機器人技術(shù)在高速公路運營中的應(yīng)用

王志錦

摘 要：本文闡述了高速公路智能巡邏機器人、高速公路隧道巡檢機器人、隔離帶清潔機器人在高速公路中運營中的應(yīng)用，重點講述了這幾種機器人的系統(tǒng)組成、工作過程及使用注意事項等。

關(guān)鍵詞：機器人;智能巡邏;隧道巡檢;垃圾拾撿

中圖分類號：TP242;U495文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0098-03

Abstract： This paper described the application of highway intelligent patrol robots， highway tunnel inspection robots， and isolation belt cleaning robots in highway operations. It focused on the system composition， working process and precautions of these kinds of robots.

Keywords： robot;intelligent patrol;tunnel inspection;garbage picking

先進的機器人技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)在高速公路運營中的應(yīng)用，使得現(xiàn)在的高速公路運營管理越來越智能化。高速公路行業(yè)已經(jīng)由密集型產(chǎn)業(yè)逐步轉(zhuǎn)為智能管理型產(chǎn)業(yè)，車輛、道路、使用者三者之間的聯(lián)系更加密切，形成一種安全、高效的運輸系統(tǒng)[1]。本文主要介紹了幾種典型機器人在高速公路運營中的應(yīng)用，重點講述了這幾種機器人的系統(tǒng)組成、工作流程及使用注意事項等。

1 高速公路智能巡邏機器人

智能巡邏機器人以高速公路護欄為軌道，可沿公路護欄前行、后退、停止。圖1是機器人在高速公路護欄上工作時的簡圖。

1.1 主要功能及系統(tǒng)組成

1.1.1 主要功能。高速公路智能巡邏機器人主要用于監(jiān)測高速公路運行工況，包括應(yīng)急車道違規(guī)占用情況監(jiān)測;事故預(yù)警;路面流量信息、擁堵狀況的實時監(jiān)測;現(xiàn)場能見度、降雨降雪量、風(fēng)速等氣象環(huán)境監(jiān)測[2]。

1.1.2 系統(tǒng)組成。智能巡邏機器人由機械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、遠程通信控制系統(tǒng)等組成。機器人本體主要部件如圖2所示。

對于機械系統(tǒng)，主要依據(jù)高速公路護欄的波浪型結(jié)構(gòu)進行適應(yīng)性設(shè)計，確保機器人能在護欄上高速平穩(wěn)運行;同時，輪子上設(shè)置懸掛結(jié)構(gòu)，以減輕機器人通過護欄連接處時產(chǎn)生的強烈震動，減少機器人震動沖擊對高精度設(shè)備的影響，延長使用壽命。

電氣控制系統(tǒng)控制機器人本體運行的路徑與能量供給，并規(guī)劃及控制機器人運行路徑。

監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)能實時監(jiān)測路況信息，通過先進的視頻雷達數(shù)據(jù)融合技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)道路安全隱患，并做出準(zhǔn)確判斷。

1.2 工作過程及其優(yōu)點

1.2.1 工作過程。高速公路智能巡邏機器人在工作時，機器人本體上集成的高清攝像機、高精度傳感器等能實時監(jiān)測路況信息，及時發(fā)現(xiàn)高速公路上的安全隱患。系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)將信號和數(shù)據(jù)傳輸給路段監(jiān)控中心。路段監(jiān)控中心管理人員可以通過登錄移動巡邏機器人應(yīng)用APP，實時監(jiān)測路況，同時操控指定巡邏機器人進行移動檢測。通過巡邏機器人應(yīng)用APP可以實時了解移動巡邏設(shè)備的相關(guān)情況，包含無線網(wǎng)絡(luò)、后臺服務(wù)器是否連接正常，設(shè)備存儲電量是否充足等。管理人員通過手機也可對巡邏機器人應(yīng)用APP進行實時監(jiān)測和控制。

1.2.2 智能巡邏機器人優(yōu)點。與人工巡查相比，智能巡邏機器人減少了人工、車輛及油料成本，可以避免人工巡查面臨的路面交通安全風(fēng)險，也可大幅增加巡查頻次，提高巡查精細化程度。機器人的違章抓拍功能可有效減少各類交通違章行為。事故預(yù)警功能能更好地對路面交通事故作出快速反應(yīng)，降低二次事故的風(fēng)險。對講功能對突發(fā)情況下人員疏散等起到關(guān)鍵作用。路面病害識別、定位、分析功能對業(yè)主單位養(yǎng)護的及時性、科學(xué)性以及精細化尤為關(guān)鍵。自動充電功能確保機器全天候運行。

2 高速公路隧道巡檢機器人

高速公路隧道巡檢機器人有別于高速公路智能巡邏機器人，其是專門針對隧道的復(fù)雜情況設(shè)計的一款巡檢機器人。該機器人主要對隧道內(nèi)設(shè)有的交通誘導(dǎo)、交通環(huán)檢、環(huán)境檢測、通風(fēng)照明、火災(zāi)報警等設(shè)備進行巡視監(jiān)測。

2.1 隧道機器人活動區(qū)域

隧道巡檢機器人與智能巡邏機器人最大的不同在于活動區(qū)域的特殊性。隧道機器人的活動區(qū)域在隧道兩側(cè)的電纜蓋板上，能活動的區(qū)域較為狹長，機器人活動區(qū)域如圖3所示。

從圖3可以看出，隧道機器人的活動區(qū)域具有路面狹窄（寬度100 cm），行進道路較直，空隙、凸起較多等特點。

2.2 路徑檢測

為了讓隧道巡檢機器人在上述活動區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運行，隧道機器人系統(tǒng)自身有一套路徑檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用多個光電傳感器來進行路徑檢測，主要檢測道路邊界、道路空隙、道路臺階3個方面。

隧道巡檢機器人對道路邊界進行檢測時，采用2個光電傳感器，在隧道機器人機身兩側(cè)各安裝一個。隧道巡檢機器人在隧道中行使時，只開啟靠近墻壁的光電傳感器測量機器人到墻壁的距離，光電傳感器會隨時感知機器人一側(cè)到隧道壁的距離，根據(jù)光電傳感器的反饋距離，調(diào)整自身行進線路，使機器人始終與側(cè)壁的距離保持在一個安全范圍內(nèi)。

隧道巡檢機器人對道路的空隙進行檢測時，主要采用安裝在機器人前端觸角結(jié)構(gòu)上的光電傳感器。光電傳感器向地面發(fā)射光信號，探測光強度的變化，當(dāng)遇到縫隙時，光強會發(fā)生變化，光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過系統(tǒng)硬件和軟件計算機器人的行走路徑。

隧道巡檢機器人對道路的臺階進行檢測時，主要采用安裝在機器人前后端的光電傳感器。當(dāng)遇到臺階時，光會發(fā)生反射效應(yīng)，光信號的變化引起電信號的變化，通過系統(tǒng)自身的軟硬件，反饋給機器人本體，機器人調(diào)整行進路徑，繞開臺階。