3月9日一早，浙江杭州供電公司電纜運檢中心運維人員婁雨風(fēng)打開隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)，戴上VR頭盔，一鍵啟動湘湖電纜隧道中的一臺巡檢機(jī)器人。透過VR鏡片，他從機(jī)器人的視角看到隧道兩側(cè)的電纜支架緩緩?fù)撕?，電纜溫度、空氣濕度數(shù)據(jù)同步顯示在隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)大屏上。22分鐘后，巡檢結(jié)束。
“這條1.2千米長的隧道內(nèi)共有4條220千伏電纜，負(fù)責(zé)對蕭山區(qū)湘湖一帶供電，涉及上百個復(fù)工復(fù)產(chǎn)的旅游景點、餐飲公司和十幾萬居民客戶。”杭州供電公司電纜運檢中心技術(shù)組組長姚廣元說，“疫情防控期間，這臺機(jī)器人每天巡檢湘湖隧道，不僅工作效率高，還有效避免了人員交叉感染風(fēng)險。”
近三年來，杭州供電公司持續(xù)研發(fā)智能機(jī)器人，最終依靠5G和VR技術(shù)結(jié)合，于2019年12月在湘湖隧道巡檢中實現(xiàn)“機(jī)器代人”。
市區(qū)電纜化率高，“智慧隧道”攻關(guān)小組有的放矢解決運維難題
在杭州，地下高壓輸電電纜已成為城市供電的主要通道。截至2019年年底，杭州110千伏及以上電纜長度突破1500千米，市區(qū)電纜化率達(dá)94%，居全國前列。
“湘湖隧道距我們駐點超過30千米，是最遠(yuǎn)的電纜隧道。以往，我們每巡檢一次需要一整天，路上就要4個小時。”姚廣元說，“杭州供電公司一共有21名電纜運維人員。湘湖隧道的設(shè)備主人婁雨風(fēng)負(fù)責(zé)150千米電纜線路的運維任務(wù)，按照運維周期，湘湖隧道每月只能安排一次巡檢。”
運維人員還面臨人身安全保障問題。湘湖隧道橫穿湘湖底部，管廊內(nèi)空氣潮濕、環(huán)境復(fù)雜。特別是在隧道深處，原本集成的2G信號微弱，很難保障運維人員緊急情況下的呼救需要。一旦發(fā)生隧道起火、嚴(yán)重進(jìn)水等情況，常規(guī)的防護(hù)措施起不到作用。
“我們早就想把人‘撤’出來，因為拖一天就拖一天效率，更多一天危險。”姚廣元說。2018年，杭州供電公司啟動高壓電纜專業(yè)水平提升三年行動計劃。姚廣元和同事們組建了“智慧隧道”攻關(guān)小組，研究開發(fā)隧道巡檢輪式機(jī)器人，嘗試“機(jī)器代人”。大家為機(jī)器人安裝信號回傳系統(tǒng)，利用2G信號把機(jī)器人在巡檢中拍攝的隧道照片以及測量出的水位、氣體濃度、電纜溫度等參數(shù)發(fā)送到電纜綜合監(jiān)控中心，幫助運維人員在大屏幕上巡檢隧道。但圖片存在種種死角，僅僅依靠瀏覽圖片巡檢隧道難免發(fā)生錯判、漏判。對于一些細(xì)小隱患，運維人員還是要到現(xiàn)場確認(rèn)。
在攻關(guān)小組2019年7月的一次研討中，姚廣元和婁雨風(fēng)都提出：不少網(wǎng)絡(luò)公司開發(fā)了VR看房軟件，人們戴著眼鏡足不出戶就能挨戶查看房源，一天少說能看30套房子。我們巡檢隧道，能不能借鑒這種模式?
這個想法激發(fā)了大家的興趣。攻關(guān)小組先后研究了超過20個工業(yè)VR技術(shù)應(yīng)用案例，嘗試采用5G技術(shù)實現(xiàn)控制指令和現(xiàn)場數(shù)據(jù)回傳，并先后應(yīng)用視頻拼接、紅外避障等技術(shù)，解決了全景視頻處理、機(jī)器人軌跡巡航規(guī)劃和主動避障等難題。
利用5G+VR技術(shù)，機(jī)器代人巡檢電纜隧道，開發(fā)仍在繼續(xù)深入
2019年10月，5G+VR技術(shù)研究步入實施階段。短短一個月，“智慧隧道”攻關(guān)小組就在湘湖隧道布局了全覆蓋的5G信號。然而在VR技術(shù)實施上，組內(nèi)卻存在分歧。
幾個小組成員認(rèn)為，購買現(xiàn)成的VR機(jī)器人和成套設(shè)備效率高、見效快，更為可行。姚廣元否決了這項提議：“我們現(xiàn)在已經(jīng)有一臺機(jī)器人了，再買一臺就是重復(fù)投資。昂貴的新型VR機(jī)器人還會有許多冗余功能，沒有必要。”
出路就是自己研發(fā)。原有的機(jī)器人已經(jīng)具備攝像功能，但視野范圍不夠。姚廣元提出利用多臺攝像機(jī)同時拍攝，再用圖像拼接技術(shù)組成一個單獨視頻，最后通過5G傳輸技術(shù)全景還原現(xiàn)場。
按照人的視角最大移動范圍，“智慧隧道”攻關(guān)小組成員分別在機(jī)器人紅外攝像頭下方安裝了兩個超高清魚眼鏡頭，再把拍攝到的4組畫面同時上傳到隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器，依靠“智慧隧道”攻關(guān)小組和聯(lián)通公司聯(lián)合開發(fā)的加速穩(wěn)健特征視頻拼接算法，組成一個180度的超廣角VR畫面。
2019年11月，這臺改造后的5G+VR機(jī)器人第一次駛出充電玻璃房，“智慧隧道”攻關(guān)小組卻發(fā)現(xiàn)了新問題：機(jī)器人的巡航速度是27厘米/秒，比正常人行走的速度慢得多，而且轉(zhuǎn)向和掉頭速度很慢，這讓戴上VR眼鏡的運維人員感到很不適應(yīng)，需要給機(jī)器人提速。
然而提速遠(yuǎn)沒有那么簡單。如果在原先預(yù)置的軌道上，把機(jī)器人移動速度提高到90厘米/秒左右，機(jī)器人回傳的VR視頻會因為地面不平整形成震顫。“智慧隧道”攻關(guān)小組為了配合“高速模式”下運行的機(jī)器人，取消了預(yù)埋軌道式的巡航方式，并先后4次到現(xiàn)場勘測路面參數(shù)，找到了一條地面最平整的通道。小組成員在機(jī)器人四周安裝了兩組紅外激光發(fā)射器，通過光束反射保證機(jī)器人可以精準(zhǔn)避障。
今年春節(jié)前夕，這臺5G+VR機(jī)器人再次駛出充電玻璃房，首次完整完成湘湖隧道巡檢測試，還幫運維人員發(fā)現(xiàn)了一個細(xì)微的管廊內(nèi)壁滲水隱患。目前，它已經(jīng)巡檢隧道超過60千米，留下了7448張照片。
眼下，“智慧隧道”攻關(guān)小組仍在對這臺機(jī)器人開展深度開發(fā)，為機(jī)器人植入了計算機(jī)處理芯片，以便實現(xiàn)隧道電纜數(shù)據(jù)就地采集、就地判斷、就地處理，7×24小時向隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)后臺推送各類告警信息，讓它起到電纜“運維員”隧道和“駐點值守員”的雙重作用。相關(guān)研究成果有望在2022年前推廣應(yīng)用至其他電纜隧道和綜合管廊。
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