CN113129471A - 一种远距离监测介质泄漏的自动巡检装置及其巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，包括：巡检载体；安装在巡检载体上的用于对现场介质泄漏相关信息进行遥测的介质泄漏遥测模组；安装在巡检载体上的用于实现定位导航的定位导航模组；安装在巡检载体上的用于驱动巡检载体进行自动巡航的巡航驱动模组；安装在巡检载体上的用于实现远程通信的通信模组；安装在巡检载体内的用于为自动巡检提供能量的巡检能量管理模组；以及安装在巡检载体内且分别与介质泄漏遥测模组、定位导航模组、驱动巡航模组、通信模组和巡检能量管理模组连接的主控控制器。还公开了一种上述远距离监测介质泄漏的自动巡检装置的巡检方法。本发明具有检测精度高、巡检效率高、巡检安全性高等优点。

Description

一种远距离监测介质泄漏的自动巡检装置及其巡检方法

技术领域

本发明涉及介质泄漏巡检设备技术领域，尤其涉及一种远距离监测介质泄漏的自动巡检装置及其巡检方法。

背景技术

目前，长输管道、动力管网、油气储罐等设备的完整性主要依靠人工进行巡检，先按照班组及周期划分巡检人员，巡检人员通过手持设备的方式负重前行进行检测，一旦发现泄漏情况，再通过维护人员进行现场维护。由于需要巡检的区域较大，导致需要每小时巡检一次的区域只能每天巡检一次，更有甚者可能三至五天才能实施一次有效的巡检。

这种传统的人工巡检方式在一定程序上可以减少长输管道、动力管网、油气储罐等设备的介质泄漏，保证其完整性，在一定程度上降低了企业生产的安全风险。然而，这种传统的人工巡检方式存在以下问题：

1.由于人工巡检需负重前行，巡检人员能够随身携带的检测设备较为单一，例如手持式的PID检测仪、FID检测仪等，这种类型的检测仪器容易受人为操作习惯以及环境因素的影响，检测精度较低。

2.由于部分被监测的设备较高，传统的检测手段难以检测得到，例如架空布置的动力管网、临河布置的长输管网、油气储罐的罐体等设备离地面往往有十多米，手持仪器难以靠近检测部位；采用架设检修架的方式，则费时费力，在巡检周期不但更长，而且容易对巡检人员造成生命及财产的安全威胁。

3.采用传统的人工巡检方式进行检测时，需要提前先按照区域、班组及周期划分巡检人员，每位巡检人员需要在特定的时间点完成监测，但由于受制于恶略的天气情况，如暴雨、雷电等情况下，巡检人员很难完成巡检任务，设备完整性检测的时效性不能得到有效的保障。

4.传统的人工巡检模式下，信息化程度低。鉴于巡检人员需要在一边巡检的前提下，一边还需要记录巡检状况，导致巡检人员任务繁重，怨声载道，巡检的信息化集成程度低，不利于及时分析设备的健康状况以及进行预测性维护。

为此，本申请人经过了有益的探索和研究，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于：针对传统的人工巡检方式存在的问题，而提供一种检测精度高、巡检效率高、巡检安全性高、信息化程度高的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置。

本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种上述远距离监测介质泄漏的自动巡检装置的巡检方法。

作为本发明第一方面的一种远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，包括：

巡检载体；

安装在所述巡检载体上的用于对现场介质泄漏相关信息进行遥测的介质泄漏遥测模组；

安装在所述巡检载体上的用于实现定位导航的定位导航模组；

安装在所述巡检载体上的用于驱动所述巡检载体进行自动巡航的巡航驱动模组；

安装在所述巡检载体上的用于实现远程通信的通信模组；

安装在所述巡检载体内的用于为自动巡检提供能量的巡检能量管理模组；以及

安装在巡检载体内且分别与所述介质泄漏遥测模组、定位导航模组、驱动巡航模组、通信模组和巡检能量管理模组连接的主控控制器。

在本发明的一个优选实施例中，所述介质泄漏遥测模组包括：

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对现场风向、风速、环境温湿度进行遥测的环境多要素遥测仪；

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对现场介质泄漏时产生的异响进行遥测的超声波泄漏遥测仪；

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对现场各类仪表读数及阀门状态和巡检过程中的图像信息进行遥测的可见光图像遥测仪；

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对现场泄漏介质进行可视化遥测的红外成像遥测仪；以及

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对可燃气体的泄漏状态进行远距离遥测的激光气体遥测仪。

在本发明的一个优选实施例中，所述介质泄漏遥测模组还包括第一升降机构、第二升降机构和第三升降机构；

所述第一升降机构安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接，所述超声波泄漏遥测仪安装在所述第一升降机构的顶部上，其由所述第一升降机构控制遥测高度；

所述第二升降机构安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接，所述可见光图像遥测仪安装在所述第二升降机构的顶部上，其由所述第二升降机构控制遥测高度；

所述第三升降机构安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接，所述红外成像遥测仪和激光气体遥测仪分别安装在所述三升降机构的顶部上，其由所述第三升降机构控制遥测高度。

在本发明的一个优选实施例中，所述定位导航模组包括：

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对预设磁轨道的磁场信息进行采集的磁电式传感器；

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对所述巡检载体的运动信息进行采集的惯性导航传感器；

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对所述巡检载体的前进方向障碍物进行检测的避障传感器；

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对所述巡检载体与地标之间的相对距离进行检测的地标传感器；以及

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对所述巡检载体与远方物体之间的相对距离进行测量的激光雷达传感器。

在本发明的一个优选实施例中，所述巡航驱动模组为大功率四轮驱动机构。

在本发明的一个优选实施例中，所述通信模组包括GPS定位模块、北斗定位模块、企业专网通信模块、5G无线通信模块以及通信天线。

在本发明的一个优选实施例中，所述巡检能量管理模块包括：

用于分别为所述介质泄漏遥测模组、定位导航模组、巡航驱动模组、通信模组和主控控制器提供电能的电池组；

用于对所述电池组进行无线充电的无线充电模块；以及

电池管理系统，所述电池管理系统一方面与所述电池组和无线充电模块连接，用于对电池组的电量进行检测和管理，并控制所述无线充电模块对所述电池组进行无线充电，其另一方面与所述主控控制器连接，用于上传所述电池组的状态数据和接收远程控制指令。

在本发明的一个优选实施例中，所述主控控制器为具有多个拓展接口的工业级工控机。

在本发明的一个优选实施例中，所述巡检载体为箱式车体。

作为本发明第二方面的一种上述远距离监测介质泄漏的自动巡检装置的巡检方法，包括以下步骤：

当某个区域需要进行巡检时，泄漏管理平台向通信模组发送巡检信号，通信模组将接收到的巡检信号传送至主控控制器；

主控控制器对巡检信号进行解析处理，并根据解析处理后的指令控制介质泄漏遥测模组、定位导航模组、巡航驱动模组和巡检能量管理模组进行协同工作；

根据定位导航模组生成的规划路径，巡检载体在巡航驱动模组驱动下前往指定区域进行自动巡航；

当巡检载体达到指定区域后，介质泄漏遥测模组对指定区域的介质泄漏源进行遥测，并将介质泄漏遥测数据传送至主控控制器；

主控控制器对介质泄漏遥测数据进行处理，并将处理后的介质泄漏遥测数据通过通信模组发送至泄漏管理平台；

泄漏管理平台实时接收传输过来的介质泄漏遥测数据，并对接收到的介质泄漏遥测数据进行存储和分析，自动生成巡检信息表，再将巡检信息表发送至相关责任人。

在本发明的一个优选实施例中，当相关责任人收到巡检信息时，可通过泄漏管理平台发送二次自动巡检信号，介质泄漏信息确认后便于对设备进行维护，实现自动巡检的闭环。

由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：本发明通过整合机器人技术、无人驾驶技术、远程多参数遥测融合技术、介质泄漏图像识别技术、工业物联网技术以及远程维护技术，使得这些技术相互融合，从而实现自动巡检。本发明具有检测精度高、巡检效率高、巡检安全性高、信息化程度高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的自动巡检装置的一个视角的三维结构示意图。

图2是本发明的自动巡检装置的另一个视角的三维结构示意图。

图3是本发明的自动巡检装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1至图3，图中给出的是一种远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，包括巡检载体100、介质泄漏遥测模组200、定位导航模组300、巡航驱动模组400、通信模组500、巡检能量管理模组600以及主控控制器700。

巡检载体100为箱式车体，其用于搭载介质泄漏遥测模组200、定位导航模组300、巡航驱动模组400、通信模组500、巡检能量管理模组600以及主控控制器700。

介质泄漏遥测模组200安装在巡检载体100上且与主控控制器700连接，其用于对现场介质泄漏相关信息进行遥测。具体地，介质泄漏遥测模组200包括环境多要素遥测仪210、超声波泄漏遥测仪220、可见光图像遥测仪230、红外成像遥测仪240以及激光气体遥测仪250。环境多要素遥测仪210安装在巡检载体100的顶面上且与主控控制器700连接，其用于对现场风向、风速、环境温湿度进行遥测。超声波泄漏遥测仪220安装在巡检载体100的顶面上且与主控控制器700连接，其用于对现场介质泄漏时产生的异响进行遥测，尤其是人耳听不到的泄漏超声波信息，通过可视化噪声方式显示出发生泄漏产生的噪声分布，从而准确定位介质泄漏噪声源。可见光图像遥测仪230安装在巡检载体100的顶面上且与主控控制器700连接，其用于对现场各类仪表读数及阀门状态和巡检过程中的图像信息进行遥测，实时生产的图像信息通过与数据库中样本进行识别分析，泄漏管理平台自动判断是否存在异常，若存在介质异常泄漏情况，则立刻发生报警提示并推送异常部位的图像和视频给相应的巡检人员，同时提醒维护人员进行预测性维护。红外成像遥测仪240安装在巡检载体100的顶面上且与主控控制器700连接，其用于对现场泄漏介质进行可视化遥测，以便预测位于高处或危险区域是否存在介质泄漏情况、保温设备是否完整、是否存在跑冒滴漏等问题。激光气体遥测仪250安装在巡检载体100的顶面上且与主控控制器700连接，其利用设备本身或远方物体为发射体，对可燃气体的泄漏状态进行远距离遥测。介质泄漏遥测模组200通过多介质泄漏参数遥测技术的融合，极大解决了传统检测距离近、模式单一、检测精度低的问题。

介质泄漏遥测模组200还包括第一升降机构260、第二升降机构270和第三升降机构280。第一升降机构260安装在巡检载体100的顶面上且与主控控制器700连接，超声波泄漏遥测仪220安装在第一升降机构260的顶部上，其由第一升降机构260控制遥测高度，以适应对不同高度的设施进行检测。第二升降机构270安装在巡检载体100的顶面上且与主控控制器700连接，可见光图像遥测仪230安装在第二升降机构270的顶部上，其由第二升降机构270控制遥测高度，以适应对不同高度的设施进行检测。第三升降机构280安装在巡检载体100的顶面上且与主控控制器700连接，红外成像遥测仪240和激光气体遥测仪250分别安装在第三升降机构280的顶部上，其由第三升降机构280控制遥测高度，以适应对不同高度的设施进行检测。

定位导航模组300安装在巡检载体100上，其用于实现定位导航。具体地，定位导航模组300包括磁电式传感器310、惯性导航传感器320、避障传感器330、地标传感器340以及激光雷达传感器350。磁电式传感器310、惯性导航传感器320、避障传感器330、地标传感器340和激光雷达传感器350分别间隔安装在巡检载体100的侧面上且分别与主控控制器700连接。磁电式传感器310用于对预设磁轨道的磁场信息进行采集，使得巡检载体100按照规划好的路线行驶；惯性导航传感器320用于对巡检载体100的加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度(DoF)运动等运动信息进行采集，以推算巡检载体100的方向与位置；避障传感器330用于对巡检载体100的前进方向障碍物进行检测，以避开前进方向上的障碍物；地标传感器340用于对巡检载体100与地标之间的相对距离进行检测，使得巡检载体100在行驶过程中不偏离预设航道；激光雷达传感器350用于对巡检载体100与远方物体之间的相对距离进行测量，其作用是高精度定位巡检载体100与远方物体的相对位置，便于提前规划行驶路径。本发明通过磁电式传感器310、惯性导航传感器320、避障传感器330、地标传感器340和激光雷达传感器350的使用，结合GPS定位模块510和北斗定位模块520的精确定位，再辅助使用SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)定位导航，可以实时获取行进方向上的障碍物的信息，预设路径上的路标信息，在巡检过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航，无需人工干预。

巡航驱动模组400安装在巡检载体100上，其用于驱动巡检载体100进行自动巡航。在本实施例中，巡航驱动模组400为大功率表四轮驱动机构，其包括四个车轮410和电动机420，四个车轮410对称间隔安装在巡检载体100的下部侧面上，电动机安装在巡检载体100内并通过传送机构分别与每一个车轮410连接，用于驱动每一个车轮410进行转动。电动机还与主控控制器700连接。本发明通过大功率四驱驱动，无惧障碍、爬坡，巡检人员由此无需再负重作业，可快速实现对长输管道、动力管网、油气储罐等设备进行巡检。

通信模组500安装在巡检载体100上，其用于实现远程通信。在本实施例中，通信模组500包括GPS定位模块510、北斗定位模块520、企业专网通信模块530、5G无线通信模块540以及通信天线550。GPS定位模块510和北斗定位模块520可实现高精度定位，以满足定位导航的要求。现场的介质泄漏遥测数据通过企业专网通信模块530或G无线通信模块540实时传输至泄漏管理平台，在友好兼顾数据传输安全的前提下，又适应了恶劣的现场环境。现场巡检的结果不再受环境和人员操作习惯的限制，数据的时效性有了保障，维护人员能够第一时间知道哪里发生了泄漏，即使进行预测性维护。

巡检能量管理模组600安装在巡检载体100内，其用于为自动巡检提供能量。具体地，巡检能量管理模组600包括电池组610、无线充电模块620以及电池管理系统630。电池组610用于分别为介质泄漏遥测模组200、定位导航模组300、巡航驱动模组400、通信模组500和主控控制器700提供电能。无线充电模块620用于对电池组610进行无线充电。电池管理系统630一方面与电池组610和无线充电模块620连接，用于对电池组610的电量进行检测和管理，并控制无线充电模块620对电池组610进行无线充电，其另一方面与主控控制器700连接，用于上传电池组610的状态数据和接收远程控制指令。同时，可实时对剩余电量进行检测，回到“家”里自行进行无线充电。具有无触点、避免手动定时充电操作、无需人工干预即可完成供电，一次充电可实现自动巡检24小时的特点。

主控控制器700安装在巡检载体100内，其用于控制质泄漏遥测模组200、定位导航模组300、巡航驱动模组400、通信模组500以及巡检能量管理模组600进行协同工作。在本实施例中，主控控制器700为具有多个拓展接口的工业级工控机，拓展接口包括I/O接口、AO接口、AI接口、RS485接口、4～20MA接口以及Ethernet接口等。

本发明的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置的巡检方法，包括以下步骤：

步骤S10，当某个区域需要进行巡检时，泄漏管理平台向通信模组500发送巡检信号，通信模组500将接收到的巡检信号传送至主控控制器700。

步骤S20，主控控制器700对巡检信号进行解析处理，并根据解析处理后的指令控制介质泄漏遥测模组200、定位导航模组300、巡航驱动模组400和巡检能量管理模组600进行协同工作。

步骤S30，根据定位导航模组300生成的规划路径，巡检载体100在巡航驱动模组400驱动下前往指定区域进行自动巡航。

步骤S40，当巡检载体100达到指定区域后，介质泄漏遥测模组200对指定区域的介质泄漏源进行遥测，并将介质泄漏遥测数据传送至主控控制器700。

步骤S50，主控控制器700对介质泄漏遥测数据进行处理，并将处理后的介质泄漏遥测数据通过通信模组500发送至泄漏管理平台。

步骤S60，泄漏管理平台实时接收传输过来的介质泄漏遥测数据，并对接收到的介质泄漏遥测数据进行存储和分析，自动生成巡检信息表，再将巡检信息表发送至相关责任人；当相关责任人收到巡检信息时，可通过泄漏管理平台发送二次自动巡检信号，介质泄漏信息确认后便于对设备进行维护，实现自动巡检的闭环。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.一种远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，其特征在于，包括：

巡检载体；

安装在所述巡检载体上的用于对现场介质泄漏相关信息进行遥测的介质泄漏遥测模组；

安装在所述巡检载体上的用于实现定位导航的定位导航模组；

安装在所述巡检载体上的用于驱动所述巡检载体进行自动巡航的巡航驱动模组；

安装在所述巡检载体上的用于实现远程通信的通信模组；

安装在所述巡检载体内的用于为自动巡检提供能量的巡检能量管理模组；以及

安装在巡检载体内且分别与所述介质泄漏遥测模组、定位导航模组、驱动巡航模组、通信模组和巡检能量管理模组连接的主控控制器。

2.如权利要求1所述的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，其特征在于，所述介质泄漏遥测模组包括：

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对现场风向、风速、环境温湿度进行遥测的环境多要素遥测仪；

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对现场介质泄漏时产生的异响进行遥测的超声波泄漏遥测仪；

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对现场各类仪表读数及阀门状态和巡检过程中的图像信息进行遥测的可见光图像遥测仪；

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对现场泄漏介质进行可视化遥测的红外成像遥测仪；以及

安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接的用于对可燃气体的泄漏状态进行远距离遥测的激光气体遥测仪。

3.如权利要求1所述的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，其特征在于，所述介质泄漏遥测模组还包括第一升降机构、第二升降机构和第三升降机构；

所述第一升降机构安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接，所述超声波泄漏遥测仪安装在所述第一升降机构的顶部上，其由所述第一升降机构控制遥测高度；

所述第二升降机构安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接，所述可见光图像遥测仪安装在所述第二升降机构的顶部上，其由所述第二升降机构控制遥测高度；

所述第三升降机构安装在所述巡检载体的顶面上且与所述主控控制器连接，所述红外成像遥测仪和激光气体遥测仪分别安装在所述三升降机构的顶部上，其由所述第三升降机构控制遥测高度。

4.如权利要求1所述的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，其特征在于，所述定位导航模组包括：

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对预设磁轨道的磁场信息进行采集的磁电式传感器；

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对所述巡检载体的运动信息进行采集的惯性导航传感器；

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对所述巡检载体的前进方向障碍物进行检测的避障传感器；

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对所述巡检载体与地标之间的相对距离进行检测的地标传感器；以及

安装在所述巡检载体上且与所述主控控制器连接的用于对所述巡检载体与远方物体之间的相对距离进行测量的激光雷达传感器。

5.如权利要求1所述的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，其特征在于，所述巡航驱动模组为大功率四轮驱动机构。

6.如权利要求1所述的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，其特征在于，所述通信模组包括GPS定位模块、北斗定位模块、企业专网通信模块、5G无线通信模块以及通信天线。

7.如权利要求1所述的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，其特征在于，所述巡检能量管理模块包括：

用于分别为所述介质泄漏遥测模组、定位导航模组、巡航驱动模组、通信模组和主控控制器提供电能的电池组；

用于对所述电池组进行无线充电的无线充电模块；以及

电池管理系统，所述电池管理系统一方面与所述电池组和无线充电模块连接，用于对电池组的电量进行检测和管理，并控制所述无线充电模块对所述电池组进行无线充电，其另一方面与所述主控控制器连接，用于上传所述电池组的状态数据和接收远程控制指令。

8.如权利要求1所述的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，其特征在于，所述主控控制器为具有多个拓展接口的工业级工控机。

9.如权利要求1所述的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置，其特征在于，所述巡检载体为箱式车体。

10.一种如权利要求1至9中任一项所述的远距离监测介质泄漏的自动巡检装置的巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：

当某个区域需要进行巡检时，泄漏管理平台向通信模组发送巡检信号，通信模组将接收到的巡检信号传送至主控控制器；

主控控制器对巡检信号进行解析处理，并根据解析处理后的指令控制介质泄漏遥测模组、定位导航模组、巡航驱动模组和巡检能量管理模组进行协同工作；

根据定位导航模组生成的规划路径，巡检载体在巡航驱动模组驱动下前往指定区域进行自动巡航；

当巡检载体达到指定区域后，介质泄漏遥测模组对指定区域的介质泄漏源进行遥测，并将介质泄漏遥测数据传送至主控控制器；

主控控制器对介质泄漏遥测数据进行处理，并将处理后的介质泄漏遥测数据通过通信模组发送至泄漏管理平台；

泄漏管理平台实时接收传输过来的介质泄漏遥测数据，并对接收到的介质泄漏遥测数据进行存储和分析，自动生成巡检信息表，再将巡检信息表发送至相关责任人。

11.如权利要求10所述的巡检方法，其特征在于，当相关责任人收到巡检信息时，可通过泄漏管理平台发送二次自动巡检信号，介质泄漏信息确认后便于对设备进行维护，实现自动巡检的闭环。

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