CN113050628A - 一种用于电缆巡检的自动循迹系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电缆巡检的自动循迹系统及方法，自动循迹系统包括正弦信号发生设备和巡检机器车；正弦信号发生设备，用于向目标电缆屏蔽层中注入目标频率的正弦信号，正弦信号发生设备包括信号发生模块和信号注入模块；巡检机器车对目标电缆进行巡检；包括驱动模块、信息处理模块、超声波探测模块和正弦信号接收模块；驱动模块控制巡检机器车前进、后退、转向及转向角度和行进速度；信息处理模块处理传感器接收到的信息，并向其余模块下达命令；超声波探测模块确定巡检机器车与障碍物之间的距离。本发明无需预先设置轨道或电子标识，具有经济、方便、适用性广泛的优点。

Description

一种用于电缆巡检的自动循迹系统及方法

技术领域

本发明涉及电缆维修领域，具体涉及一种用于电缆巡检的自动循迹系统及方法。

背景技术

电缆埋于地下的方式有三种：电缆直接埋于地下、电缆穿过排管埋于地下、电缆敷设于专门的电缆沟道或电缆隧道中。针对电缆沟道或隧道中的电缆，运维人员一般通过沿电缆沟道或电缆隧道对电缆进行巡检了解电缆的运行情况、潜在故障点和故障类型。但由于目前城市电缆体量巨大，导致电缆运维人员巡检任务繁重，通过巡检机器替代人工对电缆沟或电缆隧道中电缆进行智能巡检是节约人力和时间成本的方法。

目前对电缆沟道中进行巡检的方式主要有四种：第一种是人工巡检，即作业人员下至电缆沟当中，沿着电缆沟道前行，在前行过程中完成对电缆外观检查、放电检查、温度检测等工作；第二种是通过遥控巡检机器进行巡检，即在作业人员预先知晓电缆沟道位置坐标且巡检机器可被定位的前提下，作业人员通过遥控巡检机器，沿着电缆沟道前行；第三种是通过预先为巡检机器铺设轨道进行巡检，即预先在电缆沟中预先为巡检机器铺设轨道，巡检机器沿轨道前行；第四种是巡检机器通过识别预先在电缆沟中设下的标识或电子标识完成导航，使得巡检机器能够沿预想路径前行。

这四种方式都有自己的缺点：人工巡检危险性较大，且大多数电缆沟道狭小，人无法进入；通过遥控巡检机器进行巡检需要预先知晓电缆沟道位置坐标，且巡检机器在地下能完成定位并能上传位置、接收命令，对信号传输要求较高，难以达成；机器通过巡检轨道进行巡检需要预先为巡检机器铺设巡检轨道，成本较高，且大多已完成敷设的电缆沟道无法再加装巡检轨道；机器通过识别标识或电子标识需要预先在电缆沟道中设置标识，无法完成对已敷设而未装标识的电缆沟道的巡检。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：一方面，现有电缆巡检机器车在地下能完成定位并能上传位置、接收命令，对信号传输要求较高，难以达成；另一方面，现有电缆巡检机器车主要通过预先铺设巡检轨道，或预设电子标识方式获取巡检时的目标路线，成本高、且部分电缆沟道情况复杂，难以实现人工智能识别，部分已敷设电缆沟道无法再安装巡检轨道或增设电子标识，本发明提供了解决上述问题的一种用于电缆巡检的自动循迹系统及方法。

本发明通过下述技术方案实现：

用于电缆巡检的自动循迹系统，包括正弦信号发生设备和巡检机器车；

所述正弦信号发生设备包括信号发生模块和信号注入模块；

所述信号发生模块用于产生正弦导航信号，所述正弦导航信号的信号频率和信号强度均可调；

所述信号注入模块用于将所述正弦导航信号注入目标电缆屏蔽层中；

所述巡检机器车包括驱动模块、信息处理模块、超声波探测模块和正弦信号接收模块；

所述超声探测模块安装于所述巡检机器车四周，用于获取所述巡检机器车与障碍物之间的距离信息，并将所述距离信息发送给所述信息处理模块；

所述信息处理模块根据所述距离信息发送控制命令给所述驱动模块，通过所述驱动模块控制所述巡检机器车避开障碍物，并与电缆沟侧壁维持安全距离；

所述正弦信号接收模块包括两组信号接收装置，所述两组信号接收装置分别安装于所述巡检机器车的左右两侧；

所述正弦信号接收模块接收到目标电缆屏蔽层发出的正弦导航信号后，所述正弦信号接收模块比较左右两侧的信号接收装置接收到的正弦导航信号的强度大小；

当左侧信号接收装置捕捉到的信号强度大于右侧时，发送比较结果信息给所述信息处理模块，所述信息处理模块根据所述比较结果信息发送控制命令给所述驱动模块，所述驱动模块控制所述巡检机器车向左侧转弯；

当右侧信号接收装置捕捉到的信号强度大于左侧时，所述正弦信号接收模块发送比较结果信息给所述信息处理模块，所述信息处理模块根据所述比较结果信息发送控制命令给所述驱动模块，所述驱动模块控制所述巡检机器车向右侧转弯。

本系统的所述正弦信号发生装置可以向电缆屏蔽层中注入特定频率的正弦信号作为巡检机器车的导航信号，解决了现有电缆巡检机器车在地下工作时无法接收到信号的问题；所述巡检机器车通过正弦信号接收模块接收正弦信号，并沿信号轨迹自动循迹，解决了现有电缆巡检机器车需要沿途预设轨道或电子标识才能沿目标路径巡线的问题；所述正弦信号接收模块可通过比较两组信号接收装置接收到的正弦信号的强度大小，判定机器车的转动方向，解决了现有电缆机器车于电缆沟转弯或分叉时转向的问题。

优选的，还包括终止命令电子标识设备，所述终止命令电子标识设备利用射频信号向所述巡检机器车发射终止命令。

优选的，所述巡检机器车还包括射频信号接收模块，所述射频信号接收模块接收到所述终止命令电子标识设备发出的终止命令后，发送反馈信息给所述信息处理模块，所述信息处理模块根据所述反馈信息发送控制命令给所述驱动模块，所述驱动模块控制所述巡检机器车停止移动，等待回收。

优选的，所述巡检机器车还包括调节模块，所述调节模块包括安全距离调节器，所述安全距离调节器用于调节所述巡检机器车行驶过程中距电缆沟侧壁的安全距离。

优选的，所述调节模块还包括信号接收频率调节器，所述信号接收频率调节器用于调节所述正弦信号接收模块接收的正弦导航信号的频段。

优选的，所述信号注入模块包括信号传输线和连接装置，所述连接装置的一端通过所述信号传输线与所述信号发生模块连接，所述连接装置的另一端连接目标电缆屏蔽层。

具体的，当从目标电缆终端处开始巡检，有屏蔽层接地线时，采用信号夹作为连接装置，所述信号夹夹在屏蔽层接地线上。

具体的，当从目标电缆中间段开始巡检，无屏蔽层接地线时，采用HFCT作为连接装置，所述HFCT钳在电缆上，利用电磁感应原理与屏蔽层进行电磁连接。

具体的，所述正弦信号接收模块还包括信号比较器。

一种用于电缆巡检的自动循迹方法，包括以下步骤：

预先在目标电缆沟终点处设置所述终止命令电子标识设备；

将所述巡检车机器车置于目标电缆沟中，打开所述超声波探测模块、所述正弦信号接收模块和所述射频信号接收模块；

判断巡检起始位置，当从电缆终端处开始巡检时，使用信号夹作为连接装置，通过所述信号传输线和所述信号夹将所述正弦信号发生装置与目标电缆屏蔽层接地线物理连接；当从电缆中间段开始巡检时，使用HFCT作为连接装置，通过所述信号传输线和所述HFCT将所述正弦信号发生装置与电缆屏蔽层电磁连接；

打开正弦信号发生设备，所述正弦信号发生设备向电缆屏蔽层中注入正弦导航信号，通过所述信号接收频率调节器将所述巡检机器车接收的正弦导航信号的频率调节至与所述正弦信号发生设备发出的正弦导航信号频率一致；

判断所述巡检机器车接收到的正弦导航信号的强度是否达到设定阈值，如果未达到设定阈值，调节所述正弦信号发生设备向电缆屏蔽层注入正弦导航信号的频率，并相应通过所述信号接收频率调节器将所述巡检机器车接收的正弦导航信号的频率调节至与所述正弦信号发生设备发出的正弦导航信号频率一致，直至所述巡检机器车接收到的正弦导航信号的强度达到设定阈值后，不再调节所述正弦信号发生设备向电缆屏蔽层注入正弦导航信号的频率；

调节所述安全距离调节器，设置所述巡检机器车行进过程中距离电缆沟侧壁的距离，完成设置后，所述巡检机器车开始前行；

所述巡检机器车沿一定频率的正弦信号前进，通过利用所述巡检机器车四周安装的超声波探测模块规避障碍，并与电缆沟侧壁保持安全距离；

所述巡检机器车到达电缆沟终点后，所述射频信号接收模块接收到所述终止命令电子标识设备发出的终止命令，所述射频信号接收模块发送反馈信息给所述信息处理模块，所述信息处理模块根据所述反馈信息发送控制命令给所述驱动模块，所述驱动模块控制所述巡检机器车终止动作，原地等待回收。

通过所述正弦信号发生设备向电缆屏蔽层中注入正弦信号作为巡检机器车的导航信号，指引巡检机器车的前行方向。

将正弦信号导航、超声波信号避障、射频信号终止巡检机器车行动三者结合起来，以完成巡检机器车自动循迹。正弦信号作为“粗调”，指引巡检机器车前行方向；超声波信号作为“细调”，帮助巡检机器车避障且使巡检机器车与电缆沟壁保持一定安全距离行驶。

通过比较所述巡检机器车左右两侧两组正弦信号接收装置接收到的信号强度大小，使得巡检机器车在遇到电缆沟道转弯或分支时能够准确做出左转或右转判断，帮助巡检机器车完成正确循迹。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的巡检机器车能够根据特定正弦信号引导，结合超声波避障碍，自动地、无人为干预地完成目标电缆的巡检，无需预先知晓目标电缆或电缆沟的坐标、无需预先沿电缆设置电子标识、无需预先设置巡检机器行进轨道；

2、本发明的巡检机器车除巡检开始时需接收巡检开始命令以外，整个巡检过程无需与电缆沟以外的外接设备进行通信，回避了电缆沟中通信不畅的问题；

3、本发明因为巡检机器车以目标电缆屏蔽层中注入的正弦信号作为导航信号，所以作业人员可根据需要自由选择需要被巡检的电缆，正弦信号发生设备将正弦信号注入目标被巡检电缆屏蔽层即可；当遇到电缆沟转弯和分叉时，巡检机器车可根据目标电缆屏蔽层中的正弦导航信号实现自动判定转向，无需预先知晓电缆沟路径；正弦导航信号注入于电缆屏蔽层中，且正弦导航信号频率避开50Hz工频及相应倍频，导航信号不受带电电缆产生的工频及其倍频信号的干扰，导航信号的注入也不影响目标电缆的正常运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明使用信号夹注入正弦信号的示意图。

图3为本发明使用HFCT注入正弦信号示的意图。

图4为本发明自动循迹巡检机器车的操作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

现有电缆巡检机器车，一方面，需要在地下能完成定位并能上传位置、接收命令，对信号传输要求较高，难以达成；另一方面，现有电缆巡检机器车主要通过预先铺设巡检轨道，或预设电子标识方式获取巡检时的目标路线，成本高、且部分电缆沟道情况复杂，难以实现人工智能识别，部分已敷设电缆沟道无法再安装巡检轨道或增设电子标识，本实施例提出一种用于电缆巡检的自动循迹系统及方法。

实施例1

如图1所示，用于电缆巡检的自动循迹系统，包括正弦信号发生设备和巡检机器车；

正弦信号发生设备包括信号发生模块和信号注入模块；信号发生模块用于产生正弦导航信号，正弦导航信号的信号频率和信号强度均可调；信号注入模块用于将正弦导航信号注入目标电缆屏蔽层中；

巡检机器车包括驱动模块、信息处理模块、超声波探测模块和正弦信号接收模块；

超声探测模块安装于巡检机器车四周，用于获取巡检机器车与障碍物之间的距离信息，并将距离信息发送给信息处理模块；

信息处理模块根据距离信息发送控制命令给驱动模块，通过驱动模块控制巡检机器车避开障碍物，并与电缆沟侧壁维持安全距离；

正弦信号接收模块包括两组信号接收装置，两组信号接收装置分别安装于巡检机器车的左右两侧；

正弦信号接收模块接收到目标电缆屏蔽层发出的正弦导航信号后，正弦信号接收模块比较左右两侧的信号接收装置接收到的正弦导航信号的强度大小；

当左侧信号接收装置捕捉到的信号强度大于右侧时，正弦信号接收模块发送比较结果信息给信息处理模块，信息处理模块根据比较结果信息发送控制命令给驱动模块，驱动模块控制所述巡检机器车向左侧转弯；

当右侧信号接收装置捕捉到的信号强度大于左侧时，正弦信号接收模块发送比较结果信息给信息处理模块，信息处理模块根据比较结果信息发送控制命令给驱动模块，驱动模块控制巡检机器车向右侧转弯。

本系统的正弦信号发生装置可以向电缆屏蔽层中注入特定频率的正弦信号作为巡检机器车的导航信号，解决了现有电缆巡检机器车在地下工作时无法接收到信号的问题；巡检机器车通过正弦信号接收模块接收正弦信号，并沿信号轨迹自动循迹，解决了现有电缆巡检机器车需要沿途预设轨道或电子标识才能沿目标路径巡线的问题；正弦信号接收模块可通过比较两组信号接收装置接收到的正弦信号的强度大小，判定机器车的转动方向，解决了现有电缆机器车于电缆沟转弯或分叉时转向的问题。

本实施例中：

自动循迹系统还包括终止命令电子标识设备，终止命令电子标识设备利用射频信号向巡检机器车发射终止命令。

巡检机器车还包括射频信号接收模块，射频信号接收模块接收到终止命令电子标识设备发出的终止命令后，发送反馈信息给信息处理模块，信息处理模块根据反馈信息发送控制命令给驱动模块，驱动模块控制巡检机器车停止移动，等待回收。

巡检机器车还包括调节模块，调节模块包括安全距离调节器，安全距离调节器用于调节巡检机器车行驶过程中距电缆沟侧壁的安全距离。

调节模块还包括信号接收频率调节器，信号接收频率调节器用于调节所述正弦信号接收模块接收的正弦导航信号的频段。

信号注入模块包括信号传输线和连接装置，连接装置的一端通过信号传输线与信号发生模块连接，连接装置的另一端连接目标电缆屏蔽层。

如图2所示，当从目标电缆终端处开始巡检，有屏蔽层接地线时，采用信号夹作为连接装置，信号夹夹在屏蔽层接地线上。

如图3所示，当从目标电缆中间段开始巡检，无屏蔽层接地线时，采用HFCT作为连接装置，HFCT钳在电缆上，利用电磁感应原理与屏蔽层进行电磁连接。

正弦信号接收模块还包括信号比较器。

实施例2：

本实施例是基于实施例1用于电缆巡检的自动循迹系统的一种用于电缆巡检的自动循迹方法，如图4所示，包括以下步骤：

预先在目标电缆沟终点处设置终止命令电子标识设备；

将巡检车机器车置于目标电缆沟中，打开超声波探测模块、正弦信号接收模块和射频信号接收模块；

判断巡检起始位置，当从电缆终端处开始巡检时，使用信号夹作为连接装置，通过信号传输线和信号夹将正弦信号发生装置与目标电缆屏蔽层接地线物理连接；当从电缆中间段开始巡检时，使用HFCT作为连接装置，通过信号传输线和HFCT将所述正弦信号发生装置与电缆屏蔽层电磁连接；

打开正弦信号发生设备，正弦信号发生设备向电缆屏蔽层中注入正弦导航信号，通过信号接收频率调节器将巡检机器车接收的正弦导航信号的频率调节至与正弦信号发生设备发出的正弦导航信号频率一致；

通过信号强度指示灯判断巡检机器车接收到的正弦导航信号的强度是否达到设定阈值，如果未达到设定阈值，调节正弦信号发生设备向电缆屏蔽层注入正弦导航信号的频率，并相应通过信号接收频率调节器将巡检机器车接收的正弦导航信号的频率调节至与正弦信号发生设备发出的正弦导航信号频率一致，直至巡检机器车接收到的正弦导航信号的强度达到设定阈值后，不再调节正弦信号发生设备向电缆屏蔽层注入正弦导航信号的频率；

调节安全距离调节器，设置巡检机器车行进过程中距离电缆沟侧壁的距离，完成设置后，巡检机器车开始前行；

巡检机器车沿一定频率的正弦信号前进，通过利用巡检机器车四周安装的超声波探测模块规避障碍，并与电缆沟侧壁保持安全距离；

巡检机器车到达电缆沟终点后，射频信号接收模块接收到所述终止命令电子标识设备发出的终止命令，射频信号接收模块发送反馈信息给信息处理模块，信息处理模块根据反馈信息发送控制命令给驱动模块，驱动模块控制巡检机器车终止动作，原地等待回收。

通过正弦信号发生设备向电缆屏蔽层中注入正弦信号作为巡检机器车的导航信号，指引巡检机器车的前行方向。

将正弦信号导航、超声波信号避障、射频信号终止巡检机器车行动三者结合起来，以完成巡检机器车自动循迹。正弦信号作为“粗调”，指引巡检机器车前行方向；超声波信号作为“细调”，帮助巡检机器车避障且使巡检机器车与电缆沟侧壁保持一定安全距离行驶。

通过比较左、右两组正弦信号接收装置接收到的信号强度大小，使得巡检机器车在遇到电缆沟道转弯或分支时能够准确做出左转或右转判断，帮助巡检机器车完成正确循迹。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于电缆巡检的自动循迹系统，其特征在于，包括正弦信号发生设备和巡检机器车；

所述正弦信号发生设备包括信号发生模块和信号注入模块；

所述信号发生模块用于产生正弦导航信号，所述正弦导航信号的信号频率和信号强度均可调；

所述信号注入模块用于将所述正弦导航信号注入目标电缆屏蔽层中；

所述巡检机器车包括驱动模块、信息处理模块、超声波探测模块和正弦信号接收模块；

所述超声探测模块安装于所述巡检机器车四周，用于获取所述巡检机器车与障碍物之间的距离信息，并将所述距离信息发送给所述信息处理模块；

所述信息处理模块根据所述距离信息发送控制命令给所述驱动模块，通过所述驱动模块控制所述巡检机器车避开障碍物，并与电缆沟侧壁维持安全距离；

所述正弦信号接收模块包括两组信号接收装置，所述两组信号接收装置分别安装于所述巡检机器车的左右两侧；

所述正弦信号接收模块接收到目标电缆屏蔽层发出的正弦导航信号后，所述正弦信号接收模块比较左右两侧的信号接收装置接收到的正弦导航信号的强度大小；

当左侧信号接收装置捕捉到的信号强度大于右侧时，发送比较结果信息给所述信息处理模块，所述信息处理模块根据所述比较结果信息发送控制命令给所述驱动模块，所述驱动模块控制所述巡检机器车向左侧转弯；

当右侧信号接收装置捕捉到的信号强度大于左侧时，所述正弦信号接收模块发送比较结果信息给所述信息处理模块，所述信息处理模块根据所述比较结果信息发送控制命令给所述驱动模块，所述驱动模块控制所述巡检机器车向右侧转弯。

2.根据权利要求1所述的用于电缆巡检的自动循迹系统，其特征在于，还包括终止命令电子标识设备，所述终止命令电子标识设备利用射频信号向所述巡检机器车发射终止命令。

3.根据权利要求2所述的用于电缆巡检的自动循迹系统，其特征在于，所述巡检机器车还包括射频信号接收模块，所述射频信号接收模块接收到所述终止命令电子标识设备发出的终止命令后，发送反馈信息给所述信息处理模块，所述信息处理模块根据所述反馈信息发送控制命令给所述驱动模块，所述驱动模块控制所述巡检机器车停止移动，等待回收。

4.根据权利要求1所述的用于电缆巡检的自动循迹系统，其特征在于，所述巡检机器车还包括调节模块，所述调节模块包括安全距离调节器，所述安全距离调节器用于调节所述巡检机器车行驶过程中距电缆沟侧壁的安全距离。

5.根据权利要求4所述的用于电缆巡检的自动循迹系统，其特征在于，所述调节模块还包括信号接收频率调节器，所述信号接收频率调节器用于调节所述正弦信号接收模块接收的正弦导航信号的频段。

6.根据权利要求1所述的用于电缆巡检的自动循迹系统，其特征在于，所述信号注入模块包括信号传输线和连接装置，所述连接装置的一端通过所述信号传输线与所述信号发生模块连接，所述连接装置的另一端连接目标电缆屏蔽层。

7.根据权利要求6所述的用于电缆巡检的自动循迹系统，其特征在于，当从目标电缆终端处开始巡检，有屏蔽层接地线时，采用信号夹作为连接装置，所述信号夹夹在屏蔽层接地线上。

8.根据权利要求6所述的用于电缆巡检的自动循迹系统，其特征在于，当从目标电缆中间段开始巡检，无屏蔽层接地线时，采用HFCT作为连接装置，所述HFCT钳在电缆上，利用电磁感应原理与屏蔽层进行电磁连接。

9.根据权利要求1所述的用于电缆巡检的自动循迹系统，其特征在于，所述正弦信号接收模块还包括信号比较器。

10.一种用于电缆巡检的自动循迹方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一所述的用于电缆巡检的自动循迹系统，包括以下步骤：

预先在目标电缆沟终点处设置所述终止命令电子标识设备；

将所述巡检车机器车置于目标电缆沟中，打开所述超声波探测模块、所述正弦信号接收模块和所述射频信号接收模块；

判断巡检起始位置，当从电缆终端处开始巡检时，使用信号夹作为连接装置，通过所述信号传输线和所述信号夹将所述正弦信号发生装置与目标电缆屏蔽层接地线物理连接；当从电缆中间段开始巡检时，使用HFCT作为连接装置，通过所述信号传输线和所述HFCT将所述正弦信号发生装置与电缆屏蔽层电磁连接；

打开正弦信号发生设备，所述正弦信号发生设备向电缆屏蔽层中注入正弦导航信号，通过所述信号接收频率调节器将所述巡检机器车接收的正弦导航信号的频率调节至与所述正弦信号发生设备发出的正弦导航信号频率一致；

判断所述巡检机器车接收到的正弦导航信号的强度是否达到设定阈值，如果未达到设定阈值，调节所述正弦信号发生设备向电缆屏蔽层注入正弦导航信号的频率，并相应通过所述信号接收频率调节器将所述巡检机器车接收的正弦导航信号的频率调节至与所述正弦信号发生设备发出的正弦导航信号频率一致，直至所述巡检机器车接收到的正弦导航信号的强度达到设定阈值后，不再调节所述正弦信号发生设备向电缆屏蔽层注入正弦导航信号的频率；

调节所述安全距离调节器，设置所述巡检机器车行进过程中距离电缆沟侧壁的距离，完成设置后，所述巡检机器车开始前行；

所述巡检机器车沿一定频率的正弦信号前进，通过利用所述巡检机器车四周安装的超声波探测模块规避障碍，并与电缆沟侧壁保持安全距离；

所述巡检机器车到达电缆沟终点后，所述射频信号接收模块接收到所述终止命令电子标识设备发出的终止命令，所述射频信号接收模块发送反馈信息给所述信息处理模块，所述信息处理模块根据所述反馈信息发送控制命令给所述驱动模块，所述驱动模块控制所述巡检机器车终止动作，原地等待回收。

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