軌道通訊公司采用WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)研究

余 適，陳 鶴

（中興（溫州）軌道通訊技術有限公司，浙江 溫州 325000）

軌道通訊作為現(xiàn)代化交通系統(tǒng)中至關重要的一環(huán)，對于設備的正常運行和安全性具有極高的要求。而傳統(tǒng)的巡檢方式存在效率低、過程復雜以及人力資源不足等問題，迫切需要一種更先進、高效且可靠的方案。為滿足軌道通訊公司對巡檢過程的需求，WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)被引入并應用到實際工作中。

1 WiFi6 技術及其在通信行業(yè)的應用現(xiàn)狀

首先，WiFi6 采用了更高頻率的調(diào)制技術和更寬的信道寬度，使得傳輸速度得以大幅提升。根據(jù)實際測試，WiFi6 的峰值速率可達10Gbps，比前一代WiFi5 提升了4 倍以上，用戶能夠更快地下載和上傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)更流暢的網(wǎng)絡體驗[1]。其次，WiFi6 引入了一些重要的技術特性，有助于降低延遲。其中，目標觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸（TWT）技術能夠協(xié)調(diào)設備的通信時間，減少了設備等待的時間，從而降低了整體網(wǎng)絡的延遲。

目前，WiFi6 技術已經(jīng)在通信行業(yè)得到廣泛應用。從家庭無線網(wǎng)絡到企業(yè)網(wǎng)絡，從公共場所到大型會議中心，WiFi6 都成為新建網(wǎng)絡或升級現(xiàn)有網(wǎng)絡的首選技術。越來越多的智能手機、平板電腦和物聯(lián)網(wǎng)設備也開始支持WiFi6 標準，使得用戶能夠享受到更快速、低延遲和更可靠的無線連接。

2 巡檢機器人在軌道通訊領域中的使用情況及優(yōu)勢分析

首先，在巡檢任務方面，巡檢機器人能夠代替人工進行軌道和設備的巡查工作。相比于傳統(tǒng)的人工巡檢方式，機器人能夠避免人為差錯和疲勞導致的錯誤，并且能夠以更高的精度和效率完成相同的任務。其次，巡檢機器人配備各類傳感器和攝像頭，能夠?qū)壍涝O備進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。這些傳感器和攝像頭能夠精確感知并記錄下軌道通訊設備的運行狀態(tài)、溫度變化和異常情況等信息，為后續(xù)的故障診斷和維修提供重要依據(jù)。此外，巡檢機器人還具備自主導航能力，可以根據(jù)預設路徑或指令，自動穿越軌道通訊設施，并且能夠智能避開障礙物等[2]。最后，巡檢機器人能夠?qū)崿F(xiàn)遠程操作和監(jiān)控，使得維護人員可以通過遠程控制中心對機器人進行指揮和管理。

3 系統(tǒng)架構(gòu)與設計

3.1 WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)的架構(gòu)概述

WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)采用了先進的無線局域網(wǎng)技術和機器人技術，以實現(xiàn)軌道通訊設備的全面巡檢和監(jiān)控。該系統(tǒng)的架構(gòu)主要組成部分有巡檢機器人主體、控制與通信模塊、數(shù)據(jù)處理與分析模塊、可視化顯示與遠程管理界面、基礎設施支持。具體來講，巡檢機器人是整個系統(tǒng)的核心，它配備了各種傳感器、攝像頭和執(zhí)行器等。巡檢機器人能夠自主導航并行走于軌道設備之間，采集設備各項數(shù)據(jù)，進行巡視和監(jiān)測任務?？刂婆c通信模塊負責控制和管理巡檢機器人的運行。它與巡檢機器人主體進行無線通信，并接收和發(fā)送命令。同時，控制與通信模塊還與中央控制中心進行通信，實現(xiàn)遠程控制和監(jiān)控。數(shù)據(jù)處理與分析模塊負責對巡檢機器人采集的數(shù)據(jù)進行處理和分析。通過該模塊，可以對軌道通訊設備的狀態(tài)、運行情況和異常情況進行實時監(jiān)測和診斷[3]。數(shù)據(jù)處理與分析模塊可以利用機器學習和人工智能算法，對數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，并生成有關設備狀態(tài)和運行狀況的報告?？梢暬@示與遠程管理界面通過圖形化展示巡檢機器人采集的數(shù)據(jù)和監(jiān)測結(jié)果。維護人員可以通過該界面實時查看設備的狀態(tài)和異常情況，并進行故障診斷和維護計劃的制定。此外，該界面還可以提供遠程操作和監(jiān)控的功能，使得巡檢機器人能夠遠程控制和指揮。系統(tǒng)的正常運行還需要一些基礎設施的支持，比如WiFi6 無線局域網(wǎng)基站、安全防護措施和電源供應等。

3.2 子系統(tǒng)功能與模塊設計

WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)包括多個子系統(tǒng)和模塊，每個子系統(tǒng)和模塊都具有特定的功能和任務，為整個系統(tǒng)的運行提供支持，具體來講，巡檢機器人主體模塊是系統(tǒng)的核心，具備自主導航、傳感、執(zhí)行和通信功能。它包括：（1）自主導航子模塊：使用激光雷達、視覺傳感器和編碼器等設備，實現(xiàn)機器人的路徑規(guī)劃和避障功能，確保其在軌道通訊設備之間安全運行。（2）傳感子模塊：采集環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、振動等，并獲取設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，如電壓、電流等。（3）執(zhí)行子模塊：根據(jù)指令執(zhí)行相應的操作，如開啟、關閉或重啟設備。（4）通信子模塊：通過無線網(wǎng)絡和中央控制中心進行實時通信與數(shù)據(jù)交互。

控制與通信模塊負責對巡檢機器人的運行進行控制和管理，并與中央控制中心進行通信，包括：（1）控制子模塊：根據(jù)接收到的命令，控制巡檢機器人的運動、采集和執(zhí)行等操作。（2）通信子模塊：與巡檢機器人主體模塊進行無線通信，傳輸命令和數(shù)據(jù)。同時，與中央控制中心建立通信連接，實現(xiàn)遠程操作和監(jiān)控。

數(shù)據(jù)處理與分析模塊負責對巡檢機器人采集的數(shù)據(jù)進行處理、分析和優(yōu)化，包括：（1）數(shù)據(jù)處理子模塊：對采集到的原始數(shù)據(jù)進行處理和清洗，如去除噪聲、糾正偏差等，以得到準確可靠的數(shù)據(jù)。（2）分析子模塊：通過機器學習和數(shù)據(jù)挖掘算法，對處理后的數(shù)據(jù)進行分析和建模，提取設備狀態(tài)、異常情況和預測性維護等信息。（3）報告生成子模塊：根據(jù)分析結(jié)果，生成報告和可視化圖表，為維護人員提供參考和決策支持。

可視化顯示與遠程管理界面提供直觀易用的用戶界面，以展示巡檢機器人采集的數(shù)據(jù)和監(jiān)測結(jié)果，并實現(xiàn)遠程控制和操作，包括：（1）數(shù)據(jù)顯示子模塊：將處理和分析后的數(shù)據(jù)以圖表、曲線等形式展示，使維護人員可以直觀地了解設備狀態(tài)和運行情況。（2）遠程操作子模塊：通過界面實現(xiàn)對巡檢機器人的遠程控制和指揮，包括路徑規(guī)劃、指令下發(fā)等操作。

3.3 基礎設施的部署與集成

第一，WiFi6 無線局域網(wǎng)基站。部署WiFi6 基站是整個系統(tǒng)的基礎，它提供穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡連接，需要根據(jù)實際的覆蓋范圍和計劃的傳輸速率來選擇基站的數(shù)量和位置，以保證巡檢機器人在整個軌道通訊區(qū)域內(nèi)都有良好的信號覆蓋。

第二，電源供應設備。為巡檢機器人和相關設備提供穩(wěn)定的電源是部署的必要條件，需確保電源可靠并滿足系統(tǒng)的功耗需求。針對巡檢機器人，可以考慮在軌道通信設備上設置充電樁或電池更換站點，以保證機器人在巡檢過程中持續(xù)運行。

第三，安全防護措施。為了保障整個系統(tǒng)的安全性，需要采取一系列的安全防護措施。例如，設置密碼保護機制，限制非授權人員的訪問；進行數(shù)據(jù)加密，防止敏感數(shù)據(jù)泄露；部署防火墻和入侵檢測系統(tǒng)，保護系統(tǒng)免受網(wǎng)絡攻擊。

第四，中央控制中心。建立一個中央控制中心用于管理和監(jiān)控巡檢機器人的運行和任務。該控制中心可以與巡檢機器人以及其他子系統(tǒng)進行實時通信，發(fā)送指令、接收數(shù)據(jù)，并提供遠程操作和監(jiān)控功能。

第五，巡檢路徑規(guī)劃和設備標識。開展系統(tǒng)部署前需要對軌道通訊設備進行路徑規(guī)劃和設備標識。通過設定巡檢路徑和標定設備位置，確保巡檢機器人能夠準確無誤地巡檢軌道通訊設備，并獲取相應的數(shù)據(jù)。

第六，數(shù)據(jù)存儲與備份。對采集到的巡檢數(shù)據(jù)進行合理存儲和備份，以便日后分析和查閱。

4 巡檢機器人算法與技術

4.1 遙感與視覺傳感技術的應用

在WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)中，遙感與視覺傳感技術發(fā)揮著重要作用，用于獲取軌道通訊設備的信息和圖像數(shù)據(jù)，并提供環(huán)境感知和異常檢測的功能。

遙感技術主要通過使用激光雷達、紅外傳感器、超聲波傳感器等設備，實現(xiàn)對周圍環(huán)境和軌道通訊設備的非接觸式測量和感知。它可以獲取設備的位置、形狀、物理參數(shù)和障礙物的信息等。通過遙感技術，巡檢機器人可以精確地感知到設備的狀態(tài)和環(huán)境特征，包括溫度變化、振動、損壞程度等[4]。這些數(shù)據(jù)有助于及時發(fā)現(xiàn)設備問題和異常情況，為后續(xù)的維護工作提供參考依據(jù)。

視覺傳感技術則通過攝像頭、圖像識別和處理算法，實現(xiàn)對軌道通訊設備的圖像采集、分析和識別。巡檢機器人通過攝像頭進行實時圖像采集，并使用視覺算法分析設備表面的圖像信息。通過比對預設的設備模型和異常特征，機器人能夠檢測出可能存在的問題和故障，如裂紋、松動的零件等。

4.2 WiFi6 無線網(wǎng)絡的優(yōu)化與管理算法

在WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)中，為了提高無線網(wǎng)絡的性能和效率，需要應用優(yōu)化與管理算法對WiFi6 網(wǎng)絡進行調(diào)整和優(yōu)化。

一個優(yōu)化算法是載波感知多用戶調(diào)度（Cognitive Multi-User Scheduling），它根據(jù)不同設備的通信需求和網(wǎng)絡負載情況，動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸方式和資源分配策略。通過預測設備的通信負載和調(diào)整資源分配，該算法可以實現(xiàn)更高的網(wǎng)絡容量和更好的用戶體驗。

WiFi6 網(wǎng)絡管理算法中的重要一項是功率控制算法。由于設備分布范圍廣泛，功率水平的控制對于避免互相干擾、提高網(wǎng)絡覆蓋范圍和節(jié)約能源非常重要。功率控制算法通過根據(jù)設備間的距離和通信質(zhì)量來動態(tài)調(diào)整設備的發(fā)送功率，以優(yōu)化網(wǎng)絡中的信號質(zhì)量和網(wǎng)絡容量。

此外，流量調(diào)度和負載均衡算法也是WiFi6 網(wǎng)絡優(yōu)化和管理的關鍵算法。流量調(diào)度算法可以根據(jù)應用的優(yōu)先級、設備的需求和網(wǎng)絡負載情況來合理分配數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捄唾Y源。負載均衡算法則通過均衡設備之間的通信負載，確保網(wǎng)絡中各個設備之間的負載分布均衡，提高網(wǎng)絡的性能和穩(wěn)定性。

4.3 安全與保護措施的設計與實施

在WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)中，為了確保系統(tǒng)的安全性和保護隱私，需要設計和實施一系列安全與保護措施。需設置訪問控制策略，限制只有授權人員能夠接入系統(tǒng)和操作巡檢機器人。采用身份認證技術，如用戶名和密碼、指紋識別或刷卡等，來驗證用戶身份，并對不同角色的用戶分配不同的權限。需通過使用加密算法對敏感數(shù)據(jù)進行加密，包括傳輸過程中的數(shù)據(jù)加密和存儲在設備中的數(shù)據(jù)加密。這樣可以保護數(shù)據(jù)的機密性，防止未經(jīng)授權的人員獲取敏感數(shù)據(jù)。需部署網(wǎng)絡防火墻來監(jiān)控網(wǎng)絡流量和數(shù)據(jù)包，及時檢測和阻止?jié)撛诘木W(wǎng)絡攻擊和入侵行為。防火墻還可以限制外部訪問，并過濾惡意軟件和病毒等威脅。需建立安全審計和監(jiān)控系統(tǒng)，記錄和監(jiān)測巡檢機器人的操作和訪問情況，包括用戶訪問記錄、指令下發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

5 系統(tǒng)在實際軌道通訊項目中的應用案例

一家鐵路公司部署了WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)，以提高對軌道通訊設備的巡檢和維護效率。例如，在一個軌道通訊項目中，WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)被部署以提高設備的巡檢和維護效率[5]。一天中的指定時間段內(nèi)，巡檢機器人配備了各類傳感器和攝像頭進行巡檢工作。通過傳感器獲取設備的溫度、電壓、電流等數(shù)據(jù)，并利用視覺傳感技術對設備表面進行圖像分析。

在一次特定的巡檢任務中，巡檢機器人發(fā)現(xiàn)一個重要設備的溫度異常升高，超過設定的閾值。機器人立刻將發(fā)現(xiàn)的問題發(fā)送給維護人員，同時標記該設備為異常狀態(tài)。維護人員立即采取了相應的措施，包括檢查和維修該設備，以避免進一步的損壞和生產(chǎn)中斷。

通過系統(tǒng)的設備狀態(tài)監(jiān)測功能，WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)設備的異常情況，并通過警報通知相關人員。這樣，維護人員可以迅速響應并采取及時的維修措施，防止設備故障的進一步惡化，確保設備的正常運行。

6 結(jié)語

綜上所述，WiFi6 智能巡檢機器人綜合系統(tǒng)為軌道通訊項目帶來了諸多益處，提高了設備監(jiān)測和維護的效率和準確性，增強了系統(tǒng)的安全性和可靠性。這一先進技術的應用將為未來的軌道通訊領域帶來更多的創(chuàng)新和進步，助力鐵路交通行業(yè)的發(fā)展和提升服務質(zhì)量。