CN105487507A - 一种基于轨道机器人的智慧管网*** - Google Patents

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Abstract

本发明适用于管网市政管理领域，提供了一种基于轨道机器人的智慧管网***，包括穿梭轨道、移动机器人、机器人坞站和控制及数据交互平台；穿梭轨道固设于综合管廊的舱室中，沿着综合管廊的轴线方向铺设，并穿越防火门；移动机器人可运动地固设于穿梭轨道上，用于巡检综合管廊内的状况及修复故障；机器人坞站提供充电、装配作业组建，并作为通讯中继站联通控制及数据交换平台和机器人之间的通讯；控制及数据交互平台用于将接收到的数据进行分析、存储，并提供查询和进行显示，且向移动机器人发送执行任务的指令数据。该智慧管网***相对于采用定点布设传感器的智慧管网，具有维护简单、运营成本低、检测范围广的优点，且能代替人工进行安全巡检。

Description

一种基于轨道机器人的智慧管网***
技术领域
本发明属于管网市政管理技术领域，尤其涉及一种基于轨道机器人的智慧管网***。
背景技术
市地下管道综合管廊，又被为“共同沟”，是指将设置在地面、地下或架空的各类公用类管线集中容纳于一体，并留有供检修人员行走通道的隧道结构。即在城市地下建造一个隧道空间，将市政、电力、通讯、燃气、给排水等各种管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测***，实施统一规划、设计、建设和管理，彻底改变以往各个管道各自建设、各自管理的零乱局面。各管线需要开通时，只需通知有关负责部门，接通接口即可，既便于修理，又节省了国家的资源。
目前综合管廊的巡检靠人来完成，通过工人进入综合管廊，沿着综合管廊步行，采用目测的方式对综合管廊进行巡检。采用这种巡检方式有以下缺点：一、人为巡检检测质量依赖于工人经验以及责任心、细心程度；二、随着人力成本提升，这种重复性枯燥的工作很难招人；三、人很难检测出危险气体超标，局部过热等安全隐患；四、一旦发生事故，人很难第一时间到达现场，即使第一时间到达事故现场，也会冒着巨大的生命危险。
用机器人代替人进行巡视，则可以避免很多人工巡检过程中的难题，且能随时调配机器人到达指定位置，可以在未知是否有险情的情况下进行检测和巡视，因此采用机器人进入综合管廓进行巡检会慢慢替代人的巡检。
对于综合管廊舱室内的安全监控，目前采用定点安置摄像头，在特定位置安装各种传感器的方式。这种方式存在以下缺点：一、如果摄像头位置间距较小，则安装成本高，如果过远，则存在过多的监控盲区和死角；二、由于综合管廊内部被防火门分隔成相对独立的舱室，防火门平常是常闭状态，每个舱室都需要安装整套传感器，成本较高。
目前，现有的智慧化管网平台需要安装大量的传感器来采集信息，传感器的安装和维护是一个费时费力的工程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种维护简单、维护成本低且检测范围广的基于轨道机器人的智慧管网***。
本发明是这样实现的，一种基于轨道机器人的智慧管网***，包括穿梭轨道、移动机器人、机器人坞站和控制及数据交互平台；
所述穿梭轨道固设于综合管廊的舱室中，沿着综合管廊的轴线方向铺设，且穿越综合管廊中的防火门，由多段穿梭轨道单元顺序拼接而成；
所述移动机器人可运动地固设于所述穿梭轨道上，用于巡检所述综合管廊内的状况及修复综合管廊内部出现的故障；
所述机器人坞站置于综合管廊的舱室中或者舱室外的出口处，用于向所述移动机器人充电，装配作业组建，并作为通讯中继站联通所述控制及数据交换平台和所述移动机器人之间的通讯；所述控制及数据交互平台分别与所述移动机器人、所述机器人坞站通过无线或有线网络相连接，用于将接收到的数据进行分析、存储，并对接收到的数据和分析出来的结果提供查询和进行显示，且向所述移动机器人发送执行任务的指令数据。
进一步地，所述移动机器人内置有高清摄像头、定位传感器、温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器。
进一步地，所述移动机器人具有机械手臂，所述机械手臂用于执行修复综合管廊内部出现的故障。
进一步地，所述移动机器人包括一节或多节能在所述穿梭轨道上运行的车体单元，所述移动机器人由多节车体单元组成时，相邻两车体单元之间串联连接且各节车体单元可拆卸。
进一步地，所述控制及数据交互平台包括监视设备、存储设备和操控设备；
所述监视设备用于实时显示移动机器人的工作状态、综合管廊内的视频图像以及所述移动机器人采集到的数据；
所述存储设备用于存储所述移动机器人采集到的数据，并通过互联网与其它管理***进行数据互联；
所述操控设备对所述移动机器人进行调度、控制所述移动机器人执行任务。
进一步地，所述穿梭轨道安装于综合管廊舱室内壁的中上部位或顶端部位。
进一步地，所述机器人坞站包括通讯装置和充电装置；所述通讯装置作为通讯中继站联通所述控制及数据交换平台和所述移动机器人之间的通讯；
所述充电装置用于向停泊在所述机器人坞站内穿梭轨道上的移动机器人充电。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：所述的基于轨道机器人的智慧管网***将穿梭轨道布设在综合管廊内部，使移动机器人在穿梭轨道上运行并对综合管廊内的状况进行巡检及修复，同时能实时接收执行任务的指令数据和将巡检数据及时发送到控制及数据交互平台。采用移动机器人沿穿梭轨道进行巡检，轨道一旦铺设完成，需要维护的工程量很小；而移动机器人可以在综合管廊中的检修仓或者出口卸下进行检修和维护，非常方便，成本很低。该智慧管网***维护简单、运营成本低，检测范围广，且能代替人工进行安全巡检。
附图说明
图1是本发明基于轨道机器人的智慧管网***的结构示意图；
图2是本发明基于轨道机器人的智慧管网***中数据、信号流向的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的基于轨道机器人的智慧管网***通过在综合管廊中安装穿梭轨道，并配备在穿梭轨道上运行的移动机器人，该移动机器人既能代替人完成巡检任务，又能实现很多人不能完成的任务，而且相对于在综合管廊内定点部署各种传感器更可靠更经济。又由于穿梭轨道的设计寿命可以和综合管廊的使用寿命相同，而移动机器人携带的传感器可以很方便地更换和检修，因此检修和维护成本低。
智慧管网指：内部安装轨道的管道、井、人孔等，利用轨道行走的载具、安装在管道内的传感器(含管壁中)、停泊站、通讯装置、供电装置、数据采集装置、智慧管网数据采集分析管理软件、智慧管网监控软件、计算机组成的具有现场信息采集、巡检、修复功能的人工智能***。该智慧管网数据采集分析管理软件通过通讯装置采集上述传感器数据，对传感器数据进行综合分析、存储、查询，输出传感器数据、资产数据和规划数据等。
结合图1和图2所示，为本发明一较佳的实施例，一种基于轨道机器人的智慧管网***，包括穿梭轨道10、移动机器人20、机器人坞站30和控制及数据交互平台40。穿梭轨道10固设于综合管廊50的舱室中，沿着综合管廊50的轴线方向铺设，且穿越综合管廊50中的防火门70，与综合管廊50的长度一致，由多段穿梭轨道单元顺序拼接而成。综合管廊50为设置在地面60下方供各类公用管线集中容纳，并留有供检修人员行走通道的隧道结构。舱室为由防火门70将综合管廊50的内部结构分割成的用于敷设管线的封闭空间，防火门常态下为常闭状态。移动机器人20可运动地固设于穿梭轨道10上，用于巡检综合管廊50内的状况及修复综合管廊50内部出现的故障。机器人坞站30置于综合管廊50的舱室中或者舱室外的出口处，用于向移动机器人20充电、装配作业组建、并作为通讯中继站联通控制及数据交换平台40和移动机器人20之间的通讯。控制及数据交互平台40分别与移动机器人20、机器人坞站30通过无线或有线网络相连接，用于将接收到的数据进行分析、存储，并对接收到的数据和分析出来的结果提供查询和进行显示，且向移动机器人20发送执行任务的指令数据。
基于轨道机器人的智慧管网***还包括无线传感网络，无线传感网络置于综合管廊50内部，用于将移动机器人20巡检到的巡检数据输出给控制及数据交互平台40。
移动机器人20镶嵌在穿梭轨道10上运行，其内置有高清摄像头、定位传感器、温度传感器、湿度传感器以及含氧量传感器。高清摄像头将移动机器人20巡检过程中综合管廊50的状况进行实时拍摄。定位传感器用于获得移动机器人20在穿梭轨道10中移动的位置信息，能及时了解移动机器人20移动了多少距离、离出发点有多远等。温度传感器用于检测综合管廊50内的空气温度。湿度传感器用于检测综合管廊50内的空气湿度。含氧量传感器用于检测综合管廊50内氧气的含量。移动机器人20上也可以根据执行作业的需要配备有害气体检测传感器和/或灭火器。有害气体检测传感器检测综合管廊50内的有害气体浓度。灭火器能对综合管廊50发生的火灾进行应急灭火，当地下电网由于短路等发生火灾，移动机器人20可以移动到火源位置并通过自带的灭火器执行灭火、冷却等作业。通过综合管廊50内的无线传感网络把拍摄到的高清视频、移动机器人的自身状态信息，移动机器人上传感器采集的数据实时上传给控制及数据交互平台40。
根据执行任务的需要，移动机器人20还可以配置红外摄像仪、RFID(RadioFrequencyIdentification，又称无线射频识别)读写器、听漏仪、烟雾传感器、距离传感器、激光扫描仪等。红外摄像仪用于对综合管廊50内的电缆进行扫描，检测是否存在局部过热。对由于老鼠咬破电线使电阻变小、漏电等局部过热都能实时检测出来。RFID读写器用于识别RFID电缆的信息，根据识别到的信息建立电缆信息数据库，智能识别出每段电缆信息，并自动存储到电缆维护巡检报告中，真正实现电缆维护和信息采集的自动化管理。听漏仪用于监测和定位综合管廊50内是否存在漏水和渗水。
移动机器人20具有机械手臂，机械手臂用于执行修复综合管廊50内部出现的故障。综合管廊50内部出现的故障既包括管道的故障，又包括综合管廊50的壁面漏水、破损，以及仪表盘，照明，排风等的故障。高清摄像头可以安装在机械手臂的末端，也可以安装在机身的前端。灭火器的喷头和机械手臂的终端绑在一起，机械手臂可以控制灭火器喷头的方向。灭火时，机械手控制灭火器喷头对准火苗根部的位置。
移动机器人20可以包括一节或多节能在穿梭轨道10上运行的车体单元，当移动机器人20由多节车体单元组成时，相邻两车体单元之间串联连接且各车体单元可拆卸。根据执行任务的需要，可以在机器人坞站30对移动机器人20装配具有不同作业组件的车体单元。当综合管廊50比较直且坡度比较小时，移动机器人20可以设计成一节。如果综合管廊50有一些弯度、或者有陡坡，为了使移动机器人20行进顺滑，移动机器人20需设计成多节。由于移动机器人20本体包括电池等需要一定的体积，而综合管廊50中在截面上不允许移动机器人20占用很大空间，所以移动机器人20只能是长条形，类似于轨道上的火车。如果轨道很直，没有转弯，那么一节就够了；如果轨道需要转弯爬坡，那么就需要设计成多节。
控制及数据交互平台40包括监视设备、存储设备和操控设备。监视设备用于实时显示移动机器人20的工作状态、综合管廊50内的视频图像以及移动机器人20上传感器采集到的数据。存储设备用于存储移动机器人20巡检过程中自身状态信息、视频图像和传感器采集到的数据，并通过互联网与其它管理***进行数据互联。操控设备对移动机器人20进行调度、控制移动机器人20执行任务，比如控制移动机器人20的机械手臂对准仪表盘进行读数等。控制及数据交互平台40通过无线或者有线网络与移动机器人20连接，如果没有网络，也可以通过复合电缆连接。复合电缆中包括同轴视频电缆，485控制总线和电源线连接。
穿梭轨道10安装于综合管廊50的舱室内壁的中上部位或顶端部位。穿梭轨道10的截面呈“工”字形，方便穿越综合管廊50中的防火门70。穿梭轨道10的安装需要与现有的线缆架等在空间上错开。
机器人坞站30包括通讯装置和充电装置。通讯装置作为通讯中继站联通控制及数据交换平台40和移动机器人20之间的通讯。充电装置用于向停泊在机器人坞站30内穿梭轨道10上的移动机器人20充电。
在巡检过程中移动机器人20检测到自身携带的电池电量小于一个设定的阈值(最小电量)时，移动机器人20会及时沿着穿梭轨道10回到机器人坞站30自主充电。设定的阈值的电量能够保证移动机器人20以最小耗能状态回到机器坞站30。最小耗能状态类似于手机的待机状态，移动机器人20可以通讯、可以在穿梭轨道10上行进，但不可以打开机械手臂。
机器人坞站30和控制及数据交互平台40之间一般通过网线连接，数据通过局域网的网线传输。机器人坞站30和移动机器人20之间通过无线通讯方式进行通讯，通常为3G、4G和Wifi。控制及数据交互平台40发出前进、后退、停止等命令，通过网络传输到机器人坞站30的信号中继器，然后传输到移动机器人20所接受，从而实现对移动机器人20的运动控制。数据采集同理，移动机器人20通过传感器采集到数据，然后经过主控制板或者不经过主控制板，传输到移动机器人20上的无线发射模块，通过无线发射模块把数据发送出去，综合管廊50中的无线传感网络接收到信号，然后传输到控制及数据交互平台40。
如图2所示，整个智慧管网***在构建时可以分为四大层，分别为感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层。其中移动机器人20置于感知识别层，用于采集数据及修复故障。网络构建层的搭建方便移动机器人20、机器人坞站30和控制及数据交互平台40之间数据的传输，机器人坞站30和控制及数据交互平台40置于管理服务层。综合应用层为最上层，一般由各个管道、电缆等的管理部门调用控制及数据交互平台40的巡查数据及分析数据，进行一些具体的操作。比如：应急指挥、安全监控、预期预报、事故处理、智慧排水、环境监控、模拟仿真、数字巡检等。
所述的基于轨道机器人的智慧管网***将穿梭轨道10布设在综合管廊50内部，使移动机器人20在穿梭轨道10上运行并对综合管廊50内的状况进行巡检及修复，在移动机器人20沿着穿梭轨道10进行巡检，可以实现对综合管廊50内部无死角监控。通过在移动机器人20上配备传感器，通过读取在综合管廊50内部不同位置中传感器的读数，从而能得到不同位置的温度、湿度、有害气体、氧气浓度等参数。同时，移动机器人20还可以通过安装机械手、红外摄像仪、听漏仪等工具进行隐患排查、管道维护等。采用移动机器人20沿穿梭轨道10进行巡检，穿梭轨道10一旦铺设完成，需要维护的工程量很小；而移动机器人20可以在综合管廊50中的检修仓或者出口卸下进行检修和维护，非常方便，成本很低。该智慧管网***维护简单、运营成本低，检测范围广，且能代替人工进行安全巡检。
本发明的基于轨道机器人的智慧管网***除了应用于综合管廊中，还可以应用于具有类似狭长密闭环境的隧道，涵洞和大型管道的监控和安全维护中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于轨道机器人的智慧管网***，其特征在于，包括穿梭轨道、移动机器人、机器人坞站和控制及数据交互平台；
所述穿梭轨道固设于综合管廊的舱室中，沿着综合管廊的轴线方向铺设，且穿越综合管廊中的防火门，由多段穿梭轨道单元顺序拼接而成；
所述移动机器人可运动地固设于所述穿梭轨道上，用于巡检所述综合管廊内的状况及修复综合管廊内部出现的故障；
所述机器人坞站置于综合管廊的舱室中或者舱室外的出口处，用于向所述移动机器人充电，装配作业组建，并作为通讯中继站联通所述控制及数据交换平台和所述移动机器人之间的通讯；所述控制及数据交互平台分别与所述移动机器人、所述机器人坞站通过无线或有线网络相连接，用于将接收到的数据进行分析、存储，并对接收到的数据和分析出来的结果提供查询和进行显示，且向所述移动机器人发送执行任务的指令数据。
2.根据权利要求1所述的基于轨道机器人的智慧管网***，其特征在于，所述移动机器人内置有高清摄像头、定位传感器、温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器。
3.根据权利要求1所述的基于轨道机器人的智慧管网***，其特征在于，所述移动机器人具有机械手臂，所述机械手臂用于执行修复综合管廊内部出现的故障。
4.根据权利要求1所述的基于轨道机器人的智慧管网***，其特征在于，所述移动机器人包括一节或多节能在所述穿梭轨道上运行的车体单元，所述移动机器人由多节车体单元组成时，相邻两车体单元之间串联连接且各节车体单元可拆卸。
5.根据权利要求1所述的基于轨道机器人的智慧管网***，其特征在于，所述控制及数据交互平台包括监视设备、存储设备和操控设备；
所述监视设备用于实时显示移动机器人的工作状态、综合管廊内的视频图像以及所述移动机器人采集到的数据；
所述存储设备用于存储所述移动机器人采集到的数据，并通过互联网与其它管理***进行数据互联；
所述操控设备对所述移动机器人进行调度、控制所述移动机器人执行任务。
6.根据权利要求1所述的基于轨道机器人的智慧管网***，其特征在于，所述穿梭轨道安装于综合管廊舱室内壁的中上部位或顶端部位。
7.根据权利要求1所述的基于轨道机器人的智慧管网***，其特征在于，所述机器人坞站包括通讯装置和充电装置；
所述通讯装置作为通讯中继站联通所述控制及数据交换平台和所述移动机器人之间的通讯；
所述充电装置用于向停泊在所述机器人坞站内穿梭轨道上的移动机器人充电。
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