張玉杰

南昌市城市規(guī)劃設(shè)計研究總院 江西南昌 330000

作為無人場所，綜合管廊的事故不易被及時發(fā)現(xiàn)，易造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)安全監(jiān)管模式所替提供的安全支持作用有限。而機(jī)器人技術(shù)在糾正上述缺陷方面具有一定優(yōu)勢。因此，探討機(jī)器人技術(shù)與綜合管廊安全監(jiān)控工作的整合策略具有一定必要性。

1 機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

在綜合管廊監(jiān)控管理中，機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢在于：

1.1 精準(zhǔn)識別安全隱患

綜合管廊系各類管線的聚集區(qū)，管線種類的復(fù)雜性、海量性特征，容易誘發(fā)相關(guān)安全隱患。引入機(jī)器人技術(shù)后，可利用機(jī)器人開展動態(tài)化巡檢，將機(jī)器人采集的管廊內(nèi)各項(xiàng)信息進(jìn)行匯總、分析，確定管廊運(yùn)行狀態(tài)，及時篩查出安全隱患及風(fēng)險問題[1]。

1.2 有效控制安全事故

綜合管廊在地理位置、環(huán)境特征等方面的特殊性決定著：一旦形成爆炸、火災(zāi)等安全事故，消防人員難以于較短時間內(nèi)妥善控制現(xiàn)場火情。而引入機(jī)器人技術(shù)后，可通過于管廊內(nèi)適宜位置配置滅火機(jī)器人的形式，充分發(fā)揮機(jī)器人的火情抑制、事故處理功能。借助滅火機(jī)器人的作用，迅速阻斷管廊內(nèi)火勢蔓延，遏制安全事故引發(fā)的負(fù)面影響。

1.3 保障事后巡檢安全性

安全事故后的巡檢工作，也是綜合管廊安全監(jiān)管體系的主要構(gòu)成。傳統(tǒng)安全監(jiān)控模式由人員主導(dǎo)，但在事后巡檢工作中，巡檢人員可能受管廊內(nèi)殘存有害氣體、有毒氣體，而面臨一定安全威脅。相比之下，以機(jī)器人技術(shù)為核心的監(jiān)控模式，則可充分發(fā)揮機(jī)器人的巡查評估作用，待經(jīng)機(jī)器人巡檢確認(rèn)管廊內(nèi)無安全隱患?xì)埩簦ōh(huán)境溫度、有毒有害氣體濃度均符合安全要求）時，允許人員進(jìn)入管廊內(nèi)部。

2 機(jī)器人技術(shù)下的綜合管廊安全運(yùn)營模式構(gòu)建

為充分發(fā)揮機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢，可按照如下模式，構(gòu)建完善安全運(yùn)營模式：

2.1 系統(tǒng)建設(shè)

參照綜合管廊內(nèi)部的艙室分布（綜合艙、電力艙等位置及內(nèi)部設(shè)備設(shè)施配置狀況等）信息，建立管廊模型。以管廊模型為基礎(chǔ)，設(shè)計機(jī)器人配置方案，基于安全監(jiān)控要求，為分布于各區(qū)域的機(jī)器人配置滅火器、紅外攝像儀等相關(guān)設(shè)備，并引入相應(yīng)數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，整合機(jī)器人的信息采集功能、火情控制功能，構(gòu)建可視化、智能化綜合管廊監(jiān)管系統(tǒng)。

2.2 機(jī)器人系統(tǒng)

在綜合監(jiān)管系統(tǒng)中，機(jī)器人系統(tǒng)無疑是決定系統(tǒng)智能化水平及可視化程度的關(guān)鍵所在。為了改善管廊基礎(chǔ)安全運(yùn)營質(zhì)量，可按照如下標(biāo)準(zhǔn)，配置機(jī)器人系統(tǒng)：第一，管廊車載子系統(tǒng)。該部分涉及機(jī)器人、車載裝置以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備3 大類。其中，機(jī)器人配置標(biāo)準(zhǔn)為：巡檢機(jī)器人需達(dá)到1 個/km（管廊長度），滅火機(jī)器人需達(dá)到1-1．5 個/km。為保障管廊巡檢效率，需將巡檢機(jī)器人的運(yùn)行速度設(shè)置于1m/s 水平。而滅火機(jī)器人的最高運(yùn)行速度則以8-10m/s為宜（基于管廊現(xiàn)場事故處理要求）。車載裝置可根據(jù)綜合管廊各艙室巡檢、管控需要，選用掛軌運(yùn)行模式或輪式運(yùn)行模式。輪式運(yùn)行裝置如圖1 所示。而在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面，需參照管廊內(nèi)部信息采集工作需要，配置高清攝像設(shè)備、激光雷達(dá)以及紅外攝像設(shè)備等。高清攝像設(shè)備宜按照不低于每艙室1 個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置。第二，管廊本地監(jiān)控子系統(tǒng)。該部分的功能為：獲取管廊現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)，并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至管廊監(jiān)管人員?？紤]到監(jiān)控要求，可選用工業(yè)級無線AP作為管廊本地端的通訊媒介。第三，管廊遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)。配置該部分的目的為：滿足各管廊管理單位人員的監(jiān)控需要。由于遠(yuǎn)程端的管廊信息來源于本地端，因此，在設(shè)置該系統(tǒng)時，可參照本地端的通信網(wǎng)絡(luò)，選用相同配置。借助相同的網(wǎng)絡(luò)，于綜合管廊本地端、遠(yuǎn)程端逐漸建立通暢的網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)而保障管廊信息的有效傳輸[2]。

圖1 機(jī)器人輪試運(yùn)行裝置

2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在智能化監(jiān)管模式下，機(jī)器人智能預(yù)防、處理功能的形成，主要與其良好的數(shù)據(jù)采集機(jī)制有關(guān)。為確保管廊內(nèi)部所有安全隱患的有效識別，可借助機(jī)器人，動態(tài)采集管廊內(nèi)的如下信息：第一，環(huán)境信息。當(dāng)綜合管廊受管線超負(fù)荷運(yùn)行、電纜接頭質(zhì)量欠佳等因素影響而引發(fā)安全事故后，火情、局部爆炸的產(chǎn)生，可對管廊現(xiàn)場相關(guān)環(huán)境信息產(chǎn)生一定影響，如引發(fā)環(huán)境溫度升高、煙塵濃度改變等。為體現(xiàn)智能化系統(tǒng)的優(yōu)勢，可利用機(jī)器人、采集設(shè)備的支持，動態(tài)（24h）采集管廊現(xiàn)場相關(guān)環(huán)境參數(shù)。經(jīng)本地端網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程端網(wǎng)絡(luò)將采集的環(huán)境信息導(dǎo)出，同時借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，將綜合管廊內(nèi)部的溫度參數(shù)、有害氣體濃度參數(shù)、濕度參數(shù)等，轉(zhuǎn)化為折線圖、散點(diǎn)圖等易于觀察的數(shù)據(jù)形式。在此基礎(chǔ)上，確定出各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)的臨界值，將其作為機(jī)器人預(yù)警機(jī)制的啟動標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，綜合管廊內(nèi)部的溫度參數(shù)約處于20-24℃水平，當(dāng)機(jī)器人采集到的溫度參數(shù)達(dá)到30℃這一閾值時，監(jiān)管系統(tǒng)可啟動事故處理機(jī)制，調(diào)動滅火機(jī)器人做好消防準(zhǔn)備，以便有效遏制管廊現(xiàn)場的爆炸事故或火災(zāi)事故。第二，管線信息。管廊內(nèi)部管線信息的改變，是現(xiàn)場安全隱患的直接體現(xiàn)。為保障管廊監(jiān)管質(zhì)量，可借助機(jī)器人監(jiān)管系統(tǒng)，24h 持續(xù)采集各艙室的接地電流、光纖溫度以及局放參數(shù)等信息。鑒于地下管廊的風(fēng)險性，可參照如下標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置現(xiàn)場巡檢點(diǎn)：電力艙室：30-60 個（依據(jù)電力艙室面積確定）；綜合艙：20-55 個；熱力艙：20-40 個。

2.4 應(yīng)急處理系統(tǒng)

為保障現(xiàn)場安全隱患處理效果，可運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)，為應(yīng)急處理系統(tǒng)配置設(shè)備故障處理功能、安全事故（爆炸或火災(zāi)）處理功能。其中，設(shè)備故障處理模式為：運(yùn)行機(jī)器人監(jiān)管系統(tǒng)后，巡檢機(jī)器人可分別于管廊內(nèi)部的各巡檢點(diǎn)，以預(yù)先搭載好的數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行實(shí)時信息采集。如在采集電力艙室的光纖時，巡檢機(jī)器人可將來自紅外熱像設(shè)備（測溫范圍：-40℃-150℃）的光纖溫度信息實(shí)時傳輸至本地端、遠(yuǎn)程端。一旦發(fā)現(xiàn)超出光纖溫度閾值（85℃）的狀況，迅速啟動應(yīng)急模式，將現(xiàn)場電力艙光纖的異常溫度信息經(jīng)管廊通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸至管廊管理人員，以便其盡快處理光纖故障。同時，管廊內(nèi)的滅火機(jī)器人可在智能化監(jiān)管系統(tǒng)的驅(qū)動下，立即趕往故障點(diǎn)周圍。如光纖故障問題未得到及時處理，且持續(xù)惡化引發(fā)安全事故，滅火機(jī)器人可迅速控制現(xiàn)場火情。

而安全事故處理模式則為：管廊內(nèi)部發(fā)生事故后，巡檢機(jī)器人可利用搭載攝像裝置（采集現(xiàn)場圖像信息）、紅外溫度感應(yīng)裝置（收集異常溫度信息）以及煙塵濃度測定裝置等，準(zhǔn)確評估管廊事故嚴(yán)重程度等級，并確定初始事故位置，將事故位置信息及嚴(yán)重程度等級信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸至綜合管廊管理人員。與此同時，機(jī)器人監(jiān)管系統(tǒng)可依據(jù)上述評估結(jié)果，優(yōu)先驅(qū)動與事故位置間距最短的滅火機(jī)器人運(yùn)行至事故所在位置（如事故較嚴(yán)重，則同時驅(qū)動現(xiàn)場所有滅火機(jī)器人共同處理事故），及時控制現(xiàn)場火情。

2.5 事故事后處理機(jī)制

除了事前、事中階段，事后階段也是綜合管廊安全管理的關(guān)鍵期。為避免管廊內(nèi)部殘留的風(fēng)險隱患，威脅管理人員安全，可運(yùn)用機(jī)器人監(jiān)管系統(tǒng)開展智能事后處理。處理流程如下：管廊現(xiàn)場事故得到控制后，啟動管廊內(nèi)配置的所有巡檢機(jī)器人，機(jī)器人分別經(jīng)不同運(yùn)行軌跡、巡檢點(diǎn)，采集各艙室環(huán)境參數(shù)與管線參數(shù)。管理人員根據(jù)后臺反饋結(jié)果（來源于巡檢機(jī)器人搭載的各類信息采集裝置），確認(rèn)管廊內(nèi)各區(qū)域，尤其是爆炸事故、火災(zāi)事故周圍，有無隱患?xì)埩?。確認(rèn)無異常后，相關(guān)人員進(jìn)場修復(fù)設(shè)備故障及其他問題[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，基于機(jī)器人技術(shù)改進(jìn)綜合管廊安全監(jiān)管模式可行性較高。為優(yōu)化監(jiān)管質(zhì)量，可參照綜合管廊內(nèi)部分布、安全事故特征等信息，合理借助機(jī)器人技術(shù)構(gòu)建可視化監(jiān)管系統(tǒng)。此外，為降低安全事故發(fā)生率，還可結(jié)合機(jī)器人管控模式的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)改進(jìn)機(jī)器人監(jiān)管系統(tǒng)，以穩(wěn)定維持綜合管廊的基礎(chǔ)支持功能。