量的輸入，支持本地存儲、搜索模擬量、RS—485數據。

5.2 智能運維系統

智能運維系統真正實現了智能化、集成化，在智能運維系統中運用機器視覺技術可以有效分析巡檢視頻，實現自動識別設備的指示燈、開關、儀表等狀態。在特征匹配算法的基礎上，實現對識別對象的精準定位，進而提高識別效率。統一的軟件技術構架是智能運維系統運用的設計理念，在業務組件化技術的基礎上滿足業務的彈性擴展需求，有助于集中整合管理資源。

5.3 智能NVR

網絡視頻錄像機（NVR）是網絡信息時代背景下一種有效的視頻監控設備，智能化的NVR使用嵌入式設計，同時使用高性能集成中央處理器。計算時使用內嵌深度學習算法，結合計算結果在NVR中接入IPC，IPC將NVR的存儲、管理、控制、分析集于一身，相比傳統的NVR，智能NVR具備人臉識別分析功能，可以精準識別捕捉到的人臉進行數據對比分析，不僅提升了監控視頻的價值股，還提升了計算機網絡信息時代下安防大數據的可靠程度。智能NVR可以實現電子信息機房的智能、高清攝像，有助于為巡檢機器人構成強大、完善的安全防護系統。

5.4 雙光譜MINI云臺

雙光譜MINI云臺是將遠程網絡監控功能、視頻服務功能、高清智能功能集為一體，形成的一種新型網絡云臺。雙光譜MINI云臺內置Web Server服務器、網絡視頻服務器、解碼器、機芯，不僅具備普通云臺的功能，還具備熱成像通道形成對圖像、視頻等一系列信息的數據壓縮，壓縮后的數據可以直接傳輸到網絡終端。

雙光譜MINI云臺的驅動力來源于精密電機，運用精密電機為雙光譜MINI云臺提供驅動力可以確保設備運行更加穩定、靈敏，同時可以確保圖像不會出現抖動的現象。雙光譜MINI云臺具備預置點、巡航、守望、定時等一系列功能，同時具備自動煙霧、火點檢測、智能跟蹤、測溫等一系列智能功能，這些功能可以最大限度上提升雙光譜MINI云臺的智能化水平，節省運行成本。雙光譜MINI云臺具備自動掃描、垂直掃描、巡航掃描、全景掃描、區域掃描等一系列多元化的掃描方式。

5.5 實際應用

5.5.1 入侵檢測

將紅外線高清攝像機安裝在機房各個重要的入口，以此來實現對機房的實施有效監控，當陌生人員進入以后，人臉識別技術可以對陌生人自動進行人臉識別并報警。

為了測試入侵檢測的實際效果，選取非系統錄入人員，最終驗證了智能巡檢機器人可以運用人臉識別技術實現對非系統錄入人員的精準識別，發現非系統錄入人員的同時會觸發報警。

5.5.2 智能巡檢

智能巡檢機器人會結合每天特定的機房巡檢路線，自動檢測機房各項指標、參數，檢測的內容主要包括設備外觀、表面溫度、儀表狀態、數值識別等。智能巡檢機器人可以有效讀取設備的儀表數據、設備指示燈、指針。智能巡檢機器人在對這些設備識別的過程屬于一種靜態識別，巡檢過程中智能巡檢機器人會對設備拍攝高清圖片，以此為依據實現對一系列參數的有效識別。

智能巡檢機器人除了靜態作業外，還可以動態識別設備板卡、指示燈狀態。智能巡檢機器人發現跳躍指示燈就會錄制固定時間的視頻，比對視頻資料與正常運行的設備，生成巡檢日志。如果發現其中的問題，就要及時向控制中心發送警告。

判斷機房設備是否處于穩定運行狀態需要將設備運行過程中的溫度作為一種有效的參考指標，如果設備的運行溫度出現過高情況，此時設備面臨停機風險。智能巡檢機器人會將溫度異常信息上傳給控制中心，使用紅外高清智能攝像機識別設備的整體溫度。維護人員收到智能巡檢機器人上傳的信息后核查機房現場，制定有針對性的解決方案。

6 結語

通信信號系統在地鐵信息化系統中占有核心地位，通過對通號機房開展巡檢工作，可以第一時間發現機房當中存在的異常情況及違規操作，解決人工巡檢效率低、失誤率高，不能滿足現階段地鐵交通的建設要求等問題。本次研究中提出一種智能巡檢機器人，其在地鐵機房中開展巡檢工作，可以提升機房巡檢效率，還可以保證機房巡檢工作的統一化、標準化。

參考文獻

[1] 劉蔭，韓圣亞，徐浩，等.信通機房巡檢機器人系統設計[J].工業儀表與自動化裝置，2021（3）：61-66.

[2] 趙東明，田雷.基于計算機視覺的電信運營商智能巡檢機器人技術研究[J].電信工程技術與標準化，2021，34（4）：51-56.

[3] 侯學輝，謝乾，朱建軍，等.軌道交通電子信息機房智能巡檢系統的設計與應用[J].中國新技術新產品，2021（4）：13-15.