铁路机房智能巡检系统设计与实现

2021-01-13张志韬彭朝亮

数字通信世界 2021年2期

张志韬，周瑾，彭朝亮

（通号工程局集团北京研究设计实验中心有限公司，北京 100070）

近年来，随着国家高铁网络建设和应用规模的不断扩大，铁路通信技术的快速发展，铁路通信系统的机房成为高铁高效和安全运行的有力保障。目前铁路通信系统的机房巡检，仍采用人工方式。人工巡检受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的影响较大，存在漏巡、错检的可能性。人工巡检存在及时性、可靠性差，花费人工较多，存在较大的巡视过程风险，巡视效率低下。

专用巡检机器人在机房数据中心中的实际应用，将逐渐取代运行人员完成机房设备日常巡视、红外测温、操作前后设备状态检查等工作，实现设备巡视工作的无纸化和信息化，提高设备巡视的工作效率和质量，降低运行人员劳动强度和工作风险，提升机房智能化水平，为机房无人值守提供更先进的技术支撑平台。

1 铁路机房智能巡检系统

铁路机房智能巡检系统主要是利用循迹智能车、高清摄像机、智能控制和现有的IP网络等进行开发的，能够对现有的机房等需要日常巡视监控检查等场合，替代目前的人工巡视，人工检查等，可以大大提高效率，确保巡视质量的前提下，大大降低成本。

系统主要由现场机房前端设备、服务网络和后端管理服务器组成，客户端通过服务器对前端设备进行信息采集和操作控制。

其中机房前端设备包括：自动循迹的巡检车；具备云台控制及变焦可控的高清摄像机；机房前端的无线接入AP；巡检车及摄像机等专用的电源系统；前端设备的供电及自动充电系统；前端接入网络设备；防火墙设备。

机房控制部分包括：控制主机；接入网络设备；专用的网络设备（自组网的IP设备等）；

监控终端主要包括：系统控制服务器；客户查看操作终端；信息处理服务器。

2 铁路机房智能巡检系统设计

2.1 智能巡检车的控制技术

智能巡检车的控制系统，巡检控制方式有两种，第一种是智能巡检，巡检车通过避障和循迹，智能规划路径，达到对机房区域的自动巡检；第二种是终端控制巡检，终端可以远端控制巡检车，进行机房巡检，及时查看监测情况。

系统主要监测设备主控部分、旋转云台部分、动力驱动部分和自动充电部分组成。智能巡检车设备主要包括控制器，步进电机驱动器，电机旋转云台，状态显示灯，角度编码器，三轴陀螺仪，红外测距仪，外围调理模块，接口转换模块、无线路由、避障循迹模块、红外定位寻址充电模块等。

监测设备主控部分，通过设置IO口，配置I2C、串口和以太网协议，进行数据的采集、处理和传输。通过GPIO输出电脉冲，控制电机旋转云台，采集角度编码器，三轴陀螺仪，激光测距仪，驱动步进电机旋转云台，控制放在云台上的激光摄像机转动，通过无线网络传输，由监控终端调取图像，及时查看机房监测图像，同时控制器通过RS232串口采集红外测距仪的数据。通过角度编码器，采集云台旋转角度；通过I2C协议，控制器采集三轴螺旋仪数据，进行姿态测量，保证云台的水平；位于云台上的高清激光摄像头，电源模块。

动力驱动模块，主控板通过UART，采集循迹模块和避障模块，智能规划路线，驱动步进电机，带动驱动轮，可控制巡检车的移动和转动。

自动充电模块，主控板接收位于充电座的红外信号，运用双红外定位位置，使巡检车自动找寻充电座，并通过带有磁铁的充电插座，安全稳定的充电。

2.2 网络接入技术

网络接入技术要解决的问题是如何连接到各种网络上，提供端到端的宽带连接。本系统是运行无线网络接入和光纤网络接入，满足设计要求。无线用户环路是指利用无线技术为固定用户或移动用户提供电信业务，因此无线接入可分为固定无线接入和移动无线接入。光纤是目前传输速率最高的传输介质，在主干网中已大量的采用了光纤。如果将光纤应用到用户环路中，就能满足用户将来各种宽带业务的要求。

2.3 自动充电控制技术

自动充电模块，主控板通过红外接收模块，接收位于充电座的红外信号，运用双红外定位位置，使巡检车规划路线，自动找寻充电座，并通过带有磁铁的充电插座，安全稳定的充电。利用红外设备，通过充电站与巡检车之间的信号传递来实现寻找充电站和对接充电。

2.4 网络安全防护

2.5 网络接入认证

满足可运营、可管理的网络建设，对用户访问网络资源的权限进行严格的认证和控制。例如，进行用户身份认证，对口令加密、更新和鉴别，设置用户访问目录和文件的权限，控制网络设备配置的权限。

3 系统功能实现

3.1 设备异常智能预警

机器人能实现对铁路通信及信号机房机柜、设备、板卡等装置的类型、状态进行图像处理与识别分析，能够检测设备异常或告警等状态信息：

（1）组合排架报警灯的状态监测与报警。

（2）发送器、接收器、衰耗器指示灯的监测与报警。

（3）列控中心机柜采集板、LEU板指示灯监测与报警。

（4）电源防雷箱面板指示灯监测与报警。

（5）UPS及电源屏面板指示灯监测与报警。

机器人能实现模拟网络盘上防雷单元劣化指标检测、通过图像处理方式实现，当屏显为绿色为正常状态，颜色变为红色，为防雷单元故障。

设备故障预警和状态监测根据设备运行规律或观测得到的可能性前兆，在设备真正发生故障之前，及时预报设备的异常状况，采取相应的措施，从而最大程度的降低设备故障所造成的损失。随着设备装置和控制系统的规模和复杂性日益增大，为保证安全平稳，通过可靠的状态监控技术及时有效的监测和诊断过程异常就显得尤为迫切和重要。基于知识的方法主要以相关专家和操作人员的启发性经验知识为基础，定性或定量描述过程中各单元之间的连接关系、故障传播模式等，在设备出现异常征兆后通过推理、演绎等方式模拟过程专家在监测上的推理能力，从而自动完成设备故障预警和设备监测。

3.2 自动化设备管理

站内（近端）终端可实现对本站巡检机器人的管理与控制，可对巡检机器人自身系统和图像分析识别信息进行信息检索与查询，支持实时告警信息上报，历史告警确认与查询检索等。可对本站巡检机器人设置巡检任务与计划等详细巡检内容。远程网管终端可实现对全线巡检机器人的管理与监控，可同时对多个站点机器人进行集中监控，可对站内（近端）终端进行远程管理。

对铁路机房设备实施定期或连续监测，全面动态地掌握系统状态和功能情况，并对数据进行有效的分析和管理，提炼出对设备管理有价值的信息，实现对设备状态的分类和预警功能、查询及历史信息数据库的应用管理，为管理人员及时提供早期的故障信息和维修决策依据。