CN214475072U - 一种面向地下综合管廊的巡检系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种面向地下综合管廊的巡检系统，其中巡检系统包括巡检机器人、设置在管廊内的轨道平台、安装在轨道平台上的充电装置、远程控制终端和巡检机器人与远程控制终端之间的通讯平台，巡检机器人通过控制主机控制图像采集模块、超声避障模块、语音广播模块、环境监测模块、行走模块、定位模块及供电模块，保证在巡检过程中运行的平稳性、供电的可靠性以及定位的精准性。巡检机器人采用基于深度学习的视觉巡检方法，在巡检过程中能够实时检测设备是否存在故障以及读取仪表示数，提高了识别的准确率和识别速度，提高了地下综合管廊巡检的质量和效率。

Description

一种面向地下综合管廊的巡检系统

技术领域

本实用新型是一种地下综合管廊巡检系统，尤其涉及面向地下综合管廊的机器人视觉巡检系统，属于综合管廊巡检领域。

背景技术

随着我国城市化进程的发展，城市地下综合管廊的建设也在不断增加。作为城市的主动脉，综合管廊为城市源源不断的输送活力，为了保障其安全有效的运行，必须加强对管廊的巡检工作。由于地下管廊特殊的地形环境，缺氧、积水等问题导致人工巡检的难度大、效率低，同时巡检人员安全风险高。本实用新型旨在使用机器人高效、安全的完成日常巡检工作，同时在安全事故发生时，能够代替人工快速、精准地进入现场勘察。

目前管廊巡检机器人的运动方式主要采用轨道式、履带式和无人机等形式，现有技术中如采用履带式巡检机器人，但是地下综合管廊内部环境比较复杂，采用履带式机器人不能很好的应对积水问题，同时对于管廊内部的地面平整度有一定的要求。

若采用无人机巡检，但是无人机无法满足长距离续航的要求，同时无人机在运行时会产生较大的风力，影响其挂载的环境传感器，降低气体浓度的检测精度，地下综合管廊是一个比较封闭的环境，吹起的灰尘也会对摄像机成像有一定的影响，无人机的后期维护成本也比较高，采用轨道式巡检机器人能很好地避免以上问题。

为了保证巡检机器人电源供应，现有技术中采用输电线缆与受电弓的形式为机器人供电，地下管廊由于空气流动性差，容易积聚CO和H2S气体，受电弓与输电线路之间容易产生电火花而引发安全事故，因此采用锂电池供电是一种比较安全可靠的供电方式。现有技术中采用WI-FI定位的方式获取巡检机器人的位置，但是此方式受干扰能力差，采用RFID标签以及相应的读卡器作为机器人定位系统，不仅精度高而且抗干扰能力强。若使用无人机对管廊进行巡检，无人机难以挂载较大设备，飞行过程中稳定性较差不利于成像，此方式维护成本较高，同时对于管廊内部环境要求较高，采用轨道式巡检机器人稳定性好，维护成本低，并且适用于大多数管廊。

在日常的机器人巡检过程中，多采用巡检机器人采集图像进行与原图匹配进行故障诊断，通过对比前后两次采集的照片是否相同来判断设备是否发生畸变，但是由于实时采集的待检测设备的图像经常会产生视野的偏差，因此采用设备模板图像匹配进行故障识别的准确率比较低。

随着深度学习技术的快速发展，在目标检测算法中，采用深度学习的检测模型取代了以目标图像为模板的图像匹配算法，在论文“王庆,姚俊,谭文禄,潘惠惠.基于FasterR-CNN的排水管道缺陷检测研究”中，介绍了基于Faster R-CNN的图像识别，此过程能够得到较高的故障识别准确率，但是其识别速度较慢。

为此，我们提出一种地下综合管廊智能自动巡检系统解决现有巡检系统的不足，同时提出一种基于高速卷积神经网络的机器人视觉巡检系统解决模板图像匹配识别准确率低以及Faster R-CNN识别速度较慢的问题。

实用新型内容

为了解决目前地下综合管廊巡检的不足和提高巡检机器人的巡检效率，本实用新型提供了一种面向地下综合管廊的巡检系统，本实用新型的技术方案如下：

一种面向地下综合管廊的巡检系统，该系统包括巡检机器人、轨道平台、充电装置、远程控制终端和的通讯平台；轨道平台设置在管廊内；充电装置安装在所述轨道平台上为所述巡检系统整体提供电力；所述通讯平台位于巡检机器人与远程控制终端之间，负责建立双向信号传输；通过巡检系统下发指令至通讯平台控制巡检机器人工作并反馈操作信息，完成面向地下综合管廊的巡检过程。

进一步地，所述巡检机器人包括控制主机以及由所述控制主机连接并指令控制的图像采集模块、超声避障模块、语音广播模块、环境监测模块、行走模块、定位模块和供电模块，各模块执行功能并发送至所述控制主机的反馈信息。

进一步地，所述充电装置上设置RFID电子标签、充电触点和磁吹灭弧装置；所述图像采集模块包括摄像机和机械手臂，所述机械手臂用来调整摄像机的位置和角度；所述环境监测模块不断采集管廊内的温度、湿度以及氧气浓度和CO、H₂S气体含量；所述行走模块包括驱动电机和倾角传感器，所述倾角传感器实时采集巡检机器人的俯仰角度以及行进角度，所述定位模块包括RFID读卡器，通过读取RFID标签信息以及根据相邻标签的信号强度计算得出巡检机器人的位置；所述供电模块包括主、副锂电池和接触式低压快充电源适配器，自动切换主、副锂电池。

本实用新型有益效果体现在：

本实用新型将基于深度学习的机器视觉算法应用于图像识别模块，相较于传统的基于图像匹配的巡检过程，较大的提高了设备故障识别的准确率和识别速度，提高了机器人巡检的质量和效率。

本实用新型采用高速机器视觉处理，在保证识别准确率的前提下，提高图像识别的速度，实现机器人在行进过程中对于管廊内设备的实时识别，减去了机器人停车拍照以及重新启动的时间，减小了重复启停的能源消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为巡检系统结构示意图；

图2为图像识别模块的流程图；

图3为轨道平台、通讯平台和充电装置示意图。

具体实施方式

通过参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解各个实施方式，并且能够将技术涵盖的范围完整的传达给本领域的技术人员。

具体实施方式一：一种面向地下综合管廊的巡检系统，包括巡检机器人、设置在管廊内的轨道平台、安装在所述轨道平台上的充电装置、远程控制终端和巡检机器人与远程控制终端之间的通讯平台。

轨道平台，所述轨道采用工字型钢制导轨，每间隔3米设置一个固定支架，使导轨悬空固定于管廊之中，同时等间隔在轨道上安装UHF型RFID电子标签，在标签中写入当前坐标用于机器人定位。

充电装置，所述充电装置为管廊内等间距设置的充电桩，充电桩上设置UHF型RFID标签和带灭弧装置触点。

通讯平台，所述通讯平台包括管廊内等间隔安装的无线发射终端和全双工降噪语音对讲器，无线发射终端包括光调制解调器和无线路由器，在管廊内等间隔设置多个无线路由器，保证管廊内无线信号全覆盖，光调制解调器通过铺设的光纤与远程控制终端相连，巡检机器人通过无线网络传输技术与远程控制终端进行通讯。通讯平台配备应急电源，在电力供应短时间出现故障时能够保持通讯平台正常运行。

所述巡检机器人包括：

图像采集模块，所述图像采集模块包括CCD型防抖摄像机和电力传动六自由度机械手臂，所述摄像机采用高性能防抖相机，用于拍摄管廊内设备图片，所述机械手臂端部连接摄像机，用来调整摄像机的位置和角度，以此来解决正向垂直拍摄无法完整拍摄设备的情况，无需在不同的方位设置其他巡检线路，节约资源，同时使用机械手臂可以应对更加复杂的环境。

超声波传感器，所述超声波传感器分布于巡检机器人周围，通过对周围障碍物的探测，实现自主避障。

环境监测模块，所述环境监测模块包括光学气体传感器、非接触式温度传感器以及氧化铝湿度传感器，气体传感器通过采集分析管廊中的空气，得到空气中的氧气浓度以及CO、H2S易燃有害气体含量，温度和湿度传感器不断监测管廊中的环境温度以及湿度，保证管线和器材的绝缘水平以及降低管线和器材的老化速度，当监测到数值超限后，发送警告信息。

行走模块，所述行走模块包括伺服电机以及三轴陀螺仪，三轴陀螺仪实时采集机器人的倾角，包括俯仰以及行进角度，在机器人倾角发生变化时，根据变化方向调整驱动电机的速度，保证机器人运行的平稳性。

定位模块，所述定位模块包括RFID读卡器，RFID读卡器读取管廊内设置的RFID标签，通过读取标签中的坐标信息以及相邻两个标签的信号强度计算得出机器人当前的位置。

供电模块，所述供电模块包括大容量主锂电池和备用锂电池以及接触式低压快充电源适配器，供电模块能够在保证正常供电的情况下实现主、副锂电池的自由切换，接触式电源适配器通过接触充电桩上的触点为锂电池充电，采用低压快充技术，充电时电流逐渐上升，避免产生电火花引发安全事故。

控制主机，所述控制主机配备高性能处理器，所述高性能处理器用来控制机器人各个装置的运行，同时运行图像识别模块程序并与远程控制终端进行通信。

具体地，通过将轨道平台设置在管廊内；充电装置安装在所述轨道平台上为所述巡检系统整体提供电力；设置通讯平台位于巡检机器人与远程控制终端之间，负责建立双向信号传输；通过巡检系统下发指令至通讯平台控制巡检机器人工作并反馈操作信息，完成面向地下综合管廊的巡检过程；

具体地，上述控制主机连接并指令控制的图像采集模块、超声避障模块、语音广播模块、环境监测模块、行走模块、定位模块和供电模块，各模块执行各自功能并发送至所述控制主机的反馈信息

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种面向地下综合管廊的巡检系统，其特征在于：该系统包括巡检机器人、轨道平台、充电装置、远程控制终端和的通讯平台；

轨道平台设置在管廊内；充电装置安装在所述轨道平台上为所述巡检系统整体提供电力；所述通讯平台位于巡检机器人与远程控制终端之间，负责建立双向信号传输；通过巡检系统下发指令至通讯平台控制巡检机器人工作并反馈操作信息，完成面向地下综合管廊的巡检过程。

2.根据权利要求1所述的一种面向地下综合管廊的巡检系统，其特征在于：所述巡检机器人包括控制主机以及由所述控制主机连接并指令控制的图像采集模块、超声避障模块、语音广播模块、环境监测模块、行走模块、定位模块和供电模块，各模块执行功能并发送至所述控制主机的反馈信息。

3.根据权利要求2所述的面向地下综合管廊的巡检系统，其特征在于：

所述充电装置上设置RFID电子标签、充电触点和磁吹灭弧装置；

所述图像采集模块包括摄像机和机械手臂，所述机械手臂用来调整摄像机的位置和角度；

所述环境监测模块不断采集管廊内的温度、湿度以及氧气浓度和CO、H₂S气体含量；

所述行走模块包括驱动电机和倾角传感器，所述倾角传感器实时采集巡检机器人的俯仰角度以及行进角度，所述定位模块包括RFID读卡器，通过读取RFID标签信息以及根据相邻标签的信号强度计算得出巡检机器人的位置；

所述供电模块包括主、副锂电池和接触式低压快充电源适配器，自动切换主、副锂电池。

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