巡检机器人在城市综合管廊中的应用

唐颖辉，张晓今

当今城市地下遍布着各种管线，但这些管线几乎都是独立布置，因此难以对其进行集中管理。为解决上述问题，国家提出建设综合管廊，即在地下修一条隧道，然后将各种管线统一放置在其中[1]。

1 巡检机器人的研究现状

市场涌现出的巡检机器人按照操作方式可大致分为两类：智能巡检机器人和人机操控巡检机器人。

1）智能巡检机器人。如图1所示是苏州光格设备有限公司研发的型号为AIR600的智能巡检机器人，是一款轨道式管廊巡检机器人。操作人员可预先提前设定好巡视点，随后让机器人自主完成巡检作业。自动识别各类管线、隧道环境的故障、缺陷等异常状况。发生紧急情况时，巡检机器人可在第一时间进入事故现场，反馈现场环境实际情况。有效地提高了运维工作的效率和质量，减轻了巡检人员的工作负担。

2）人机操控巡检机器人。和智能巡检机器人相比，人机操控巡检机器人更为常见。工作人员在远处使用相关设备遥控机器人进入管廊内，然后通过控制机器人携带的各类传感器进行监测，并实时的信息传递给工作人员，更适用于恶劣的工作环境。如图2所示是武汉固德科技有限公司研发型号为GD-CCTV地下管网检测3D成像机器人。整个系统都是模块化设计，移动灵活，兼容性强。内置姿态传感器：精度±1%，在爬坡时进行实时监控，有防侧翻预警功能，可有效防止倾翻，同时可实现管道坡度测量。配有800万像素摄像头，可以清晰的获取区域内的信息，同时给配有激光雷达360°全方位无盲区扫描，扫描速率可达3000次/秒，扫描最大半径可达30m。

图1 ARI600智能巡检机器人

图2 GD-CCTV地下管网监测3D成像机器人

2 巡检机器人在城市综合管廊中的运用

2.1 综合管廊巡检机器人的功能需求

综合管廊内部环境相对恶劣，长期处于光线昏暗、潮湿、有毒害气体泄漏的环境。因此管廊巡检机器人必须具有相应的功能，才能顺利完成巡检工作[2]。

1）移动灵活能力：巡检机器人在复杂的环境中，需要具备灵活移动的能力，才能顺利完成任务。2）全面监测能力：管廊中布满了燃气、热力、通信、供热、给排水等管道设施，机器人必须实时监测管内各个管道信息、环境参数以及机器人的自身状态信息。3）实时信息传递：管廊巡检机器人在巡检过程中，应能把巡检环境的实时情况以及机器人自身数据及时传输回操作中心，以便监测。4）远程操作能力：工作人员能通过设备远程控制机器人，实时控制机器人在管廊内进行相关的巡检任务。5）准确定位系统：当机器人在巡检过程中发现到异常问题时，需要及时且精准的定位并报告给工作人员。6）持续工作能力：城市地下综合管廊是一个庞大的工程，所以为了机器人能完成巡检任务，机器人必须具备长时间的工作能力。

2.2 城市综合管廊巡检机器人的组成

城市综合管廊机器人是由机器人本体、灭火机器人平台、远程智能控制系统、轨道平台、供电平台和通信平台组成[3]。

1）机器人本体：机器人本体主要是由环境采集及环境监测系统、语音对讲及应急广播系统、自主防撞与避让系统、实时精准定位系统等系统组成。其中，环境采集系统，在机器人的云台上会搭设一台较高性能的摄像机，可以做到在可视条件极差的环境下时清晰成像。语音对讲和广播系统可以实时进行双向语音。环境监测系统可以对管廊中的环境参数如温度、湿度、可燃有毒气体的浓度等进行实时监测。在巡检过程中，机器人拥有的防撞系统与精准定位系统，都能使巡检任务更顺利、更快速的完成。2）灭火机器人平台：它与巡检机器人通过同一套轨道系统、通讯系统、控制系统以及充电平台进行操控，且灭火机器人自身搭载灭火器。可以和巡检机器人一同迅速到达发生火灾的地点。3）远程智能控制系统：是巡检机器人的核心系统，可以控制机器人进行远程的巡检任务、主要有智能巡检、告警管理等方面。4）轨道平台：平台为工字形，是巡检机器人必不可少的一部分，可采用多种材料如铝合金导轨、钢制导轨等。5）供电平台：综合管廊巡检机器人需要足够的电源，才能完成巡检任务。因此需在隧道中按一定距离布置充电桩，以此提高了充电性能，使机器人能够在管廊中连续行走。6）通信平台：机器人要在远程监控平台进行操作，那么无线网络传输技术是不可少的。在综合管廊内每隔200m应设置一台无线发射终端，保证管廊内无线网络全覆盖。当系统配备后备电源功能，主网失电后，系统能正常运作时间不小于1小时[3]。

2.3 巡检机器人在综合管廊中应用

综合管廊巡检机器人系统，可以弥补传统的巡检模式下，人工巡检人员的负担过重这一缺点，降低工作中的危险性。作为一种移动监控模式，又可以弥补综合管廊监控系统只能定点监控的缺陷，进一步提高对综合管廊的监控能力[4]。

机器人可以进行定时巡检、定位巡检以及指定任务巡检、遥控巡检等多种巡检的方式。在开始巡检前，由工作人员先进行设定，随后将设备投入管廊内，此时巡检机器人就可以根据设定好的路径和指定的目标进行自动匀速的巡检。在巡检的过程中，机器人每到达一个制定的巡检位置，就能自动且准确停车，按照工作人员的设定完成规定工作后，就会再按照路径自动前往下一个巡检目标，不需要进行人为操作来完成巡检任务，并且巡检机器人会自动记录、保存所采集的数据。

巡检机器人还可以携带相应的传感器进入工作区域。当携带气体探测器与温度传感器进入管廊内时，就可以实时对管廊内的温湿度和空气环境进行分析并将结果反馈到工作人员处。气体分析包含空气中的氧浓度、有毒气体与可燃气体的浓度大小，此时可以人工设定报警限值，当温度、湿度、气体浓度高于或低于人工设定的报警限值时，就可以自动报警，以防止发生安全事故，威胁到工作人员的生命安全。同时巡检机器人还可以作为安全指示，当有工作人员进入管廊内进行工作时可以在前面做一个安全引导，提供湿度、温度、气体浓度的实时监测，当有异常情况时，及时汇报给工作人员。

3 运用综合管廊巡检机器人的优势

1）安全性：综合管廊巡检机器人自身具有防火、防水、防腐等特点，降低了危险发生概率。2）实用性：后台同一控制系统，系统自动巡检，且能自动启动应急处理方案，充电检修方便。3）经济性：综合管廊中的公共区域采用费用分担的方式，成本更低且其内容服务更加明确。4）精确性：机器运动控制精度高，可以做到全方位扫描管廊内部环境，并可迅速传输到控制中心。5）可拓展性：模块化设计，未来可继续增加其他模块。

4 结束语

城市综合管廊是如今城市发展的主要趋势，电力、通信、燃气、给排水等市政设施的集中埋设，显著提高了运行和维修的效率。巡检机器人一方面可以全天候监测作业，对于危险区域重点监测，精确且快速的定位到故障点，帮助工作人员快速了解情况。另一方面可减轻人工作业过程中的负担，防止各种危险的发生。因此，在城市中管廊中使用巡检机器人有很强的实用意义。