基于机器人技术综合管廊安全运营分析

张玉杰

南昌市城市规划设计研究总院 江西南昌 330000

作为无人场所，综合管廊的事故不易被及时发现，易造成严重经济损失。传统安全监管模式所替提供的安全支持作用有限。而机器人技术在纠正上述缺陷方面具有一定优势。因此，探讨机器人技术与综合管廊安全监控工作的整合策略具有一定必要性。

1 机器人技术的应用优势

在综合管廊监控管理中，机器人技术的优势在于：

1.1 精准识别安全隐患

综合管廊系各类管线的聚集区，管线种类的复杂性、海量性特征，容易诱发相关安全隐患。引入机器人技术后，可利用机器人开展动态化巡检，将机器人采集的管廊内各项信息进行汇总、分析，确定管廊运行状态，及时筛查出安全隐患及风险问题[1]。

1.2 有效控制安全事故

综合管廊在地理位置、环境特征等方面的特殊性决定着：一旦形成爆炸、火灾等安全事故，消防人员难以于较短时间内妥善控制现场火情。而引入机器人技术后，可通过于管廊内适宜位置配置灭火机器人的形式，充分发挥机器人的火情抑制、事故处理功能。借助灭火机器人的作用，迅速阻断管廊内火势蔓延，遏制安全事故引发的负面影响。

1.3 保障事后巡检安全性

安全事故后的巡检工作，也是综合管廊安全监管体系的主要构成。传统安全监控模式由人员主导，但在事后巡检工作中，巡检人员可能受管廊内残存有害气体、有毒气体，而面临一定安全威胁。相比之下，以机器人技术为核心的监控模式，则可充分发挥机器人的巡查评估作用，待经机器人巡检确认管廊内无安全隐患残留（环境温度、有毒有害气体浓度均符合安全要求）时，允许人员进入管廊内部。

2 机器人技术下的综合管廊安全运营模式构建

为充分发挥机器人技术的优势，可按照如下模式，构建完善安全运营模式：

2.1 系统建设

参照综合管廊内部的舱室分布（综合舱、电力舱等位置及内部设备设施配置状况等）信息，建立管廊模型。以管廊模型为基础，设计机器人配置方案，基于安全监控要求，为分布于各区域的机器人配置灭火器、红外摄像仪等相关设备，并引入相应数据分析处理技术，整合机器人的信息采集功能、火情控制功能，构建可视化、智能化综合管廊监管系统。

2.2 机器人系统

在综合监管系统中，机器人系统无疑是决定系统智能化水平及可视化程度的关键所在。为了改善管廊基础安全运营质量，可按照如下标准，配置机器人系统：第一，管廊车载子系统。该部分涉及机器人、车载装置以及相关网络设备3 大类。其中，机器人配置标准为：巡检机器人需达到1 个/km（管廊长度），灭火机器人需达到1-1．5 个/km。为保障管廊巡检效率，需将巡检机器人的运行速度设置于1m/s 水平。而灭火机器人的最高运行速度则以8-10m/s为宜（基于管廊现场事故处理要求）。车载装置可根据综合管廊各舱室巡检、管控需要，选用挂轨运行模式或轮式运行模式。轮式运行装置如图1 所示。而在网络设备方面，需参照管廊内部信息采集工作需要，配置高清摄像设备、激光雷达以及红外摄像设备等。高清摄像设备宜按照不低于每舱室1 个标准进行配置。第二，管廊本地监控子系统。该部分的功能为：获取管廊现场监控数据，并经网络传输至管廊监管人员。考虑到监控要求，可选用工业级无线AP作为管廊本地端的通讯媒介。第三，管廊远程监控子系统。配置该部分的目的为：满足各管廊管理单位人员的监控需要。由于远程端的管廊信息来源于本地端，因此，在设置该系统时，可参照本地端的通信网络，选用相同配置。借助相同的网络，于综合管廊本地端、远程端逐渐建立通畅的网络连接，进而保障管廊信息的有效传输[2]。

图1 机器人轮试运行装置

2.3 数据采集系统

在智能化监管模式下，机器人智能预防、处理功能的形成，主要与其良好的数据采集机制有关。为确保管廊内部所有安全隐患的有效识别，可借助机器人，动态采集管廊内的如下信息：第一，环境信息。当综合管廊受管线超负荷运行、电缆接头质量欠佳等因素影响而引发安全事故后，火情、局部爆炸的产生，可对管廊现场相关环境信息产生一定影响，如引发环境温度升高、烟尘浓度改变等。为体现智能化系统的优势，可利用机器人、采集设备的支持，动态（24h）采集管廊现场相关环境参数。经本地端网络、远程端网络将采集的环境信息导出，同时借助大数据技术，将综合管廊内部的温度参数、有害气体浓度参数、湿度参数等，转化为折线图、散点图等易于观察的数据形式。在此基础上，确定出各项环境参数的临界值，将其作为机器人预警机制的启动标准。通常情况下，综合管廊内部的温度参数约处于20-24℃水平，当机器人采集到的温度参数达到30℃这一阈值时，监管系统可启动事故处理机制，调动灭火机器人做好消防准备，以便有效遏制管廊现场的爆炸事故或火灾事故。第二，管线信息。管廊内部管线信息的改变，是现场安全隐患的直接体现。为保障管廊监管质量，可借助机器人监管系统，24h 持续采集各舱室的接地电流、光纤温度以及局放参数等信息。鉴于地下管廊的风险性，可参照如下标准，设置现场巡检点：电力舱室：30-60 个（依据电力舱室面积确定）；综合舱：20-55 个；热力舱：20-40 个。

2.4 应急处理系统

为保障现场安全隐患处理效果，可运用机器人技术，为应急处理系统配置设备故障处理功能、安全事故（爆炸或火灾）处理功能。其中，设备故障处理模式为：运行机器人监管系统后，巡检机器人可分别于管廊内部的各巡检点，以预先搭载好的数据采集装置进行实时信息采集。如在采集电力舱室的光纤时，巡检机器人可将来自红外热像设备（测温范围：-40℃-150℃）的光纤温度信息实时传输至本地端、远程端。一旦发现超出光纤温度阈值（85℃）的状况，迅速启动应急模式，将现场电力舱光纤的异常温度信息经管廊通讯网络传输至管廊管理人员，以便其尽快处理光纤故障。同时，管廊内的灭火机器人可在智能化监管系统的驱动下，立即赶往故障点周围。如光纤故障问题未得到及时处理，且持续恶化引发安全事故，灭火机器人可迅速控制现场火情。

而安全事故处理模式则为：管廊内部发生事故后，巡检机器人可利用搭载摄像装置（采集现场图像信息）、红外温度感应装置（收集异常温度信息）以及烟尘浓度测定装置等，准确评估管廊事故严重程度等级，并确定初始事故位置，将事故位置信息及严重程度等级信息经网络系统传输至综合管廊管理人员。与此同时，机器人监管系统可依据上述评估结果，优先驱动与事故位置间距最短的灭火机器人运行至事故所在位置（如事故较严重，则同时驱动现场所有灭火机器人共同处理事故），及时控制现场火情。

2.5 事故事后处理机制

除了事前、事中阶段，事后阶段也是综合管廊安全管理的关键期。为避免管廊内部残留的风险隐患，威胁管理人员安全，可运用机器人监管系统开展智能事后处理。处理流程如下：管廊现场事故得到控制后，启动管廊内配置的所有巡检机器人，机器人分别经不同运行轨迹、巡检点，采集各舱室环境参数与管线参数。管理人员根据后台反馈结果（来源于巡检机器人搭载的各类信息采集装置），确认管廊内各区域，尤其是爆炸事故、火灾事故周围，有无隐患残留。确认无异常后，相关人员进场修复设备故障及其他问题[3]。

3 结语

综上所述，基于机器人技术改进综合管廊安全监管模式可行性较高。为优化监管质量，可参照综合管廊内部分布、安全事故特征等信息，合理借助机器人技术构建可视化监管系统。此外，为降低安全事故发生率，还可结合机器人管控模式的应用经验，持续改进机器人监管系统，以稳定维持综合管廊的基础支持功能。