基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

吳文彬

技術(shù)應(yīng)用

基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

吳文彬

（廣東潮惠高速公路有限公司，廣東 汕尾 516700）

針對(duì)當(dāng)前高速公路隧道維護(hù)大多采用人工巡檢結(jié)合視頻監(jiān)控、火災(zāi)檢測(cè)、事件檢測(cè)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)存在巡檢效率低、運(yùn)營(yíng)成本高的問(wèn)題，提出一種基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)運(yùn)行驗(yàn)證，該系統(tǒng)具有巡檢效率高、功能定制化等特點(diǎn)，可滿足不同的巡檢要求。

高速公路隧道；智能巡檢系統(tǒng)；軌道式巡檢機(jī)器人

0 引言

隨著高速公路隧道里程和車(chē)流量的增加，隧道設(shè)備設(shè)施種類(lèi)也逐漸增多，這給隧道日常維護(hù)和管理帶來(lái)較大壓力。目前隧道的運(yùn)行巡檢和維護(hù)主要以人工為主，存在耗時(shí)長(zhǎng)、效率低、易漏檢、檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性受限于巡檢人員的技術(shù)水平等問(wèn)題，導(dǎo)致隧道管理者難以快速做出準(zhǔn)確的判斷。另外，近年來(lái)多地發(fā)生隧道特大事故，更加凸顯隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的重要性。

本文結(jié)合高速公路隧道的實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)智能巡檢機(jī)器人在隧道內(nèi)循環(huán)往復(fù)檢測(cè)，實(shí)時(shí)、連續(xù)地獲得隧道內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)信息，并對(duì)隧道運(yùn)行狀況做出評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及隧道安全的異常情況。在特殊氣候、交通條件或隧道運(yùn)行狀況異常時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為隧道的維修、養(yǎng)護(hù)與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)[2]。

1 系統(tǒng)框架

基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)主要由4個(gè)部分組成：

1）智能巡檢機(jī)器人，其攜帶多種檢測(cè)傳感器，包括CO/VI檢測(cè)器、能見(jiàn)度檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器、火災(zāi)探測(cè)器、聲光報(bào)警器等，對(duì)隧道內(nèi)溫度、濕度、氧氣、易燃易爆及有毒有害氣體、火災(zāi)、交通事件等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)[3]。

2）滑行軌道，智能巡檢機(jī)器人沿軌道深入現(xiàn)場(chǎng)巡檢，收集相關(guān)信息和數(shù)據(jù)；

3）通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)無(wú)線通信模塊，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳至后端管理平臺(tái)；

4）后端管理平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行決策指導(dǎo)；

基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)框架

智能巡檢機(jī)器人一般分為履帶式巡檢機(jī)器人和軌道式巡檢機(jī)器人[4]。根據(jù)高速公路隧道的實(shí)際情況，并確保機(jī)器人巡檢過(guò)程中不影響道路交通，本文選取軌道式巡檢機(jī)器人進(jìn)行研究分析。

2 系統(tǒng)功能

基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可對(duì)隧道進(jìn)行智能巡檢，自動(dòng)識(shí)別隧道環(huán)境的異常狀況，有效提高運(yùn)維工作的效率和質(zhì)量。系統(tǒng)功能主要包括：

1）智能巡視，基于軌道式巡檢機(jī)器人定位信息，設(shè)計(jì)機(jī)器人行走及巡視路徑：管理者可通過(guò)后端管理平臺(tái)實(shí)時(shí)查看巡檢機(jī)器人位置信息及視頻信息，亦可手工操作巡檢機(jī)器人巡視，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人集群管理：當(dāng)某一區(qū)域發(fā)生預(yù)警信息時(shí)，監(jiān)控中心立即獲得其位置信息，并查看視頻監(jiān)控畫(huà)面實(shí)時(shí)查看異常區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)情況；

2）紅外熱成像檢測(cè)，出現(xiàn)火情時(shí)，軌道式巡檢機(jī)器人能夠迅速到達(dá)火情位置，并根據(jù)區(qū)域溫度特征快速定位著火點(diǎn)位置，為精準(zhǔn)救援提供依據(jù)；

3）隧道交通事件檢測(cè)，根據(jù)視頻采集信息對(duì)隧道的交通情況進(jìn)行判別，對(duì)擁堵、停車(chē)、行人、拋灑物、逆行等交通事件進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位事件發(fā)生的位置；

4）設(shè)備發(fā)熱與故障預(yù)警，通過(guò)獲取設(shè)備表面溫度，分析溫升曲線；通過(guò)與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常；對(duì)溫升異常設(shè)備預(yù)警，并提供可見(jiàn)光照片和紅外溫度影像進(jìn)行判別；

5）語(yǔ)音報(bào)警及對(duì)講，發(fā)生安全預(yù)警時(shí)，軌道式巡檢機(jī)器人攜帶的聲光報(bào)警單元會(huì)進(jìn)行提醒，也可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)喊話警示；

6）智能聯(lián)動(dòng)，可與隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)、電力系統(tǒng)、消防設(shè)備聯(lián)動(dòng)，調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量及環(huán)境溫度：發(fā)生預(yù)警信息時(shí)，監(jiān)控人員可遠(yuǎn)程操作隧道內(nèi)設(shè)備，如開(kāi)啟消防設(shè)備等，及時(shí)排除現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)，避免人員財(cái)產(chǎn)損失；

7）可定制化，根據(jù)具體實(shí)際需求，搭配不同的傳感器，進(jìn)行定制化檢測(cè)；

8）智能運(yùn)維管理及數(shù)據(jù)可視化展示，軌道式巡檢機(jī)器人將獲取的隧道環(huán)境信息、視頻信息、交通信息、交通事件等實(shí)時(shí)回傳至后端管理平臺(tái)，以圖表形式呈現(xiàn)，并繪制其歷史發(fā)展趨勢(shì)，讓管理者更直觀、迅速地掌握隧道狀況。

3 運(yùn)行驗(yàn)證情況

基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可24 h智能化實(shí)時(shí)巡檢，減輕人工巡檢壓力，發(fā)現(xiàn)很多人工巡檢無(wú)法發(fā)現(xiàn)的故障及安全隱患，有效降低了現(xiàn)場(chǎng)巡檢的綜合成本，提升現(xiàn)場(chǎng)巡檢、信息處置的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

基于智能巡檢機(jī)器人的隧道維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有巡檢效率高、功能多樣化、檢測(cè)全面等特點(diǎn)。通過(guò)合理配置智能巡檢機(jī)器人，結(jié)合人工巡檢和隧道固定安裝的機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)，可充分發(fā)揮人工檢測(cè)和機(jī)器人檢測(cè)的作用，優(yōu)化隧道巡檢和養(yǎng)護(hù)流程，提升檢測(cè)效率和檢測(cè)精度。此外，該系統(tǒng)可為隧道管理部門(mén)提供數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，對(duì)預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)具有較高的實(shí)踐意義。

[1] 何璐佳,楊墨,毛杰勇,等.隧道機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程, 2020(2):94-95.

[2] 王志錦.機(jī)器人技術(shù)在高速公路運(yùn)營(yíng)中的應(yīng)用[J].河南科技, 2020(19):98-100.

[3] 王元友,王惠芳,崔鵬偉.智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 青海電力,2015,34(4):1-3,7.

[4] 裴文良,周明靜,李軍偉.綜合管廊智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化,2017,39(1):91-93.

Tunnel Maintenance Automatic Detection System Based on Intelligent Inspection Robot

Wu Wenbin

(Guangdong Chaohui Freeway Co., Ltd. Shanwei 516700, China)

Aiming at the problems of low efficiency and high cost in the current automatic detection system of highway tunnel maintenance, which mostly uses manual inspection combined with video monitoring, fire detection and event detection, this paper proposes an automatic detection system of tunnel maintenance based on intelligent inspection robot. It is proved that the system has the characteristics of high inspection efficiency and customized function, and can meet different inspection requirements.

expressway tunnel; intelligent inspection system; track inspection robot

TN914.3

A

1674-2605(2021)01-0010-03

10.3969/j.issn.1674-2605.2021.01.010

吳文彬，男，1980年生，本科，工程師，主要研究方向：高速公路機(jī)電工程。E-mail: 9268393@qq.com