鐵路機(jī)房智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張志韜，周 瑾，彭朝亮

（通號工程局集團(tuán)北京研究設(shè)計實驗中心有限公司，北京 100070）

近年來，隨著國家高鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，鐵路通信技術(shù)的快速發(fā)展，鐵路通信系統(tǒng)的機(jī)房成為高鐵高效和安全運(yùn)行的有力保障。目前鐵路通信系統(tǒng)的機(jī)房巡檢，仍采用人工方式。人工巡檢受人員的生理、心理素質(zhì)、責(zé)任心、外部工作環(huán)境、工作經(jīng)驗、技能技術(shù)水平的影響較大，存在漏巡、錯檢的可能性。人工巡檢存在及時性、可靠性差，花費(fèi)人工較多，存在較大的巡視過程風(fēng)險，巡視效率低下。

專用巡檢機(jī)器人在機(jī)房數(shù)據(jù)中心中的實際應(yīng)用，將逐漸取代運(yùn)行人員完成機(jī)房設(shè)備日常巡視、紅外測溫、操作前后設(shè)備狀態(tài)檢查等工作，實現(xiàn)設(shè)備巡視工作的無紙化和信息化，提高設(shè)備巡視的工作效率和質(zhì)量，降低運(yùn)行人員勞動強(qiáng)度和工作風(fēng)險，提升機(jī)房智能化水平，為機(jī)房無人值守提供更先進(jìn)的技術(shù)支撐平臺。

1 鐵路機(jī)房智能巡檢系統(tǒng)

鐵路機(jī)房智能巡檢系統(tǒng)主要是利用循跡智能車、高清攝像機(jī)、智能控制和現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行開發(fā)的，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的機(jī)房等需要日常巡視監(jiān)控檢查等場合，替代目前的人工巡視，人工檢查等，可以大大提高效率，確保巡視質(zhì)量的前提下，大大降低成本。

系統(tǒng)主要由現(xiàn)場機(jī)房前端設(shè)備、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和后端管理服務(wù)器組成，客戶端通過服務(wù)器對前端設(shè)備進(jìn)行信息采集和操作控制。

其中機(jī)房前端設(shè)備包括：自動循跡的巡檢車；具備云臺控制及變焦可控的高清攝像機(jī)；機(jī)房前端的無線接入AP；巡檢車及攝像機(jī)等專用的電源系統(tǒng)；前端設(shè)備的供電及自動充電系統(tǒng)；前端接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；防火墻設(shè)備。

機(jī)房控制部分包括：控制主機(jī)；接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（自組網(wǎng)的IP設(shè)備等）；

監(jiān)控終端主要包括：系統(tǒng)控制服務(wù)器；客戶查看操作終端；信息處理服務(wù)器。

2 鐵路機(jī)房智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計

2.1 智能巡檢車的控制技術(shù)

智能巡檢車的控制系統(tǒng)，巡檢控制方式有兩種，第一種是智能巡檢，巡檢車通過避障和循跡，智能規(guī)劃路徑，達(dá)到對機(jī)房區(qū)域的自動巡檢；第二種是終端控制巡檢，終端可以遠(yuǎn)端控制巡檢車，進(jìn)行機(jī)房巡檢，及時查看監(jiān)測情況。

系統(tǒng)主要監(jiān)測設(shè)備主控部分、旋轉(zhuǎn)云臺部分、動力驅(qū)動部分和自動充電部分組成。智能巡檢車設(shè)備主要包括控制器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)旋轉(zhuǎn)云臺，狀態(tài)顯示燈，角度編碼器，三軸陀螺儀，紅外測距儀，外圍調(diào)理模塊，接口轉(zhuǎn)換模塊、無線路由、避障循跡模塊、紅外定位尋址充電模塊等。

監(jiān)測設(shè)備主控部分，通過設(shè)置IO口，配置I2C、串口和以太網(wǎng)協(xié)議，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。通過GPIO輸出電脈沖，控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)云臺，采集角度編碼器，三軸陀螺儀，激光測距儀，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)云臺，控制放在云臺上的激光攝像機(jī)轉(zhuǎn)動，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，由監(jiān)控終端調(diào)取圖像，及時查看機(jī)房監(jiān)測圖像，同時控制器通過RS232串口采集紅外測距儀的數(shù)據(jù)。通過角度編碼器，采集云臺旋轉(zhuǎn)角度；通過I2C協(xié)議，控制器采集三軸螺旋儀數(shù)據(jù)，進(jìn)行姿態(tài)測量，保證云臺的水平；位于云臺上的高清激光攝像頭，電源模塊。

動力驅(qū)動模塊，主控板通過UART，采集循跡模塊和避障模塊，智能規(guī)劃路線，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，帶動驅(qū)動輪，可控制巡檢車的移動和轉(zhuǎn)動。

自動充電模塊，主控板接收位于充電座的紅外信號，運(yùn)用雙紅外定位位置，使巡檢車自動找尋充電座，并通過帶有磁鐵的充電插座，安全穩(wěn)定的充電。

2.2 網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)要解決的問題是如何連接到各種網(wǎng)絡(luò)上，提供端到端的寬帶連接。本系統(tǒng)是運(yùn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入和光纖網(wǎng)絡(luò)接入，滿足設(shè)計要求。無線用戶環(huán)路是指利用無線技術(shù)為固定用戶或移動用戶提供電信業(yè)務(wù)，因此無線接入可分為固定無線接入和移動無線接入。光纖是目前傳輸速率最高的傳輸介質(zhì)，在主干網(wǎng)中已大量的采用了光纖。如果將光纖應(yīng)用到用戶環(huán)路中，就能滿足用戶將來各種寬帶業(yè)務(wù)的要求。

2.3 自動充電控制技術(shù)

自動充電模塊，主控板通過紅外接收模塊，接收位于充電座的紅外信號，運(yùn)用雙紅外定位位置，使巡檢車規(guī)劃路線，自動找尋充電座，并通過帶有磁鐵的充電插座，安全穩(wěn)定的充電。利用紅外設(shè)備，通過充電站與巡檢車之間的信號傳遞來實現(xiàn)尋找充電站和對接充電。

2.4 網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)

網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)要解決的問題是如何連接到各種網(wǎng)絡(luò)上，提供端到端的寬帶連接。本系統(tǒng)是運(yùn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入和光纖網(wǎng)絡(luò)接入，滿足設(shè)計要求。無線用戶環(huán)路是指利用無線技術(shù)為固定用戶或移動用戶提供電信業(yè)務(wù)，因此無線接入可分為固定無線接入和移動無線接入。光纖是目前傳輸速率最高的傳輸介質(zhì)，在主干網(wǎng)中已大量的采用了光纖。如果將光纖應(yīng)用到用戶環(huán)路中，就能滿足用戶將來各種寬帶業(yè)務(wù)的要求。

2.5 網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證

滿足可運(yùn)營、可管理的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，對用戶訪問網(wǎng)絡(luò)資源的權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格的認(rèn)證和控制。例如，進(jìn)行用戶身份認(rèn)證，對口令加密、更新和鑒別，設(shè)置用戶訪問目錄和文件的權(quán)限，控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置的權(quán)限。

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 設(shè)備異常智能預(yù)警

機(jī)器人能實現(xiàn)對鐵路通信及信號機(jī)房機(jī)柜、設(shè)備、板卡等裝置的類型、狀態(tài)進(jìn)行圖像處理與識別分析，能夠檢測設(shè)備異?；蚋婢葼顟B(tài)信息：

（1）組合排架報警燈的狀態(tài)監(jiān)測與報警。

（2）發(fā)送器、接收器、衰耗器指示燈的監(jiān)測與報警。

（3）列控中心機(jī)柜采集板、LEU板指示燈監(jiān)測與報警。

（4）電源防雷箱面板指示燈監(jiān)測與報警。

（5）UPS及電源屏面板指示燈監(jiān)測與報警。

機(jī)器人能實現(xiàn)模擬網(wǎng)絡(luò)盤上防雷單元劣化指標(biāo)檢測、通過圖像處理方式實現(xiàn)，當(dāng)屏顯為綠色為正常狀態(tài)，顏色變?yōu)榧t色，為防雷單元故障。

設(shè)備故障預(yù)警和狀態(tài)監(jiān)測根據(jù)設(shè)備運(yùn)行規(guī)律或觀測得到的可能性前兆，在設(shè)備真正發(fā)生故障之前，及時預(yù)報設(shè)備的異常狀況，采取相應(yīng)的措施，從而最大程度的降低設(shè)備故障所造成的損失。隨著設(shè)備裝置和控制系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性日益增大，為保證安全平穩(wěn)，通過可靠的狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)及時有效的監(jiān)測和診斷過程異常就顯得尤為迫切和重要?；谥R的方法主要以相關(guān)專家和操作人員的啟發(fā)性經(jīng)驗知識為基礎(chǔ)，定性或定量描述過程中各單元之間的連接關(guān)系、故障傳播模式等，在設(shè)備出現(xiàn)異常征兆后通過推理、演繹等方式模擬過程專家在監(jiān)測上的推理能力，從而自動完成設(shè)備故障預(yù)警和設(shè)備監(jiān)測。

3.2 自動化設(shè)備管理

站內(nèi)（近端）終端可實現(xiàn)對本站巡檢機(jī)器人的管理與控制，可對巡檢機(jī)器人自身系統(tǒng)和圖像分析識別信息進(jìn)行信息檢索與查詢，支持實時告警信息上報，歷史告警確認(rèn)與查詢檢索等?？蓪Ρ菊狙矙z機(jī)器人設(shè)置巡檢任務(wù)與計劃等詳細(xì)巡檢內(nèi)容。遠(yuǎn)程網(wǎng)管終端可實現(xiàn)對全線巡檢機(jī)器人的管理與監(jiān)控，可同時對多個站點(diǎn)機(jī)器人進(jìn)行集中監(jiān)控，可對站內(nèi)（近端）終端進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。

對鐵路機(jī)房設(shè)備實施定期或連續(xù)監(jiān)測，全面動態(tài)地掌握系統(tǒng)狀態(tài)和功能情況，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析和管理，提煉出對設(shè)備管理有價值的信息，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的分類和預(yù)警功能、查詢及歷史信息數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用管理，為管理人員及時提供早期的故障信息和維修決策依據(jù)。

3.3 人工手動巡檢

機(jī)器人可在受站內(nèi)終端與遠(yuǎn)程網(wǎng)管終端控制下，實現(xiàn)人工手動巡檢。優(yōu)先級高于全自動巡檢。巡檢方式可采用操作控制器或界面控制方式實現(xiàn)。操控可靠穩(wěn)定，且控制功能受預(yù)設(shè)安全機(jī)制限制。

4 結(jié)束語

鐵路機(jī)房智能巡檢系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）自動巡檢作業(yè)，日夜不間斷巡檢，自動識別指示燈、開關(guān)狀態(tài)、刻度表等儀表，自動記錄機(jī)房室內(nèi)溫濕度。

（2）對UPS、照明、配電等設(shè)備進(jìn)行主動監(jiān)控，自動采集上報告警信息。

（3）按照任務(wù)配置，定點(diǎn)定時進(jìn)行高清拍照，形成標(biāo)準(zhǔn)報表實時上傳，幫助后臺人員對服務(wù)器、交換機(jī)、存儲等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行研判。

（4）遠(yuǎn)程巡檢作業(yè)，機(jī)器人巡檢時實時回傳現(xiàn)場的音視頻，控制中心可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通過移動式視頻監(jiān)控和語音對講實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)督作業(yè)，也可以求助技術(shù)專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)運(yùn)維。

人工智能首先從專業(yè)性較強(qiáng)的細(xì)分領(lǐng)域開始得到應(yīng)用，以巡檢安防行業(yè)為代表，人工智能將成為其新的競爭熱點(diǎn)，巡檢機(jī)器人更是其中的重中之重。傳統(tǒng)巡檢安防工作走向以人工智能技術(shù)為依托的“智能巡檢”及“立體巡檢”，并逐步融入了“平安城市”、“智慧城市”的建設(shè)中。