CN108388194A - 铁路机房智能机器人巡检系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路机房智能机器人巡检系统及其方法，系统包括电务段监测中心、网络设备及巡检机器人；巡检机器人包括轮轨机器人和挂轨机器人，二者采集的监测信息通过网络设备发送至电务段监测中心。本发明通过防静电地板上的轮轨机器人对设备及机房环境的监测、利用防静电地板下的挂轨机器人对电缆槽道的线缆状态监测，有效的进行图像、数据及设备状态的采集，将采集到的设备信息录入数据库服务器中，与故障信息进行对比判定，预判或提出故障的解决方案反馈至智能显示终端以指导信号维护人员进行故障处理，有效降低故障率，提高维修效率。

Description

铁路机房智能机器人巡检系统及其方法

技术领域

本发明铁路信号、通信及计算机技术领域，具体涉及一种铁路机房智能机器人巡检系统及其方法。

背景技术

信号系统作为高速铁路列车运行控制的重要系统，是保证列车运行安全的核心，因此对高速铁路条件下信号设备维修维护提出了更高的要求。

室外信号机、轨道电路及转辙机设备是由室内继电器、发码设备及计算机设备等控制的，并由其室内设备保障其运行安全。信号设备发生故障时，按照相关要求需维护人员2小时内到达现场并进行故障排除，保障列车运行安全。信号中继站是无人值守房屋，多数中继站设置在山沟里，临近的信号车间人员在中继站设备发生故障时不能再短时间内到达，并进行设备故障排除，因此当设备发生故障会危及行车安全。而且信号设备的故障是多种多样的，例如：室内电缆破损、电缆及软线发热、继电器故障、发送设备或其他电子设备故障等。因现有的工区信号或通信的维护人员技术水平较低，当到达现场后无法准确定位故障并排除，因此建议一套适应于铁路机房（通信、信号）智能机器人自动巡检系统就迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁路机房智能机器人巡检系统及其方法，利用多传感器融合技术、电磁兼容技术、导航机行为规划技术、机器人视觉技术、安防技术及稳定的无线传输技术的铁路机房机器人自动巡检系统。

本发明所采用的技术方案为：

铁路机房智能机器人巡检系统，其特征在于：

包括电务段监测中心、网络设备及巡检机器人；

巡检机器人包括轮轨机器人和挂轨机器人，二者采集的监测信息通过网络设备发送至电务段监测中心。

巡检机器人包括：

用于控制巡检机器人移动的运动控制部分；

用于采集线缆热成像的红外热成像采集控制部分；

用于采集现场图像的视频采集控制部分；

用于与电务段监测中心通信的组网传输部分；

用于记录、存储和报警的后台监测部分。

轮轨机器人为地面运动型机器人，包括具有上下伸缩功能的机器人设备支架，机器人设备支架底部设置有行走轮；

机器人设备支架顶部设置有成像视频设备，包括红外热成像设备和视频采集设备，分别连接红外热成像采集控制部分和视频采集控制部分；

机器人设备支架上设置有水平定位设备和垂直定位设备，均与运动控制部分连接。

挂轨机器人为轨道悬挂运动型机器人，包括通过行走轮悬挂于轨道的机器人设备支架；

机器人设备支架上设置有成像视频设备，包括红外热成像设备和视频采集设备，分别连接红外热成像采集控制部分和视频采集控制部分；

机器人设备支架底部设置有距离定位设备，与运动控制部分连接。

铁路机房智能机器人巡检的方法，其特征在于：

包括以下步骤：

对于防静电地板以上的设备机柜面板指示灯、状态灯及电缆发热、环境的监测，利用轮轨机器人的红外热成像设备和视频采集设备对其按自动、远程或手动方式实现其自动记录和数据存储；

对于防静电地板下的信号或通信电缆，利用在防静电地板支架装设挂轨，设定周期，令挂轨机器人定时通过红外热成像设备和视频采集设备对其进行扫描和巡视，记录电缆发热及完整状态，并记录工作状态；

轮轨机器人和挂轨机器人通过网络设备与电务段监测中心通信，轮轨机器人和挂轨机器人向电务段监测中心通信发送监测信息，电务段监测中心通信向轮轨机器人和挂轨机器人发送预设、自动及手动控制指令。

电务段监测中心设定巡检机器人定时巡检周期，并按照设定时间进行轮询监测，拍摄图像并记录数据。

当现场设备发生故障时，电务段监测中心通过人工方式操纵巡检机器人实现单一设备监测；同时报警信息发送至维护人员手机。

巡检机器人实时或定期观测电子设备面板指示灯变化，记录并与正常状态进行数据对比进行预警。

本发明具有以下优点：

1.采用机器人自动巡检系统可以大大的减员增效，提高设备的监测效率，降低故障率：传统人员定期对设备的巡检视检修人员的水平、工作态度而定，对于设备故障的情况评判不一，导致故障隐患，采用此种系统大大降低这种现象，并且定位准确，精度高。

2.系统结构清晰，利于运营单位的设备维护：结合现场运营维护情况，该系统结构简单， 机房布置设备少，利用现场单位维护与管理。

3.直观的远程操作终端及手机APP故障报警：设置安卓及苹果手机APP软件系统，有效将各个车站、信号中继站等关键的信号、通信及信息等机房的设备等信息通过机器人采集的信息送至中心并与手机同步，根据维护人员职位及维护人员岗位设置不同权限，实时查询现场设备信息，当现场出现报警，手机通过声光或短信方式报警。

附图说明

图1为系统结构图。

图2为轮轨机器人结构图。

图3为挂轨机器人结构图。

图4为巡视机器人系统总架构图。

图中，1-成像视频设备，2-水平定位设备，3-垂直定位设备，4-机器人设备支架，5-信号机柜，6-距离定位设备，7-信号线缆。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及铁路机房智能机器人巡检系统及其方法，利用多传感器融合技术、电磁兼容技术、导航机行为规划技术、机器人视觉技术、安防技术及稳定的无线传输技术的铁路机房机器人自动巡检系统。通过防静电地板上的轮轨机器人对设备及机房环境的监测、利用防静电地板下的挂轨机器人对电缆槽道的线缆状态监测，有效的进行图像、数据及设备状态的采集，将采集到的设备信息录入数据库服务器中，利用专家知识库的故障信息进行对比判定，预判或提出故障的解决方案反馈至智能显示终端以指导信号维护人员进行故障处理。同时可以通过电务段设置的远程操纵中心实现机器人的单点询查，有效降低故障率，提高维修效率。

该系统由以下几个部分构成：

（1）电务段监测中心：大屏、大吞吐量高安全网络传输设备、控制系统及大型数据；

（2）车站或中继站系统：轮轨机器人、挂轨机器人、网络设备。

轮轨机器人、挂轨机器人巡检机器人，巡检机器人包括：

用于控制巡检机器人移动的运动控制部分；

用于采集线缆热成像的红外热成像采集控制部分；

用于采集现场图像的视频采集控制部分；

用于与电务段监测中心通信的组网传输部分；

用于记录、存储和报警的后台监测部分。

轮轨机器人采用红外热成像和高清视频双视技术，以控制器为核心，驱动步进电动机云台，采集仪表、开关和线缆等信息，并通过无线网络传输数据。实现位置自动预置、采集数据、自动监测和视频监视等功能，机器人支架可升降和旋转。

挂轨机器人采用红外热成像技术，以控制器为核心，驱动步进电动机运动，采集线缆热成像等信息，并通过无线网络传输数据。实现位置自动预置、采集图像数据、和自动监测等功能，机器人轨道可以有一定弯曲。

机器人巡检线路需要进行预先配置进行规划（典型监测间隔按照8小时巡检1次），每个线路上的监测点在需要设备测量点高度和角度，根据需要可以设计若干个测量点，建议与机柜匹配。

机器人设备每次测量通过快速网络接口控制视频设备工作，每个采集点采集在一个机柜正面图像和热成像数据，根据模型自动分析机柜设备参数和状态数据，在完成机柜的状态测量后，控制器通过无线网络回传的数据。机器人采集点位置进行预设，巡检周期8小时一次，通过从机器人的激光扫描和测距仪的光束进行（侧向、纵向和高度变化校对）定位，激光扫描仪通过测量与机房边距夹角确定航向或视频拍摄方向（视频拍摄与扫描仪位置固定），进而保证机器人监测位置确定。

巡检机器人中设置有控制模块，对输出，输入信号进行分析处理，达到可以信号状态识别和位移/航向控制。工作监测状态，通过状态灯显示；通过控制器的数据处理，采集的仪表、开关和继电器数据一一对应，使能以太网接口，经RJ45，通过无线路由器，实时传输到位于中控室的监控终端。监控平台部分根据各个机柜的仪表和开关的对应数据，经过算法处理，拟合出各个机柜的正面监控信息。通过与机柜设计标准的状态图标对比，对信号的状态做出判断，及时提示和告警。

巡检机器人的视频监视部分，包含高清激光摄像机和热成像仪，直接通过监控终端控制，实现信号机房监测告警后，摄像头会自动回传，即时在监控终端查看机柜情况。

巡检机器人的后台监测部分，由后分析服务器与数据库服务器组合，记录实时监测、形变分析、告警等数据，根据用户需要进行数据查看和后处理分析显示。

本发明能实现以下监测及控制功能：

1、采用自主运行轮轨机器人实现机房和信号机械室的设备状态、工作环境等状态的实时监测：对于防静电地板以上的设备机柜面板指示灯、状态灯及电缆发热、环境等监测利用巡检机器人红外摄像及高清摄像机对其按自动、远程或手动方式实现其自动记录、数据存储等；

2、挂轨机器人实现隐蔽电缆发热、断缆等故障检测、预警及信息记录：对于防静电地板下的信号或通信电缆利用在防静电地板支架装设挂轨，设定周期挂轨机器人定时通过热红外扫描对其进行扫描和巡视，记录电缆发热及完整状态，并记录工作状态；同时对于防静电地板下的可能进入的老鼠可以追寻定位与报警。

3、采用高精度水平定位仪、激光测距、位置编码系统实现轮轨机器人及挂轨机器人远程自动、远程手动及现地手动控制，精确定位： 通过电务段监测中心设定机器人定时巡检周期，并按照设定时间进行轮询监测，拍摄图像并记录数据；当现场设备发生故障时，可以从电务段监测中心通过人工方式操纵机器人实现单一设备监测（设备状态数据读取、继电器工作状态判定、环境判定等），有效减少人员判定周期，缩短故障处理时间。

4、轨道电路电子设备监测及计算机联锁设备面板指示灯读取及故障预处理：机器人可以实时或定期观测电子设备面板指示灯变化，并记录与正常状态进行数据对比，起到预警作用。

5、利用开关传感器实时监督监测继电器开关状态，实现大数据存储，形成预报警信息：在继电器外壳侧面设置开关传感器触点，利用传感器判断继电器动作状态（吸起、落下），用于对整个控制信号设备的电路进行数据记录与动作时序判断，形成预报警，并准确的实现故障定位，该功能有效缩短故障处理时间，提高故障处理效率。

6、建立高速率、高安全的光纤智能网络实现图像、数据的高效传输：采用高速率、大吞吐量的网络交换设备建立综合机器人监控网络，有效实现信息的安全传输，减少图像数据的传输延时。

7、机器人可以自动采集机房数据，自动形成图形化机房信息和报表，形变预警分析能力；设备布设和标定方式操作简单：机器人首次进入监测机房时，可以按设定路线进行运行，自动收集机房内的图像和数据，并记录存储，录入车站及中心数据库中，不用独立或单独存储。

8、有效实现机房的环境、温度、烟感等监测并形成报警信息。

9、机器人采集关键或报警信息可以有效实现与手机APP的智能互联：利用4G或5G网络将机器人采集到的报警信息及预警信息有效传输至管理人员的手机中，形成闭环监测有效提高处理故障效率。

10、机器人具有自动充电功能：机房内设置自动无线充电插座，机器人结合自身电量使用情况，可以自动运行至充电区进行充电。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.铁路机房智能机器人巡检系统，其特征在于：

包括电务段监测中心、网络设备及巡检机器人；

巡检机器人包括轮轨机器人和挂轨机器人，二者采集的监测信息通过网络设备发送至电务段监测中心。

2.根据权利要求1所述的铁路机房智能机器人巡检系统，其特征在于：

巡检机器人包括：

用于控制巡检机器人移动的运动控制部分；

用于采集线缆热成像的红外热成像采集控制部分；

用于采集现场图像的视频采集控制部分；

用于与电务段监测中心通信的组网传输部分；

用于记录、存储和报警的后台监测部分。

3.根据权利要求2所述的铁路机房智能机器人巡检系统，其特征在于：

轮轨机器人为地面运动型机器人，包括具有上下伸缩功能的机器人设备支架（4），机器人设备支架（4）底部设置有行走轮；

机器人设备支架（4）顶部设置有成像视频设备（1），包括红外热成像设备和视频采集设备，分别连接红外热成像采集控制部分和视频采集控制部分；

机器人设备支架（4）上设置有水平定位设备（2）和垂直定位设备（3），均与运动控制部分连接。

4.根据权利要求2所述的铁路机房智能机器人巡检系统，其特征在于：

挂轨机器人为轨道悬挂运动型机器人，包括通过行走轮悬挂于轨道的机器人设备支架（4）；

机器人设备支架（4）上设置有成像视频设备（1），包括红外热成像设备和视频采集设备，分别连接红外热成像采集控制部分和视频采集控制部分；

机器人设备支架（4）底部设置有距离定位设备（6），与运动控制部分连接。

5.铁路机房智能机器人巡检的方法，其特征在于：

包括以下步骤：

对于防静电地板以上的设备机柜面板指示灯、状态灯及电缆发热、环境的监测，利用轮轨机器人的红外热成像设备和视频采集设备对其按自动、远程或手动方式实现其自动记录和数据存储；

对于防静电地板下的信号或通信电缆，利用在防静电地板支架装设挂轨，设定周期，令挂轨机器人定时通过红外热成像设备和视频采集设备对其进行扫描和巡视，记录电缆发热及完整状态，并记录工作状态；

轮轨机器人和挂轨机器人通过网络设备与电务段监测中心通信，轮轨机器人和挂轨机器人向电务段监测中心通信发送监测信息，电务段监测中心通信向轮轨机器人和挂轨机器人发送预设、自动及手动控制指令。

6.根据权利要求5所述的铁路机房智能机器人巡检的方法，其特征在于：

电务段监测中心设定巡检机器人定时巡检周期，并按照设定时间进行轮询监测，拍摄图像并记录数据。

7.根据权利要求5所述的铁路机房智能机器人巡检的方法，其特征在于：

当现场设备发生故障时，电务段监测中心通过人工方式操纵巡检机器人实现单一设备监测；同时报警信息发送至维护人员手机。

8.根据权利要求5所述的铁路机房智能机器人巡检的方法，其特征在于：

巡检机器人实时或定期观测电子设备面板指示灯变化，记录并与正常状态进行数据对比进行预警。