（廈門電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司，福建 廈門 361000）

智能機(jī)器人在電力電纜隧道巡檢的研究與應(yīng)用

萬紫陽

（廈門電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司，福建 廈門 361000）

本文介紹巡檢機(jī)器人在電力電纜隧道的應(yīng)用，對(duì)隧道智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)各部分功能與工作原理分析。

智能機(jī)器人； 巡檢系統(tǒng)；電力隧道

1 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)

（1）多種高新技術(shù)的有機(jī)整合

智能巡檢機(jī)器人整合了模式識(shí)別技術(shù)、無線信號(hào)傳輸技術(shù)、智能控制技術(shù)、數(shù)字視頻技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)等多種高新技術(shù)手段，集機(jī)械、電子、控制、傳感、材料等多學(xué)科于一體，使電力隧道的安全防護(hù)與智能化管理達(dá)到一個(gè)新的水平。

（2）動(dòng)態(tài)監(jiān)測手段與現(xiàn)場處置手段有機(jī)結(jié)合

將視頻監(jiān)控、多種有害氣體監(jiān)測、溫度/濕度探測、避障操作等監(jiān)測手段與交互式對(duì)講廣播指揮等現(xiàn)場處置手段有機(jī)結(jié)合，讓電力隧道智能機(jī)器人擔(dān)負(fù)起“電子警察”的職責(zé)，使電力隧道內(nèi)高壓電纜的的安全防護(hù)水平上了一個(gè)新臺(tái)階。

（3）為適應(yīng)電力隧道內(nèi)的特殊使用環(huán)境而采用的專用技術(shù)

電力隧道深處地下，常年處于潮濕、高溫的環(huán)境中，同時(shí)電力隧道空間狹窄，電纜托架等障礙物較多，對(duì)智能機(jī)器人的體積、避障能力以及防潮防銹水平都有極高的要求，同時(shí)電力隧道內(nèi)存在大量的上下坡和拐彎，對(duì)智能機(jī)器人的行走能力要求極高。

（4）采用高可靠性的無線技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)傳輸和通信

機(jī)器人的動(dòng)作控制、采集到的數(shù)據(jù)傳送都依賴于隧道內(nèi)的高速通信系統(tǒng)，基于隧道的特殊環(huán)境，采用無線通信模式，控制數(shù)據(jù)與視頻的傳輸基于800M～2.4G頻段的無線通信，達(dá)到視頻、數(shù)據(jù)、語音三合一，以適應(yīng)隧道空間狹小、路徑起伏彎曲、以及兩側(cè)電纜支架接地對(duì)無線信號(hào)吸收嚴(yán)重等現(xiàn)狀。

2 智能巡檢機(jī)器人主要功能

主要功能：

智能視頻：高清視頻加可見光照明燈，全方位云臺(tái)和大倍數(shù)光學(xué)鏡頭控制；

紅外熱成像：監(jiān)視隧道內(nèi)發(fā)熱體紅外熱輻射成像測溫，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；

隧道3D成像：紅外激光雷達(dá)對(duì)隧道做剖面掃描，智能平臺(tái)形成隧道3D圖像；

隧道環(huán)境監(jiān)測：溫濕度、有害氣體含量、空氣含氧量、隧道內(nèi)煙霧探測；

應(yīng)急消防功能：滅火彈投擲、高壓干粉噴射，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)應(yīng)急滅火處置；

穿越隧道防火門：火災(zāi)發(fā)生時(shí)，聯(lián)動(dòng)關(guān)閉所有消防門；機(jī)器人可以自行控制防火門安全穿越防火門，進(jìn)入下一個(gè)作業(yè)區(qū)；

交互式對(duì)講指揮功能：通過高增益拾音器、高音喇叭和高清攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與隧道人員的音視頻信息交互；

實(shí)現(xiàn)自行勻速巡檢、工作位置準(zhǔn)確停車探測、緊急事件高速到達(dá)、遇到障礙自動(dòng)停車告警、以及遇到人員智能減速跟蹤探測；

多種巡檢模式：定時(shí)巡檢、周期巡檢、不間斷巡檢。

行走速度：0～120m/min可調(diào)?？煞譃樽孕醒矙z速度，緊急事件高速行走，以及遇人跟蹤速度；

具備較強(qiáng)的抗電場干擾能力；

具備車載影像防抖動(dòng)功能，滿足運(yùn)行過程中的圖象穩(wěn)定性要求。

爬坡能力：在小于20°的坡度上能夠平順運(yùn)動(dòng)，坡道采用在軌道上鑲嵌齒狀條帶，增加摩擦力。

剎車定位：水平軌上最大剎車距離1米以內(nèi)。

防潮防塵性能：PLC主控模塊要求達(dá)到IP67防護(hù)等級(jí)。

轉(zhuǎn)彎半徑：最小3m，并具備彎道自動(dòng)減速通過功能。

電力電纜隧道智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)外觀效果圖如圖1所示。

3 智能巡檢機(jī)器人主要部件

3.1 360°視頻攝像機(jī)

一體化高變倍攝像機(jī)及高性能轉(zhuǎn)臺(tái)于一體，防抖攝像機(jī)芯。采用先進(jìn)的非致冷凝視型紅外焦平面芯片，獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)、處理、顯示技術(shù)，確保圖像輸出清晰和穩(wěn)定。

3.2 定位模塊

采用預(yù)埋位置傳感器，對(duì)設(shè)定的工作位置、彎道、井口避讓處進(jìn)行精確定位。定位精度：0.1m。其他位置采用伺服電機(jī)里程計(jì)，定位精度0.5m。

電纜接頭工作位操作流程。智能巡檢機(jī)器人剎車停止，調(diào)整云臺(tái)轉(zhuǎn)向，對(duì)電纜接頭進(jìn)行攝像。

彎道減速通過。根據(jù)設(shè)定的彎道允許速度，將機(jī)器人減速至允許速度通過。

圖1 電力電纜隧道智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)外觀效果圖

井口避讓。頂部懸掛式軌道，在井口和下人旋梯位置，必須靠邊避讓。形成弧形軌道，因此機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到此，根據(jù)定位數(shù)據(jù)編碼，采用彎道減速方式通過。

位置計(jì)算：采用步進(jìn)電機(jī)步長計(jì)算方式，加定位檢測校正誤差的處理，保證機(jī)器人在隧道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)位置，始終能夠準(zhǔn)確的展現(xiàn)在監(jiān)控中心的數(shù)字化平臺(tái)上。

3.3 紅外成像

隧道巡檢機(jī)器人上安裝有智能高速球機(jī)（內(nèi)部集成高清攝像機(jī)、在線式一體紅外熱成像儀），能實(shí)現(xiàn)多角度、360°全方位、近景拍攝與紅外熱成像測溫，如圖2所示。

圖2 紅外成像效果圖

3.4 智能滅火管理

（1）機(jī)器人自身攜帶滅火裝置

隧道巡檢機(jī)器人前后各個(gè)掛載一套超細(xì)干粉滅火裝置，機(jī)器人巡檢過程中發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)異常溫度點(diǎn)超過預(yù)警線，在得到授權(quán)的條件下可以自動(dòng)或人工控制發(fā)射超細(xì)滅火干粉，通過超細(xì)干粉良好的彌漫性與滅火特性，第一時(shí)間應(yīng)急滅火。

超細(xì)干粉滅火劑是用于滅火的干燥且易于流動(dòng)的超細(xì)型粉末，由具有滅火效能的無機(jī)鹽和少量的添加劑經(jīng)干燥、粉碎、混合而成微細(xì)固體粉末組成。 它是一種在消防中得到廣泛應(yīng)用的滅火劑的進(jìn)化版，效果比干粉滅火劑要好的多，在同樣的重量下它有更廣泛的覆蓋面積和覆著性。

（2）機(jī)器人聯(lián)動(dòng)穿越防火墻方案

電力隧道要求每隔一定距離劃分防火區(qū)段，并設(shè)置防火墻和防火門;正常工作時(shí)為保證通風(fēng)要求防火門是打開的，在出現(xiàn)險(xiǎn)情或緊急情況下需要關(guān)閉防火門以阻斷火災(zāi)蔓延；因此卻給機(jī)器人穿越防火墻帶來了困難，此處要求機(jī)器人正常巡檢時(shí)能夠穿過防火門同時(shí)又不能影響到防火墻和防火門的正常功能。采用智能控制的自動(dòng)閉門器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，智能閉門器采用總線連接可以實(shí)現(xiàn)和控制平臺(tái)及機(jī)器人的實(shí)時(shí)通信，當(dāng)機(jī)器人巡檢到相應(yīng)防火門附近時(shí)，通過定位系統(tǒng)和遙控指令控制防火門打開并通過，當(dāng)機(jī)器人順利通過防火門后智能閉門器會(huì)自動(dòng)將防火門關(guān)閉。智能閉門器采用本地備份電源工作模式，即使在電源線路或通信鏈路遭受損壞時(shí)也能自動(dòng)將防火門關(guān)閉；軌道采用在防火門上開孔的方式穿過，并用撓性耐高溫防火材料將軌道和防火門之間的縫隙填滿，防止火勢從防火門和軌道間縫隙中通過，安全可靠。

結(jié)語

由于電力隧道環(huán)境的特殊性，一旦發(fā)生火災(zāi)、恐怖襲擊等惡性事故，運(yùn)行人員很難在第一時(shí)間進(jìn)入隧道進(jìn)行處置，在這種情況下，智能機(jī)器人的作用就可以充分發(fā)揮出來，智能機(jī)器人不僅可以進(jìn)入事故現(xiàn)場，把現(xiàn)場的視頻、圖像、空氣中有害氣體的含量、溫度/濕度報(bào)警等數(shù)據(jù)發(fā)送回指揮中心，同時(shí)，也可以執(zhí)行發(fā)射滅火彈、應(yīng)急對(duì)講指揮等相關(guān)的處置措施，從而在第一時(shí)間阻止災(zāi)情蔓延，起到更好的防災(zāi)減災(zāi)效果。

[1]姜蕓,付莊．一種小型電纜隧道檢測機(jī)器人設(shè)計(jì)[J]．華東電力,2009（01）．

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