CN112446974A - 一种船舶管通道智能巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船舶管通道智能巡检系统，包括机器人系统、全景摄像系统、智能监控与图像识别系统和行进轨道，机器人系统位于船舶管通道内铺设的行进轨道上，全景摄像系统安装在机器人系统上，智能监控与图像识别系统安装在机舱集控室、上甲板办公室或驾驶室，机器人系统及全景摄像系统定时对船舶管通道内管路、舱壁等设备巡检，并将图像、视频及相关环境参数传输至智能监控与图像识别系统，当智能监控与图像识别系统识别到管路、阀门、舱壁上的水锈、裂纹，或者识别到温度、湿度或有害气体、氧气浓度低等异常情况时，便发出警报。本发明通过在钢板结构上方架设轨道，并在轨道上安装机器人系统，便可以实现对管通道内管路的智能化定时检查。
Description
技术领域
本发明属于船舶智能系统设计领域，具体涉及一种船舶管通道智能巡检系统。
背景技术
船舶集装箱船管通道内的检修属于重要的日常工作。管通道通常布置在船舶的双层底内，并单独隔离出一个贯穿全船的纵向通道。管通道内设置有压载水、污水、燃油等管路。双层底是由外底板和内底板组成的封闭结构，内部布置有横向的肋板、纵向的内底板和外底板纵骨，肋板通常每隔3-4档肋距设置，肋板上每个安装纵骨的位置处还设置有较多的垂直加强筋，同时肋板上开有人孔以便通行。同时集装箱船的舷侧双壳结构内会布置有下甲板通道，该通道内也时常布置有甲板设备的液压油管、甲板冲刷水管路等。对于船舶管路系统，通常压载水管路容易受到腐蚀而损坏，这是因为海水具有酸性，是含盐浓度非常高的电解质溶液。
随着集装箱船型的大型化，2万箱级集装箱船的船长普遍在400m级别，货舱双层底通道的长度在300m左右。在双层底等管通道内的日常管路检修工作会花费较大的人力成本，而且管通道内环境较差、空间狭小，复杂的结构布置也会对工人的检修工作造成非常大的阻碍，给船员的人身安全造成一定的威胁。如果检修的频率低、间隔长，那么很难立即发现管路泄漏的问题，并在第一时间采取维修措施，因此当管路有问题时不能及时发现问题而导致问题扩大化。
超大型集装箱船管通道狭长且内部钢板结构、管路众多，人工检修管道内结构及管路需要不断地翻越结构障碍通行，不仅效率低下而且危险系数高。本发明在管通道内安装轨道交通装置，并安装智能巡检系统，实现在机舱集控室或驾驶室的监控中心系统监控管通道内的管路的状态，能避免检修人员在包含整个货舱区域长度范围的管通道内不断翻越结构部材进行检修管道，以及可能造成的人身危险，并降低了管理成本。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有管通道人工检修方法费时、费力、效率低下的现状，提供一种更高效、更智能的船舶管通道内的检修系统。
技术方案：一种船舶管通道智能巡检系统，包括机器人系统、全景摄像系统、智能监控与图像识别系统和行进轨道，所述机器人系统位于船舶管通道内铺设的行进轨道上，所述全景摄像系统安装在机器人系统上，所述智能监控与图像识别系统安装在机舱集控室、上甲板办公室或驾驶室，机器人系统及全景摄像系统定时对船舶管通道内管路、舱壁设备巡检，并将图像、视频及相关环境参数传输至智能监控与图像识别系统，当智能监控与图像识别系统识别到管路、舱壁上的水锈、裂纹，或者识别到温度、湿度或气体有异样时，便发出警报。
作为优化：所述机器人系统包括机器人本体、集中控制单元、运动控制单元、储能单元、定位模块、检测设备及传感器、通信模块；
所述集中控制单元负责任务管理、视频图像的采集、传感器数据的采集及预处理，并将采集的视频、图像和数据发送至监控中心系统；
所述运动控制单元接收智能监控与图像识别系统发布的指令，机器人系统能够沿行进轨道前行或后退；所述运动控制单元控制机器人本体在轨道上移动，执行相关的命令和动作，包括机器人本体的直行、升降等运动、充电开关切换、全景摄像机的云台部件的三维旋转和刹车机构动作；
所述储能单元为锂电池组，进行防水防漏电设计；
所述定位模块能够对机器人系统精确定位，从智能监控与图像识别系统便可以知晓机器人系统所处的具体位置；
所述检测设备及传感器包括温度传感器、湿度传感器、气体检测传感器和距离传感器，能够实时对周围环境中的CO、H2S、CH4、O2气体检测，集中控制单元通过通信模块将数据发送至智能监控与图像识别系统，所述距离传感器包括测距仪，可遥控并准确测量与被拍摄物体距离。
作为优化：所述机器人系统还包括传动装置，所述传动装置由链轮、轴承、轴以及2个导向轮和2个走轮组成，一边车轮带法兰边，作为导向轮，保证车轮贴合在轨道上，另外一边车轮不带法兰边，吸收轨道变形。
作为优化：所述全景摄像系统安包括全景摄像机、探照灯，全景摄像机包括周视部件、云台部件、探照灯部件、摄像机部件。
作为优化：所述智能监控与图像识别系统包括显示模块、图像处理模块、监控模块、报警模块、设备管理模块、视频回放模块、远程控制模块，所述监控模块能够识别出视频或图像中管路上的水锈、裂纹，以及管通道内的水，还可以识别出管通道内的环境数据变化，并判断是否启动报警模块。
作为优化：当启动报警模块后，智能监控与图像识别系统控制机器人移动到含有水锈、裂纹的管路以及含有水迹的管通道附近，并遥控探照灯转向目标点，移动全景摄像机，按照设定的拍摄参数，对目标位置进行详细的摄像和拍摄，然后将拍摄的视频和图像传送至监控中心系统，将拍摄的视频和图像与数据库中的图像进行比对识别。
作为优化：当启动报警模块后，智能监控与图像识别系统控制机器人识别出管路泄漏点，依靠机器人自身携带的设备和工具对泄漏点进行必要的预处理。
作为优化：所述行进轨道为架设在船舶管通道内并贯穿管通道前后的两道钢轨，行进轨道跨越管通道内的骨材设置，安装于底部支座上；所述两道钢轨宽度为0.6米-1.5米，必要时船员可以进入船舶管通道，乘坐机器人对船舶进行检修；
所述行进轨道上设置有多个充电点，并进行防水防漏电设计；储能单元的充电方式采用电磁感应充电，不需要接触；机器人系统能自动监测电池电量，当电量不足时自动寻找最近的无线充电点进行充电。
作为优化：还包括虚拟现实VR服务系统，所述虚拟现实VR服务系统与智能监控与图像识别系统联接，虚拟现实VR服务系统的服务器获取全景的实时视频，经过处理后，传递给交互设备，处理过程是指构建虚拟现实世界；
所述交互设备包括个人设备和遥控设备，所述个人设备为头盔显示器、计算器显示器、眼罩显示器或眼镜显示器中的一种或多种，用以显示视频和图像；所述遥控设备为3D数据手套、3D数据鞋、位置追踪器、鼠标或键盘中的一种或多种；通过遥控设备发送指令给服务器切换全景摄像机。
作为优化：系统具体的轨道及机器人系统布置的工艺方法，包括如下步骤：
(1)船体分段加工时铺设主要轨道：以船体分段为单位预先铺设固定轨道，并将分段与分段之间留出一段距离不铺设；
(2)船体分段合拢后铺设贯通用的短轨道：待船体分段都搭载完毕后，在预留的轨道间的空档处继续铺设短轨道，实现整个管通道内的轨道贯通；
(3)将机器人系统搭载至预先铺设的轨道并调试，实现机器人系统在管通道内的轨道上移动。
有益效果：本发明有效的提高了集装箱船管通道内巡检的效率，能够避免检修人员在包含整个货舱区域长度范围的管通道内不断翻越结构部材进行检修管道，以及可能造成的人身危险，增加了船舶检修的安全性。
附图说明
图1为本发明的船舶管通道内的智能实时巡检系统应用环境示意图；
图2为本发明的智能巡检系统的组成结构示意图；
图3为本发明的机器人系统的组成结构示意图；
图4是本发明的全景摄像机组成结构示意图；
图5是本发明的智能监控与图像识别系统组成结构示意图；
图6是本发明的机器人系统的传动装置示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种船舶管通道智能巡检系统，包括机器人系统、全景摄像系统、智能监控与图像识别系统，以及行进轨道。所述机器人系统位于船舶管通道内铺设的行进轨道上，所述全景摄像系统安装在机器人系统上，所述智能监控与图像识别系统安装在机舱集控室、上甲板办公室或驾驶室，机器人系统及全景摄像系统定时对船舶管通道内管路、舱壁等设备巡检，并将图像、视频及相关环境参数传输至智能监控与图像识别系统，当智能监控与图像识别系统识别到管路、舱壁上的水锈、裂纹，或者识别到温度、湿度或气体有异样时，便发出警报。
如图3所示，所述机器人系统包括机器人本体、集中控制单元、运动控制单元、储能单元、定位模块、检测设备及传感器、通信模块。如图6所示，所述机器人的传动装置由马达、链轮1、轴承2、轴3以及2个导向轮4和2个走轮5组成。所述机器人行进时由马达驱动传动链条，然后带动链轮1从而驱动走轮5，使机器人沿轨道行进。所述集中控制单元负责任务管理、视频图像的采集、传感器数据的采集及预处理，并将采集的视频、图像和数据发送至智能监控与图像识别系统。所述运动控制单元控制机器人本体在轨道上移动，执行相关的命令和动作，包括机器人本体的直行、升降等运动、充电开关切换、全景摄像机的云台部件的三维旋转和刹车机构动作。所述储能单元为锂电池组，为机器人系统供应电力，进行防水防漏电设计。所述行进轨道上设置有多个充电点，并进行防水防漏电设计；储能单元充电方式采用电磁感应充电，不需要接触；机器人系统能自动监测电池电量，当电量不足时自动寻找最近的无线充电点进行充电。所述定位模块能够对机器人系统精确定位，从智能监控与图像识别系统便可以知晓机器人系统所处的具体位置。所述检测设备及传感器包括温度传感器、湿度传感器、气体检测传感器，能够实时对周围环境中的CO、H2S、CH4、O2气体检测，集中控制单元通过通信模块将数据发送至智能监控与图像识别系统。所述通信模块，主要与监控中心进行数据交换。
如图4所示，所述全景摄像系统包括全景摄像机，全景摄像机包括周视部件、云台部件、探照灯部件、摄像机部件。
如图5所示，所述智能监控与图像识别系统包括数据显示模块、图像处理模块、报警模块、设备管理模块、视频回放模块、远程控制模块。所述监控模块能够识别出视频或图像中管路上的水锈、裂纹，以及管通道内的水，还可以识别出管通道内的环境数据变化，并判断是否启动报警模块。
当启动报警模块后，智能监控与图像识别系统控制机器人移动到含有水锈、裂纹的管路以及含有水迹的管通道附近，并遥控探照灯转向目标点，移动全景摄像机，按照设定的拍摄参数，对目标位置进行详细的摄像和拍摄，然后将拍摄的视频和图像传送至监控中心系统，将拍摄的视频和图像与数据库中的图像进行比对识别。
当启动报警模块后，智能监控与图像识别系统控制机器人识别出管路泄漏点，并根据管路的破损状态，发布操作指令给机器人，机器人依靠自身携带的设备和工具，执行一系列动作，对管路泄漏点进行必要的预处理。
具体实施例1
如图1所示，在船舶的管通道内架设前后贯穿管通道的两道钢轨。轨道跨越管通道内的骨材设置，并固定于船体结构上，轨道高度高于船底结构骨材。所述机器人系统安装于钢轨之上，通过在监控中心进行远程控制发布指令，机器人系统能够沿轨道前行和后退并能进行刹车固定。所述两道钢轨宽度在0.6米-1.5米之间，必要时船员可以进入船舶管通道，乘坐机器人对船舶进行检修。如果管通道内的开孔尺寸较小，可以设置一道钢轨。
具体实施例2
在船舶的管通道内架设前后贯穿管通道的两道钢轨。所述轨道跨越管通道内的骨材设置，布置在管通道的顶部，并固定于船体结构上，轨道高度低于内底结构骨材贯穿整个管通道，长度涵盖整个货舱范围。所述机器人系统悬挂安装于钢轨之上。适用于船舶管通道底部结构复杂，架设钢轨不便，并且管通道内的管路整体偏顶部布置的情况。所述两道钢轨宽度在0.6米-1.5米之间。如果管通道内的开孔尺寸较小，可以设置一道钢轨。
具体实施例3
在船舶的管通道的侧壁上架设前后贯穿管通道的两道钢轨。所述轨道跨越管通道内的骨材设置，并固定于船体结构上，长度涵盖整个货舱范围。所述机器人系统悬挂安装于钢轨之上。适用于大型集装箱船舶，主甲板以下的下甲板管通道高度较大，如2万箱集装箱船达到7m的高度，在管通道底部和顶部架设轨道，均会造成机器人的本体尺寸要做得较高，成本很大，则可以在管通道的侧壁上架设钢轨。所述两道钢轨宽度在0.6米-1.5米之间。如果管通道内的开孔尺寸较小，可以设置一道钢轨。
船舶在海上航行时，受到海洋环境的影响，会有横摇、升沉、纵荡等运动，这给智能巡检系统的全景摄像机的聚焦拍摄带来困难，机器人系统的云台部件可以保证全景摄像机稳定地进行拍摄。
上述船舶管通道内的轨道交通装置，具体的布置工艺方法包括如下步骤：
(1)船体分段加工时铺设主要轨道：以船体分段为单位预先铺设固定轨道，并将分段与分段之间留出一段距离不铺设；
(2)船体分段合拢后铺设贯通用的短轨道：待船体分段都搭载完毕后，在预留的轨道间的空档处继续铺设短轨道，实现整个管通道内的轨道贯通；
(3)将机器人系统搭载至预先铺设的轨道并调试，实现管通道内的轨道交通。
所述的船舶管通道智能巡检系统还包括虚拟现实(VR)服务系统，所述虚拟现实(VR)服务系统与智能监控与图像识别系统联接，虚拟现实(VR)服务系统的服务器获取全景的实时视频，经过处理后，然后传递给交互设备，所述交互设备包括个人设备和遥控设备，所述个人设备显示视频，通过遥控设备发送指令给服务器切换全景摄像机。所述个人设备为头盔显示器、计算器显示器、眼罩显示器或眼镜显示器中的一种或多种。所述遥控设备为3D数据手套、3D数据鞋、位置追踪器、鼠标或键盘中的一种或多种。
所述智能监控与图像识别系统存储有全景摄像机拍摄的视频。虚拟现实(VR)服务系统的服务器获取全景的实时视频，经过一定的处理过程，然后传递给交互设备。所述处理过程，是指构建虚拟现实世界，由3dMax建模软件构建模型资源，包括管通道内的模型、可交互物体和虚拟现实交互骨骼手。虚拟现实(VR)服务系统的VR设计浏览软件，使用3D渲染引擎进行虚拟现实设计/浏览软件平台，用于管通道内部场景的搭建及渲染，数据交互等，为虚拟仿真技术模拟提供技术支持。船员通过交互设备实现人与虚拟世界的自然交互。通过头盔显示器、计算器显示器、眼罩显示器或眼镜显示器，船员可以直观看到管通道内的结构和管路的三维模型。
所述遥控设备为3D数据手套、3D数据鞋、位置追踪器、鼠标或键盘。3D数据手套用于结合虚拟现实场景中人物手部与虚拟物体交互时的手部姿态渲染、手势识别、物体交互响应。3D数据鞋用于结合虚拟现实场景中人物脚部与虚拟物体交互时的脚部姿态渲染、脚动作识别、物体交互响应。所述的虚拟现实场景是船舶管通道内的场景，所述的虚拟物体可以是管通道内的管路、法兰、伸缩接头、钢板、加强筋等。所述位置追踪器，主要用于3D数据手套、3D数据鞋在虚拟现实场景中的3D空间定位，将现实中人物手部世界坐标转换为虚拟现实场景中的3D坐标。所述鼠标键盘为虚拟现实(VR)服务系统中进行模拟前的输入配置操作。
本发明有效的提高了集装箱船管通道内巡检的效率，能够避免检修人员在包含整个货舱区域长度范围的管通道内不断翻越结构部材进行检修管道，以及可能造成的人身危险，增加了船舶检修的安全性。
Claims (10)
1.一种船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：包括机器人系统、全景摄像系统、智能监控与图像识别系统和行进轨道，所述机器人系统位于船舶管通道内铺设的行进轨道上，所述全景摄像系统安装在机器人系统上，所述智能监控与图像识别系统安装在机舱集控室、上甲板办公室或驾驶室，机器人系统及全景摄像系统定时对船舶管通道内管路、舱壁设备巡检，并将图像、视频及相关环境参数传输至智能监控与图像识别系统，当智能监控与图像识别系统识别到管路、舱壁上的水锈、裂纹，或者识别到温度、湿度或气体有异样时，便发出警报。
2.根据权利要求1所述的船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：所述机器人系统包括机器人本体、集中控制单元、运动控制单元、储能单元、定位模块、检测设备及传感器、通信模块；
所述集中控制单元负责任务管理、视频图像的采集、传感器数据的采集及预处理，并将采集的视频、图像和数据发送至监控中心系统；
所述运动控制单元接收智能监控与图像识别系统发布的指令，机器人系统能够沿行进轨道前行或后退；所述运动控制单元控制机器人本体在轨道上移动，执行相关的命令和动作，包括机器人本体的直行、升降等运动、充电开关切换、全景摄像机的云台部件的三维旋转和刹车机构动作；
所述储能单元为锂电池组，进行防水防漏电设计；
所述定位模块能够对机器人系统精确定位，从智能监控与图像识别系统便可以知晓机器人系统所处的具体位置；
所述检测设备及传感器包括温度传感器、湿度传感器、气体检测传感器和距离传感器，能够实时对周围环境中的CO、H2S、CH4、O2气体检测，集中控制单元通过通信模块将数据发送至智能监控与图像识别系统，所述距离传感器包括测距仪，可遥控并准确测量与被拍摄物体距离。
3.根据权利要求2所述的船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：所述机器人系统还包括传动装置，所述传动装置由链轮、轴承、轴以及2个导向轮和2个走轮组成，一边车轮带法兰边，作为导向轮，保证车轮贴合在轨道上，另外一边车轮不带法兰边，吸收轨道变形。
4.根据权利要求1所述的船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：所述全景摄像系统安包括全景摄像机、探照灯，全景摄像机包括周视部件、云台部件、探照灯部件、摄像机部件。
5.根据权利要求1所述的船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：所述智能监控与图像识别系统包括显示模块、图像处理模块、监控模块、报警模块、设备管理模块、视频回放模块、远程控制模块，所述监控模块能够识别出视频或图像中管路上的水锈、裂纹，以及管通道内的水，还可以识别出管通道内的环境数据变化，并判断是否启动报警模块。
6.根据权利要求5所述的船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：当启动报警模块后，智能监控与图像识别系统控制机器人移动到含有水锈、裂纹的管路以及含有水迹的管通道附近，并遥控探照灯转向目标点，移动全景摄像机，按照设定的拍摄参数，对目标位置进行详细的摄像和拍摄，然后将拍摄的视频和图像传送至监控中心系统，将拍摄的视频和图像与数据库中的图像进行比对识别。
7.根据权利要求5所述的船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：当启动报警模块后，智能监控与图像识别系统控制机器人识别出管路泄漏点，依靠机器人自身携带的设备和工具对泄漏点进行必要的预处理。
8.根据权利要求1或2所述的船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：所述行进轨道为架设在船舶管通道内并贯穿管通道前后的两道钢轨，行进轨道跨越管通道内的骨材设置，安装于底部支座上；所述两道钢轨宽度为0.6米-1.5米，必要时船员可以进入船舶管通道，乘坐机器人对船舶进行检修；
所述行进轨道上设置有多个充电点，并进行防水防漏电设计；储能单元的充电方式采用电磁感应充电，不需要接触；机器人系统能自动监测电池电量，当电量不足时自动寻找最近的无线充电点进行充电。
9.根据权利要求1所述的船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：还包括虚拟现实VR服务系统，所述虚拟现实VR服务系统与智能监控与图像识别系统联接，虚拟现实VR服务系统的服务器获取全景的实时视频，经过处理后，传递给交互设备，处理过程是指构建虚拟现实世界；
所述交互设备包括个人设备和遥控设备，所述个人设备为头盔显示器、计算器显示器、眼罩显示器或眼镜显示器中的一种或多种，用以显示视频和图像；所述遥控设备为3D数据手套、3D数据鞋、位置追踪器、鼠标或键盘中的一种或多种；通过遥控设备发送指令给服务器切换全景摄像机。
10.一种根据权利要求1所述的船舶管通道智能巡检系统，其特征在于：系统具体的轨道及机器人系统布置的工艺方法，包括如下步骤：
(1)船体分段加工时铺设主要轨道：以船体分段为单位预先铺设固定轨道，并将分段与分段之间留出一段距离不铺设；
(2)船体分段合拢后铺设贯通用的短轨道：待船体分段都搭载完毕后，在预留的轨道间的空档处继续铺设短轨道，实现整个管通道内的轨道贯通；
(3)将机器人系统搭载至预先铺设的轨道并调试，实现机器人系统在管通道内的轨道上移动。
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