寶鋼湛江鋼鐵有限公司 張景忠

目前我國電纜隧道中出現(xiàn)最多的故障就是電纜老化、滲水、電纜自燃以及線纜老化腐蝕破損等問題，由于隧道環(huán)境特殊，在傳統(tǒng)的隧道巡檢過程中不僅工作難度大、人工巡檢成本高，且極易因人工失誤而出現(xiàn)安全隱患。隨著電纜隧道機器人巡檢的運用，能用極短的時間確定出現(xiàn)故障的位置，并及時對故障進行處理，不但能降低電纜火災(zāi)的發(fā)生，還能保證電能的正常輸出，避免相關(guān)操作人員受到一定的傷害。此外，在電纜隧道運行中運用機器人開展巡檢工作還能使輸電安全檢測的自動化進程得到有效提升。

1 巡檢機器人現(xiàn)狀概述

1.1 巡檢機器人應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代坦福研究所首先開發(fā)出了一種能夠自動移動的機器人。而隨著科技的不斷進步，機器人技術(shù)的快速發(fā)展，電巡檢機器人也隨之應(yīng)運而生。這種機器人可通過手動進行控制，工作空間不到1米，而工作深度卻能夠達到200米以上。隧道巡檢機器人的出現(xiàn)使隧道的檢查工作流程變得更為簡單，大大提高了隧道巡檢的效率。隧道巡檢機器人將超聲波傳感、攝像機等多種方式結(jié)合起來在隧道內(nèi)進行檢測。在我國對于電纜隧道巡檢機器人的研究相對起步比較晚，主要是將改進現(xiàn)有機器人作為主要研究方向，提出相應(yīng)的改進方案，或是擴展其承載的功能。

軌道巡檢機器人可借助自身攜帶的熱紅外成像儀及高清攝像頭等對隧道內(nèi)的情況進行實時監(jiān)控，幫助用戶了解隧道內(nèi)有害氣體、光照度、煙霧等具體數(shù)據(jù)，通過監(jiān)控云平臺控制軌道巡檢機器人，并借助監(jiān)控平臺來控制機器人，包括數(shù)據(jù)接入、統(tǒng)計、GUS 定位、儲存及立體展示等。系統(tǒng)還具有火災(zāi)報警的能力，滅火機器人可在實際巡檢的過程中第一時間到達事故位置進行火情處理。所以，電纜隧道環(huán)境下使用軌道巡檢機器人要明顯優(yōu)于其它類型機器人，更有利于保護隧道電纜。

1.2 我國電纜隧道巡檢的現(xiàn)狀

隨著電力的不斷發(fā)展和城市化進度的不斷推進，越來越多的電廠、城市自己工礦相關(guān)企業(yè)都開始通過地下電纜隧道的方式來滿足日常的供電需求。這不僅減輕了地面電纜的鋪設(shè)，同時也緩解了道路交通中鋪設(shè)電纜的隱患。另一方面，采取隧道電纜鋪設(shè)方式還增加了電纜使用壽命，同時使電能在傳輸過程中可能發(fā)生的電氣事故隱患也明顯降低。然而通過地下隧道的方式鋪設(shè)電纜同樣也增加了電纜巡檢的難度，由于目前對現(xiàn)有電纜隧道的管理不完善，導(dǎo)致大部分的電纜隧道存在一定的火災(zāi)和有毒氣體等安全隱患。檢測人員若在日常巡檢過程中未按照相關(guān)規(guī)定佩戴好相應(yīng)的防毒、高溫等設(shè)備，則極易受到煙氣、高溫自燃有害氣體的影響而對生命造成威脅。

2 電纜隧道巡檢機器人相關(guān)技術(shù)分析

隧道巡檢機器人在整個電纜隧道巡檢工作中具有非常重要的作用。目前較為常用的巡檢機器人包括履帶機器人、輪式機器人、多足機器人及軌道機器人等。機器人的形式不同其所展現(xiàn)出來的特點也不相同。輪式機器人相比運動結(jié)構(gòu)更為簡單，但具有靈活的轉(zhuǎn)向功能，機動性極高，通常適用于經(jīng)常移動的場所，如交通隧道的維護和檢修等情況[1]；履帶式的機器人更能適應(yīng)比較復(fù)雜的地面狀況，越障能力相對較強，其性能明顯要比輪式機器人更為優(yōu)越；導(dǎo)軌機器人在開展巡檢工作時主要是沿著事先制定好的路線行走，一般情況下會繞道直達目的地。而電纜隧道的主要特點就是空間較小，機器人在接近處在地面上的電纜時，由于空間不足常會直接翻過障礙物，但這種行為會對電纜自身的穩(wěn)定性帶來一定的影響，因此，使用路徑較為穩(wěn)定導(dǎo)軌機器人能有效避免對電纜帶來的傷害。

巡檢機器人主要是針對電纜隧道的特殊環(huán)境，對出現(xiàn)的電纜老化、滲水、腐蝕以破損等情況進行準(zhǔn)確定位，并發(fā)送警報。通過軌道巡檢機器人不但能夠降低風(fēng)險，同時還能夠有效的提高巡檢工作效率，確保其電能輸出的可靠和穩(wěn)定性。目前巡檢機器人的主要技術(shù)包括以下幾點。

2.1 控制結(jié)構(gòu)

巡檢機器人控制系統(tǒng)相對較為靈活，主要是由數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程主機以及控制板組成，通常是采用鎂鋁合金制作而成，重量基本在10kg 以內(nèi)，封閉的外殼設(shè)計能能夠有效的保證機器人的涉水與防水能力。巡檢機器人的遠(yuǎn)程主機能夠提供實時交互界面，將機器人采集的所有數(shù)據(jù)信息顯示出來，同時用戶端還可通過無線通訊系統(tǒng)實現(xiàn)對機器人的控制。機器人的主控制板中包含了其運行的各種器件，例如處理器需要完成對巡檢電機以及導(dǎo)航的控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎匾蝿?wù)，數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)則需要集成煙霧、有害氣體、溫濕度、光照度等傳感器和定位裝置，借助無線通信對所獲得的信息進行處理，并及時將處理結(jié)果反饋給主控制板[2]。

2.2 驅(qū)動結(jié)構(gòu)

巡檢機器人在設(shè)計理念上主要是選用的輕量化的方式，在制作上采用密度小、性能好的材料，以此來降低工作的重心，同時用復(fù)合越障機構(gòu)的設(shè)計方式與之配合，使得機器人整體不但操作簡單，而且越障性能良好，搭配擺臂進行支撐就能夠輕松的越過隧道中可能出現(xiàn)的障礙物，并能夠順著電纜線進行運動，可控云臺配備高清攝像頭和紅外熱成像儀器，能夠輕松的將電纜隧道內(nèi)的實際影像及時的傳遞出去，形成實時監(jiān)控。

2.3 定位系統(tǒng)

巡檢機器人最主要的基本功能就是定位，通過自帶的導(dǎo)航定位系統(tǒng)對隧道內(nèi)的位置進行確定，能夠準(zhǔn)備的將電纜線路存在的故障點表示出來，在整個電纜隧道巡檢中具有非常重要的意義?，F(xiàn)階段，巡檢機器人中較常用的定位系統(tǒng)包括主被動標(biāo)識定位、有測程定位以及GPS 定位系統(tǒng)等。同時，通過導(dǎo)航定位也可對巡檢機器人的運行路線進行合理的規(guī)劃。電纜隧道內(nèi)部的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，巡檢機器人在運行過程中需要跨越多種不同類型的障礙物，因此須借助導(dǎo)航與定位系統(tǒng)規(guī)劃出最為合理的行走路線，巡檢機器人自帶視覺傳感器，能通過電纜隧道內(nèi)部的環(huán)境信息來展開定位工作，具有極強的分辨力，探索范圍也相對會更廣，定位也更為精準(zhǔn)，能幫助電纜隧道巡檢機器人制定出最為科學(xué)的行走路線[3]。

2.4 故障排查

電纜隧道巡檢機器人的故障排查系統(tǒng)更加智能化，主要包括紅外技術(shù)探測以及視覺檢測等內(nèi)容。例如，隧道內(nèi)的沒有溫度過高的電纜，但通過圖像分析識別發(fā)現(xiàn)大部分的電纜都處于工作狀態(tài)，且高于45°，如果保持這種情況超過24小時則軟件平臺會發(fā)出提示性預(yù)警。根據(jù)電纜隧道自身獨特的環(huán)境要求，對整個工作過程進行詳細(xì)的分析，設(shè)計出更為智能化的控制體系，確定后臺與機器人之間的數(shù)據(jù)信息互通，利用相應(yīng)的編程軟件來實現(xiàn)用戶端與巡檢機器人之間的實時圖像傳輸和數(shù)據(jù)信息的接收等功能。

3 電纜隧道巡檢機器人的特點及應(yīng)用

3.1 電纜隧道巡檢機器人的特點

由于電纜隧道的內(nèi)部環(huán)境比較復(fù)雜，因此在對巡檢機器人進行設(shè)計時需要滿足其能夠有效克服環(huán)境障礙、系統(tǒng)可靠、遠(yuǎn)程控制、移動載體高以及檢測環(huán)境等方面的要求。根據(jù)電纜隧道任務(wù)的實際要求規(guī)劃，電纜的履帶設(shè)計具有極高的優(yōu)點：首先，能夠?qū)崿F(xiàn)自動檢測，工作效率也相對較高，能夠節(jié)省下來更多的勞動力；其次，巡檢機器人的體積較小，結(jié)構(gòu)也相對較為簡單，具有極強的可操作性，運動也更為靈活；最后，巡檢機器人具有極強的越障礙能力，能夠更好的開展巡檢工作。

3.2 電纜隧道巡檢機器人的工作過程

電纜隧道通常在地下且分布較多。隧道內(nèi)部常會出現(xiàn)淤積、滲水以及積水等情況，這也在一定程度上加大了隧道敷設(shè)的難度。由于在隧道敷設(shè)的過程中，極有可能會有碎片顆粒不能及時清理干凈，嚴(yán)重的影響了巡檢機器人的正常工作[4]。由于隧道內(nèi)部環(huán)境較為復(fù)雜，巡檢機器人需要較長的時間來進行工作。機器人在隧道中開展工作時，不但要確保機器的靈活性，同時還要通過無限通信技術(shù)對其進行檢測，在巡檢機器人正常工作時，需要保證其能量充足。

機器人自隧道的入口進入，為了防止通信信號受到干擾，需要在隧道入口處安裝通信單元，操作人員可借助地面控制臺對機器的行走軌跡進行控制，然后將其檢測到的聲音、溫度、有害氣體的濃度以及圖像等數(shù)據(jù)信息傳遞送給相關(guān)地面操作人員。在地下隧道運行期間，機器人若遇到小石子或者積水、不平整等情況，可輕松的檢測出障礙的屬性，在繞道后繼續(xù)前行。

3.3 電纜隧道運行中巡檢機器人的應(yīng)用

電纜隧道內(nèi)部環(huán)境較為復(fù)雜，通風(fēng)效果極差，而且線路一直處在運行的狀態(tài)，很容易出現(xiàn)自然老化、腐蝕或者是受到一些生物的啃噬而出現(xiàn)火災(zāi)等情況，再加上隧道空間狹小，維修人員很難再第一時間進入到隧道內(nèi)部開展巡檢工作，所以一旦有火災(zāi)等險情出現(xiàn)，火勢將會迅速蔓延形成難以控制的局面。若不能及時的進入現(xiàn)場展開救援控制火情，將會導(dǎo)致停電等事故，同時也會為后續(xù)的恢復(fù)工作帶來一定的困難，會對經(jīng)濟和社會帶來嚴(yán)重的損失。

運用電纜隧道巡檢機器人則可有效的避免這一情況的發(fā)生。能夠及時精準(zhǔn)的確定火災(zāi)發(fā)生的位置，并且其自帶干粉滅火裝置，當(dāng)所處溫度達到一定數(shù)值時，電纜隧道巡檢機器人就會通過通信系統(tǒng)與地面取得聯(lián)系，接受地面遠(yuǎn)程控制平臺的指定，然后執(zhí)行指令發(fā)射滅火干粉開展救火行動。與此同時還可對出現(xiàn)老化、腐蝕以及破損的電纜進行及時的修復(fù)和定位，進而提高電纜的壽命，降低電纜火災(zāi)事故的出現(xiàn)概率，極大程度的降低對電纜造成的損害[5]。

除此之外，為了保證電纜巡檢機器人能夠在較為復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定安全運行，巡檢機器人的所有控制程序接收和發(fā)送的指令都是通過無線網(wǎng)來實現(xiàn)的，通過巡檢機器人內(nèi)部的無線網(wǎng)卡以及后臺控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)兩臺計算機摸網(wǎng)絡(luò)連接。而在控制系統(tǒng)相應(yīng)的要求上，則是借助編程軟件設(shè)計出服務(wù)器與用戶端之間的通信軟件，進而實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)信息的無線傳播、實時采集等功能。

在電纜隧道巡檢機器人中，配備了具有極強的抗干擾能力、高帶寬、傳輸距離足夠遠(yuǎn)的相關(guān)通訊模塊?？蓪崟r的將電纜線路的圖像傳送到用戶端中。在隧道巡檢機器人設(shè)計完成以后，需要對其進行結(jié)構(gòu)與功能性方面的測試。確定其具備一定的可靠性和合理性。通常會進行翻越、爬坡、無線通訊等方面的測試分析，通過測試確保其能夠翻越設(shè)置的障礙物，成功爬坡，能夠明確控制臺下達的指令，可順利進行電纜隧道巡檢工作，為電纜隧道巡檢提供保障。

圖1 電纜隧道巡檢機器人

4 結(jié)語

電纜隧道巡檢機器人在整個電纜隧道巡檢工作中發(fā)揮著非常重要的作用，多樣化的巡檢機器人能夠有效的精準(zhǔn)確定電纜出現(xiàn)故障的位置，提高巡檢的工作效率。隧道巡檢機器人的設(shè)計與開發(fā)作為自動化領(lǐng)域的研究熱點，一直收到廣大研究人員的青睞。在科技迅速發(fā)展的時代，隧道巡檢機器人能夠搭載的設(shè)備、傳感器種類也會越來越多，相應(yīng)的電纜故障的診斷與排查效率也會隨之提高，精準(zhǔn)度也在不斷提升，自動機器人的應(yīng)用范圍也必然會越來越廣泛。