地铁通号机房智能巡检机器人系统设计与应用

傅兵 袁若岑 袁帅 张宇

摘 要：地铁作为城市的重要基础设施，关系到现代城市能否有效运转，而通号机房巡检工作对于地铁非常重要，是决定地铁是否能够实现稳定运行的关键。人工巡检逐渐无法满足现阶段城市交通对于地铁的需求，使用效率更高的智能机器人系统开展地铁通号机房巡检逐渐成为未来的发展趋势。该系统使得地铁通号机房巡检的效率得到大幅提升，同时安全性、可靠性、成本控制也在很大程度上获得提升。

关键词：地铁;通号机房;智能系统;巡检机器人

中图分类号：TP242;TP308 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.008

地铁通信机房包括传输、无线通信、闭路电视、广播、时钟、电源、公务电话系统、专用电话、乘客信息系统等设备;信号机房包括列车自动防护（ATP）、列车自动运行（ATO）、列车自动监控（ATS）、计算机联锁（CI）、维修支持（MSS）等系统设备。通号机房的设备运行状态对地铁的正常运行具有直接影响。以往通过人工巡检的方式检查地铁通号机房，人工巡检的效率随着仪器设备的进步也在一定程度上得到提升。即便如此，人工巡检还是存在工作量大、精度有限、失误率较高等一系列问题，尽管有些因素是不可避免的，但是最终也会对地铁运行效率造成影响[1]。

显然，人工巡检已经不能满足如今地铁交通的发展需求。随着技术的进步，地铁机房专用的智能巡检机器人已经诞生，可替代人工巡检，提升巡检效率。智能巡检机器人可在监控系统指挥下自动执行任务。轨道类智能巡检机器人需要发挥出自身的优势完成巡检工作，以弥补人工巡检工作中存在的短板。

地铁智能巡检机器人可按照既定程序完成指定任务，并且智能巡检机器人可以完成人工不能完成的任务，比如可以深入到危险环境中开展作业、持续作业等等，能够提升地铁通号机房巡检工作的效率、精确度，降低失误率[2]。

1 地铁通号机房日常巡检

以往，地铁机房巡检都是人工巡检的方式，工作人员通过观察、听、触碰的方式检查机房当中设备可能存在的问题，通过这些检查手段可以检查出存在表计读数异常、指示灯报警等。这些只是表面存在的一些问题，对于内部存在的一些问题，需要使用专用仪器进行检测，常见的仪器有红外热像检测仪等[1]。即便是先进仪器，也需要配合人工检测方式，但是精度、经验均有限，在日常巡检维护过程中发现了问题却不能第一时间予以解决，对地铁的安全运行造成了影响[3]。

使用智能巡检机器人巡检通号机房，精度、效率、速度均得到明显提升。智能巡检机器人可以结合问题迅速形成解决方案，及时排除故障，确保地铁的稳定运行。

2 地铁通号机房智能巡检机器人运行安全管控

结合地铁通号机房场地的实际情况及日常巡检情况，使用智能巡检机器人开展机房巡检工作，并深度挖掘智能巡检机器人的价值，最大限度发挥出智能巡检机器人的功能与作用。这样，可以形成一种全方位、立体化的智能巡检机器人地铁通号机房检测系统，从而实现全方位的风险管理，确保地铁通号机房能够支持地铁顺利运行[2]。

智能巡检机器人操作简便，只需给机器人下发巡检任务，机器人即可按照程序对机房开展巡检工作。机器人采集机房环境、设备的各类可见光视频、红外热成像图谱、温湿度、气体浓度等信息，传输至系统后台进行自动分析，自动生成巡检报表，发现异常会自动告警。

2.1 随工作业保障

在通号机房发生设备告警需要检修时，智能巡检机器人可进行随工作业保障。通过人工遥控机器人至检修部位附近，利用机器人配置的高清可见光摄像头能够实时采集记录工作人员的检修过程，以供事后的回溯与分析。同时，机器人内置高灵敏度麦克风，专家或管理人员可接入机器人监控后台，通过双向语音对讲远程指导现场检修人员。

2.2 故障环视功能

现阶段，我国地铁通号机房通常采用无人值班方式，但是对于设备检修后，通常要求工作人员从管理中心奔赴机房开展高频次的运维巡检与复核。这往往会消耗大量的资源，包括人力、财力、物力。使用智能巡检机器人可以有效解决这一问题，对于异常设备，或者经检修后的设备，可在机器人巡视系统设置故障环视任务，定时采集设备运行信息，自动识别设备状态。這样，当发生问题时，可第一时间自动告警，提高巡视检测效率，减轻工作人员负担。

3 地铁通号机房智能巡检机器人立体化风险管控

3.1 自动火警

在机房巡检工作中，工作人员需要为巡检机器人铺设行进轨道，同时需要在机房中监督、管控现场。如果机房出现火情，机器人可以使用红外热成像探测系统、烟感系统坚持检测火情，同时发出警报，工作人员收到警报后就可以检查报警部位，及时消除火情，避免损失加重。

3.2 视频回放

在机房作业无异常的状态下，巡检机器人的主要工作就是监控现场，而这些监控视频都会被上传到监控后台，为监控人员的工作提供帮助。同时，巡检人员也可以回放这些视频发现自身工作中存在的不足，规范自身行为，遵守规章制度，通过规范自身行为来最大限度提高巡检现场的风险管控。

3.3 联动巡视

智能巡检机器人可以通过接口开发，实现与机房内已有的各类辅助监控设备的有效联动。如安全防范系统（门禁、红外双鉴、玻璃破损检测等）发生入侵报警、消防系统发生火灾报警、环境监测系统发生室内温湿度、粉尘浓度、气体浓度越限告警，智能巡检机器人系统会自动接收该类告警信息，自动联动机器人运动至告警部位采集可见光图像、红外图谱、温湿度等信息，以便工作人员及时采取干预措施。同时，采用自动化巡视设备，在发生足以对人身造成重大伤害的突发性事件时，运维人员可以不以身涉险便知晓机房内环境设施的真实情况，防止人身伤害事故发生。

3.4 监控集中对接与获取资产信息

智能巡检机器人具备监控集中对接功能，值班人员通过监控集中对接可以第一时间了解智能巡检机器人的状况，并且智能巡检机器人的专用管理平台，平台可以与监控及时对接确保监控质量。

如果在机房内部已经配备了完善的自动化资产盘点系统，此时智能巡检机器人就可以直接通过资产管理系统获知设备资产的实际信息与位置，有助于智能巡检机器人开展下一步工作。如果机房并没有配备自动化资产盘点系统，此时就需要选择高成熟度的射频识别（RFID）资产盘点技术。

4.机器人硬件设计

4.1 驱动器

地铁通号机房机器人的主要工作就是巡检，及时发现机房中存在的一些异常情况及违规操作，当发现异常时可以及时制止。机器人驱动器的工作电压为24 V，额定功率为200 W。为了最大限度消除机器人运动过程中存在的噪音，需要对机器人进行消音处理。经测算，驱动器空载状态下转速为3 500 RPM，负载状态下转速为3 000 RPM。只有在工作电流大于0.8 mA的情况下，驱动器才会工作;如果小于0.8 mA，机器人就停止作业。

4.2 处理器

处理器对于整个系统而言是非常关键的，当处理器性能达不到要求时，在很大程度上也会降低系统性能，缩短系统寿命，降低系统处理器调用设备的使用周期。为了规避这些问题，本次设计中使用TUIS—8689作为处理器。

TUIS—8689处理器为单核睿频5.6 GHz，处理模式为8核心16进程，含有300系列主板，可以第一时间对处理器进行散热，增加系统的使用寿命，正好满足本次设计的巡检机器人要求。

TUIS—8689处理器处理进程任务的最大速度为120字节/s，提前12 MB缓存任务，工作频率3.2 GHz，光刻14 NM，确保处理器的作业效果。该传感器使用多线输出形式，以不同的硬件部位连接设备。这样，可以防止多线任务在同条线路中被格式化。传感器电流80 mA，内部螺纹尺寸10 mm×15 mm，对于螺纹精度具有很高的要求。这样，才可以保证传感器零件的灵敏度，输出抗阻≤500 Ω，精度为1%FS，确保系统内部数据的完整流通。

4.3 图像处理

图像识别技术可以监测与分析智能巡检机器人的状态，包括指示灯状态、仪表盘读数、数码管读数、液晶屏读数、开关的实际状态等。智能巡检机器人通过无线传输集成无线AP，传输内容包括电源、控制信号、视频信号，具备无延时、运行稳定、图像稳定的特点，且所有功能都可以在后台完成。控制云台的三维运动、摄像变焦、灯光变换等功能，将采集到的信息精确传输到远程监控后台，由远程监控后台通过专网实现与巡检部门、调度的数据交换。

5 智能巡检机器人后台管理技术

5.1 动环监控主机

动环监控主机是一种多功能一体化动力环境监控主机，可以采集一种模拟量、RS—485通信、输入输出开关量报警。使用动环监控主机可以实现对空调、UPS、开关电源组等一系列动力设备的通信，这种条件下支持气体、温度、湿度、压力传感器模拟量的输入，支持本地存储、搜索模拟量、RS—485数据。

5.2 智能运维系统

智能运维系统真正实现了智能化、集成化，在智能运维系统中运用机器视觉技术可以有效分析巡检视频，实现自动识别设备的指示灯、开关、仪表等状态。在特征匹配算法的基础上，实现对识别对象的精准定位，进而提高识别效率。统一的软件技术构架是智能运维系统运用的设计理念，在业务组件化技术的基础上满足业务的弹性扩展需求，有助于集中整合管理资源。

5.3 智能NVR

网络视频录像机（NVR）是网络信息时代背景下一种有效的视频监控设备，智能化的NVR使用嵌入式设计，同时使用高性能集成中央处理器。计算时使用内嵌深度学习算法，结合计算结果在NVR中接入IPC，IPC将NVR的存储、管理、控制、分析集于一身，相比传统的NVR，智能NVR具备人脸识别分析功能，可以精准识别捕捉到的人脸进行数据对比分析，不仅提升了监控视频的价值股，还提升了计算机网络信息时代下安防大数据的可靠程度。智能NVR可以实现电子信息机房的智能、高清摄像，有助于为巡检机器人构成强大、完善的安全防护系统。

5.4 双光谱MINI云台

双光谱MINI云台是将远程网络监控功能、视频服务功能、高清智能功能集为一体，形成的一种新型网络云台。双光譜MINI云台内置Web Server服务器、网络视频服务器、解码器、机芯，不仅具备普通云台的功能，还具备热成像通道形成对图像、视频等一系列信息的数据压缩，压缩后的数据可以直接传输到网络终端。

双光谱MINI云台的驱动力来源于精密电机，运用精密电机为双光谱MINI云台提供驱动力可以确保设备运行更加稳定、灵敏，同时可以确保图像不会出现抖动的现象。双光谱MINI云台具备预置点、巡航、守望、定时等一系列功能，同时具备自动烟雾、火点检测、智能跟踪、测温等一系列智能功能，这些功能可以最大限度上提升双光谱MINI云台的智能化水平，节省运行成本。双光谱MINI云台具备自动扫描、垂直扫描、巡航扫描、全景扫描、区域扫描等一系列多元化的扫描方式。

5.5 实际应用

5.5.1 入侵检测

将红外线高清摄像机安装在机房各个重要的入口，以此来实现对机房的实施有效监控，当陌生人员进入以后，人脸识别技术可以对陌生人自动进行人脸识别并报警。

为了测试入侵检测的实际效果，选取非系统录入人员，最终验证了智能巡检机器人可以运用人脸识别技术实现对非系统录入人员的精准识别，发现非系统录入人员的同时会触发报警。

5.5.2 智能巡检

智能巡检机器人会结合每天特定的机房巡检路线，自动检测机房各项指标、参数，检测的内容主要包括设备外观、表面温度、仪表状态、数值识别等。智能巡检机器人可以有效读取设备的仪表数据、设备指示灯、指针。智能巡检机器人在对这些设备识别的过程属于一种静态识别，巡检过程中智能巡检机器人会对设备拍摄高清图片，以此为依据实现对一系列参数的有效识别。

智能巡检机器人除了静态作业外，还可以动态识别设备板卡、指示灯状态。智能巡检机器人发现跳跃指示灯就会录制固定时间的视频，比对视频资料与正常运行的设备，生成巡检日志。如果发现其中的问题，就要及时向控制中心发送警告。

判断机房设备是否处于稳定运行状态需要将设备运行过程中的温度作为一种有效的参考指标，如果设备的运行温度出现过高情况，此时设备面临停机风险。智能巡检机器人会将温度异常信息上传给控制中心，使用红外高清智能摄像机识别设备的整体温度。维护人员收到智能巡检机器人上传的信息后核查机房现场，制定有针对性的解决方案。

6 结语

通信信号系统在地铁信息化系统中占有核心地位，通过对通号机房开展巡检工作，可以第一时间发现机房当中存在的异常情况及违规操作，解决人工巡检效率低、失误率高，不能满足现阶段地铁交通的建设要求等问题。本次研究中提出一种智能巡检机器人，其在地铁机房中开展巡检工作，可以提升机房巡检效率，还可以保证机房巡检工作的统一化、标准化。

参考文献

[1] 刘荫，韩圣亚，徐浩，等.信通机房巡检机器人系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2021（3）：61-66.

[2] 赵东明，田雷.基于计算机视觉的电信运营商智能巡检机器人技术研究[J].电信工程技术与标准化，2021，34（4）：51-56.

[3] 侯学辉，谢乾，朱建军，等.轨道交通电子信息机房智能巡检系统的设计与应用[J].中国新技术新产品，2021（4）：13-15.