高压电力电缆隧道智能巡检机器人系统技术探讨

陈志坚

（囯网厦门供电公司，福建 厦门 361000）

0 引 言

目前，我国电力运输隧道的电缆工程施工中陆续完成了多种监控系统建设，通过这些监控系统的工程建设和实施基本实现了对所有用于电力运输管网和隧道的电缆智能远程监控，为保证电缆和管网的安全正常运营和发展奠定了坚实基础[1]。这些新型的智能化隧道监控系统主要是安装在固定的重点位置，既具有实时覆盖面大、运行稳定可靠以及经济性佳的特点，同时也存在着不能及时实现对连通隧道内紧急情况的完全实时覆盖的问题。当隧道发生现场紧急情况时，无法将现场紧急情况在第一时间内及时且清晰地传输到隧道监控数据中心，无法在必要时对连通隧道或有线电缆的特定重点部位采取有效的保护措施[2,3]。因此，本文将深入探讨如何在工业电力智能隧道巡检中实现工业智能隧道巡检，利用机器人及其系统应用来有效弥补上述不足。

1 电力隧道巡检现状分析

目前，各省市电力供电监管公司对电力隧道的综合巡检服务方式依然以隧道人工综合巡视为主，巡视服务人员定期组织进行隧道地面和电力隧道之间协同的综合巡视服务工作。隧道内巡视人员进行巡视时的工作效率较低，而这些巡视工作内容可以通过使用自动化的巡视摄像机和监控系统来进行代替[4]。为了进一步提高我国电力铁路隧道的人工防灾抢险处理能力，保障我国高压电力电缆网的安全稳定运。我国电力铁路隧道基本实现了固定、离散在线人工监测，一些重点电力铁路隧道还根据需要实现动态和连续在线监控的处理功能，以利用现代信息技术手段基本实现对我国重点电力隧道的不间断人工巡检，取代传统人工在线巡检[5]。同时，还希望可以基本实现对我国电力铁路隧道内突发性火灾事件的现场干预处理，在事发第一时间可以采取最有效的事件处理干预措施。相对传统的隧道人工巡检干预，该方式具有快速、安全且高效的处理优势[6]。

2 电力隧道智能巡检机器人系统的技术特点

2.1 多种高新技术的有机整合

智能隧道巡检监控机器人系统如图1所示。该系统整合了模式识别技术、无线视频信号数据传输技术、非机械接触自动供电技术、智能自动控制技术、数字视频监控技术以及机电联动控制技术等多种行业高新技术应用手段，集电力机械、电子、控制、传感以及材料等多部门学科于一体，促使我国电力运输隧道的安全事故防护与智能化工程管理达到一个新的水平[7]。

图1 隧道智能巡检机器人

2.2 动态监测手段与现场处置手段有机结合

将现场视频自动监控、多种有害化学气体自动监测、温度/相对湿度自动探测以及避障自动操作等安全监测监控手段与智能交互式视频对讲机和广播事故指挥等有机结合，让我国电力传输隧道内部智能安全机器人担负起“电子警察”的安全职责，使我国电力传输隧道内部特高压动力电缆的安全事故防护管理迈上一个新台阶[8]。

2.3 隧道专用供电技术

电力车的隧道深处地下，长期处在潮湿、高温的工作环境中，同时由于隧道内部空间狭窄，电缆和机动车托架等隧道上的障碍物所占位置比较多，对各种智能交通机器人使用体积、避障行走能力以及其隧道的防潮、抗腐、防锈等都有着极高的技术要求。此外，由于电力车辆在隧道范围内会存在很大的上、下坡和双向拐弯，因此对于各种智能化运输机器人的自动行走和避障性能更是提出了极高要求[9]。这些对各类电力工业隧道的一些特殊要求可能和普通电力工业隧道在设计上的应用方式完全不同，所以需要自主研发各类专用隧道技术。

2.4 隧道无线通信技术

机器人对语音动作进行实时控制、采集以及处理得到的各种语音数据实时传输都需要依靠地下隧道内的无线通信控制系统。基于地下隧道内特殊工作环境，采用无线通信系统模式控制语音数据与高速语音视频的实时传输，达到实现视频、数据以及语音的三位一体，以有效地适应地下隧道内部空间狭窄、路径坡度起伏弯曲以及两侧无线电缆上支架不直接对无线信号直接吸收等复杂的现状[10,11]。

3 电力隧道智能巡检机器人系统

3.1 智能巡检机器人

电力隧道智能巡检机器人系统是整个隧道巡检管理系统的重要组成部分，承担了车载隧道内的车辆巡检和现场监控处置等管理功能，由车载隧道内智能现场监控管理子系统、视频自动成像管理子系统、有害化学气体质量监测管理子系统、远程手动现场监控处理自动化管理子系统(现场监控处置自动执行)、交互式自动成像对讲机以及电视广播的自动控制等共同组成。

3.2 定位系统

随着现代化定位技术的成熟发展，现如今出现了许多定位技术应用在多个领域中。常规情况下，对于系统的定位往往需要一个相对完善的通信环境，如果没有办法与上机取得通信联系，那么将无法知道智能机器人所处的位置，相对应的定位也没有办法实现。隧道机器人对于定位有着较为严格的标准，需要建立更高级的综合性通信渠道，如时差双曲线定位以双曲线作为通信的基本支点进行通信。

3.3 监控系统

隧道智能化监控系统采用分级管理的模式，通过建立多平台、多系统下的统一管理平台，实现了对所有监控系统内部各个分监控中心或者是当地各监控主机和监控装置等的统一、有序管理。而各个部门的分监控中心在充分服从于总监控中心调度指挥工作需要的同时，也在自己的职能区域内负责管理和调度所属隧道内的各个监控设施，从而可以达到一种集中和分散相互结合的多层次用户经营管理模式。隧道内部智能化的监控系统主要功能包括隧道内部实时视频监测、车流流速检查、变配电工作参数检查、火灾自动报警、照明、通风、应急电话、环境监测以及交通管理控制等。其中，隧道互联网视频监控系统的构建可以实时监视隧道内部的交通流量与交通工具的正常运行状态，适时管理关键路段的交通，及时发现各类异常情况并做出相应的处理措施，以有效确保隧道高速、安全、舒适且经济有序的正常运营。

3.4 供电平台

智能巡检监控机器人的综合动力系统驱动及高速滑线的供电控制系统套件是集工业机械、电子、电器以及计算机于一体的大型综合动力输送管理系统。它将车辆生产、监测控制设备、动车行走控制设备等综合装置在车辆预定的运行轨道上，按照国家编制的轨道控制管理程序运行。同时，自动巡检控制机器人按照用户设定的自动巡检操作程序，在不同的巡检时间点上，按照移动平台上的控制指令即可进行实时的完全自动化巡检控制。

3.5 通信平台

采用无线隧道数据网络的全部无线传送技术，在无线隧道内即可实现对于目前所有无线网络全部缝隙的完全覆盖。利用并网后的电力由隧道内部的光纤通信网络进行传输和发射网络,每200 m处建立一台无线通信并网发射基站的终端。无线通信基站设施全部按照双模组网方式建造，两个漏波天线电缆接头分别按照一根漏波天线电缆分前后沿电力隧道南北两个方向敷设。电力传输隧道内部的光纤通信数据传输系统在本网络内部敷设光纤光缆和4个供电口，10/100 M以上的光纤收发器均可作为本网络通信系统重要的设备进行数据通信。

4 结 论

通过上面的分析可以得知，在当今信息时代，对于高压电力电缆隧道智能巡检机器人系统的完善需要适应时代的变化，即系统硬件结构简单、系统软件开发方便等。在研究的同时需要深入分析找出所存在的缺点，由于系统实时性的研究欠缺，不能保证实时性这一特点的有效执行。但是从总体来说，完善高压电力隧道智能巡检机器人对于工程来说是一个巨大的进步，希望后期能够继续进行完善。未来，高压电力电缆隧道智能巡检机器人系统技术将在工程质量检测和远程监控这两方面发挥重要作用。