一种智能巡检方法及巡检系统与流程

本发明及智能巡检技术领域，具体为一种智能巡检方法及巡检系统。

背景技术：

城市轨道交通对城市发展起着重要的带动作用，而城市发展对城市轨道交通安全可靠、高效集约、网络化、智能化的发展也提出了越来越高的要求。如何在保障城市轨道交通系统安全可靠运营的基础上最大限度地降低维修成本，提升城市轨道交通设备智能化管理水平，成为轨道交通行业广泛关注和研究的热点。而对城市轨道相关设备进行定期巡检、维护，是提升城市轨道交通设备智能化管理水平的前期关键环节。

目前的巡检模式主要有三种，一为传统人工巡检，二为pda巡检，三为手持智能终端清单记录巡检模式。

传统的人工巡检采取的定时现场巡检，并使用纸质记录巡检结果，这种形式使得管理人员无法核实巡检人员是否按时、按标准对设施、设备或系统的进行巡检；并且管理人员需要对上报的纸质巡检报告进行查阅、整理和分析，导致难以迅速、全面了解设施、设备或系统的状况从而及时处理问题；管理人员对巡检人员的工作无法进行客观标准的量化考核；巡检人员面对众多的设备，极可能造成误检、漏检的情况，甚至造成甚至不检而直接记录的现象，发生运维巡检效率和质量都受到极大影响。另外，传统的人工巡检工作量大，工作效率较低，成本较高。

通过pda和智能终端虽然一定程度上提高了巡检效率，但是仍然主要以人的自主控制进行巡检，人力也没有得到解放。同时，现有的智能巡检没有充分发挥智能设备和人员各自所长，智能设备巡检实时性好、效率较高但是相对于人员巡检可靠性、灵活性较差；人员巡检实时性差、效率相对较低，但是具有较高主观能动性，可以弥补智能终端的不足。因此，亟待设计一种智能巡检方法及巡检系统，以更加系统、全面、及时、细化地对城市轨道交通现场设备进行巡检。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种智能巡检方法及巡检系统，以解决上述背景技术中提到的现有巡检系统的不足。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下技术方案：

一种智能巡检方法，包括以下步骤：

建立现场巡检的任务列表，所述任务列表包括现场设备的内部巡检数据、外部巡检数据和人员巡检数据，以及所述内部巡检数据、外部巡检数据和人员巡检数据对应的风险阈值、风险级别权重；

运维服务器基于所述任务列表下达巡检任务，通过现场静态采集单元实时采集设备内部巡检数据，通过机器人动态巡检单元动态采集设备外部巡检数据，通过人员手持人员巡检终端采集人员巡检数据，并上传运维服务器；

运维服务器将采集的所述内部巡检数据、外部巡检数据和人员巡检数据根据所述任务列表自动评价风险值，并基于所述风险值、风险级别权重计算各个设备的综合风险值；

将所述综合风险值按照排序算法排序，得出综合风险值较大的前n个高风险点，n≤3，将所述高风险点的设备设置为重点运维检修对象，同时向远程监控中心和人员巡检终端发送运维指令。

优选的，所述内部巡检数据至少包括设备运行的电压、电流、功率、温度和开关量数据，所述外部巡检数据至少包括设备的位置数据、环境数据、布线数据、整体图像数据，所述人员巡检数据至少为设备各个模块的位置数据、连接数据、局部图像数据、身份数据。

优选的，所述风险级别权重依据如下原则分大小：中心控制设备/模块＞周边外围设备/模块，前端设备/模块＞后端设备/模块，串接设备/模块＞并接设备/模块，供能设备/模块＞用能设备/模块，无备用设备/模块＞有备用设备/模块，同功能新式设备/模块＞同功能老式设备/模块；且同一功能系统的各个设备的权重之和为1，同一设备的各个模块的权重之和为1。

优选的，所述运维服务器将采集的所述内部巡检数据、外部巡检数据和人员巡检数据根据所述任务列表自动评价风险值，具体为：

风险值＝修正参数k*(|标准数据值a-所采集的数据值b|)/标准数据值,修正参数k≥100。

优选的，当现场设备出现故障，现场静态采集单元自动进行故障保护，并现场和远程报警；所述故障保护包括自动切换备用设备/模块、暂停设备/模块工作、或者关闭故障设备/模块。

本发明还提供一种智能巡检系统，包括中央处理单元、运维管理服务器、现场静态采集单元、机器人动态巡检单元、无线通讯单元、人员巡检终端，所述中央处理单元与运维管理服务器、现场静态采集单元、无线通讯单元电连接，所述机器人动态巡检单元通过第一无线通讯模块与无线通讯单元通信连接，所述人员巡检终端通过第二无线通讯模块与无线通讯单元通信连接，所述中央处理单元通过第三无线通讯模块与远程监控中心通信连接。

优选的，所述机器人动态巡检单元包括第一处理器和与所述第一处理器电连接的红外热像模块、第一传感器单元、第一rfid模块、气囊保护模块、行走控制模块、第一无线通讯模块、角度控制模块、辅助照明模块、第一位置定位模块、角度检测模块、避障模块。

优选的，所述人员巡检终端包括第二处理器和与所述第二处理器电连接的图像传感器、第二rfid模块、指纹识别模块、第二位置定位模块、触摸屏模块、数据存储模块、第二无线通讯模块；所述现场静态采集单元包括第三处理器和与所述第三处理器电连接的第二传感器单元、故障保护模块、运行参数采集模块、现场报警模块、现场通讯模块、rfid标签。

优选的，所述第一传感器单元至少包括光线传感器、温湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器、热释电红外传感器、声音传感器、摄像头。

优选的，所述第二传感器单元至少包括电压采集器、电流互感器、功率计、温度传感器、位移传感器、振动传感器。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明通过现场静态采集单元、机器人动态巡检单元、人员巡检终端等多种进行相互配合巡检，结合了现场静态采集单元的实时性、高效性，机器人动态巡检单元的快捷性、智能化，以及人员巡检的可靠性、全面性，既减轻了人工巡检的劳动量，也实现了巡检的系统、全面、及时、细化；

2、本发明建立现场巡检的任务列表，任务列表基于现场静态采集单元、机器人动态巡检单元、人员巡检终端的各自优势和实际下达巡检任务，任务列表同时包括设备各个巡检数据对应的风险阈值、风险级别权重，最后根据风险阈值、风险级别权重计算综合风险值，根据综合风险值排序高低下达最终的运维指令。任务列表的建立使得巡检有章可循，具有系统性，避免遗漏；巡检任务结合实际下发，具有针对性，提高了巡检效率；对于巡检数据的处理分重点，有利于解决主要巡检隐患，避免故障发生。

3、本发明通过在现场静态采集单元设置故障保护模块、现场报警模块，弥补有些情况下完全靠巡检数据的预测不能够完全避免故障的不足，当设备故障，可以通过切换正常设备运行，或者暂停、切断一些设备，避免损失加大。

附图说明

图1为本发明的为智能巡检方法流程图；

图2为本发明智能巡检系统原理框图；

图3为本发明智能巡检系统的机器人动态巡检单元原理框图；

图4为本发明智能巡检系统的人员巡检终端原理框图；

图5为本发明智能巡检系统的现场静态采集单元原理框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

如图1所示，一种智能巡检方法，包括以下步骤：

s1、建立现场巡检的任务列表，任务列表包括现场设备的内部巡检数据、外部巡检数据和人员巡检数据，以及内部巡检数据、外部巡检数据和人员巡检数据对应的风险阈值、风险级别权重；

s2、运维服务器基于任务列表下达巡检任务，通过现场静态采集单元实时采集设备内部巡检数据，通过机器人动态巡检单元动态采集设备外部巡检数据，通过人员手持人员巡检终端采集人员巡检数据，并上传运维服务器；

s3、运维服务器将采集的内部巡检数据、外部巡检数据和人员巡检数据根据任务列表自动评价风险值，并基于风险值、风险级别权重计算各个设备的综合风险值；

s4、将综合风险值按照排序算法排序，得出综合风险值较大的前n个高风险点，n≤3，将高风险点的设备设置为重点运维检修对象，同时向远程监控中心和人员巡检终端发送运维指令。

其中，内部巡检数据至少包括设备运行的电压、电流、功率、温度和开关量数据，这些内部巡检数据通过设备内集成的电压采集器、电流互感器、功率计、温度传感器自动采集，开关量数据如继电器的开合、控制节点电平值的高低，采集的数据经过处理器处理后，通过串行通讯模块(比如rs232、rs485模块)发送到中央处理单元(为现场工业计算机或者plc控制器)处理，最终发送到运维管理服务器。因为上述内部巡检数据都是设备内部模块、元件的运行参数值，因此不适宜动态采集，适宜通过集成在设备上的现场静态采集单元进行实时采集。

外部巡检数据至少包括设备的位置数据、环境数据、布线数据、整体图像数据；这些数据为设备“宏观”的数据，比如设备的摆放位置、怎样走线接线、周围环境，这些数据也影响着是否正常运行。这些数据采集的范围比较大，但是相对“粗”一点，因此通过机器人动态巡检单元动态巡检，机器人上设置了诸如光线传感器、温湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器、热释电红外传感器、声音传感器、摄像头，可以采集这些数据通过第一无线通讯模块(4g/5g模块)发送到无线通讯单元(4g/5g模块或者4g/5gdtu)，无线通讯单元发送到中央处理单元(为现场工业计算机或者plc控制器)处理，最终发送到运维管理服务器。

人员巡检数据至少为设备各个模块的位置数据、连接数据、局部图像数据、身份数据。这些数据是相对位置比较狭小或者难以被智能设备自动采集的数据，比如设备机箱内某个电路板的位置以及连接可靠性，设备内电线的外皮颜色，设备的铭牌。通过人员巡检，可以弥补上述通过机器人和手持终端巡检的遗漏部分。

其中，风险级别权重依据如下原则分大小：中心控制设备/模块＞周边外围设备/模块，前端设备/模块＞后端设备/模块，串接设备/模块＞并接设备/模块，供能设备/模块＞用能设备/模块，无备用设备/模块＞有备用设备/模块，同功能新式设备/模块＞同功能老式设备/模块；且同一功能系统的各个设备的权重之和为1，同一设备的各个模块的权重之和为1。根据这一原则分权重大小，是因为同一功能系统的各个设备或者同一设备的各个模块所处的位置和所起的作用重要性不同。比如，某个设备的控制器(中心器件)如果出现故障，那么整台设备就故障，而控制器外围的器件故障，可能导致局部功能丧失，其余功能仍然继续。如果某个设备或者模块处于前端，其故障后后端的设备将全部故障，但是如果末端设备出现故障，往往还能使得一些前端设备发挥作用。其余权重划分原则原理类似。至于权重的划分值，且同一功能系统的各个设备的权重之和为1，同一设备的各个模块的权重之和为1，比如某个设备有a、b、c、d、e五个模块，a为核心模块，b、c、d、e为外围模块，且b、c相互串联，d、e相互并联，那么权重值可以定为：a为0.5，b、c分别为0.2，d、e分别为0.05。

其中，运维服务器将采集的内部巡检数据、外部巡检数据和人员巡检数据根据任务列表自动评价风险值，具体为：

风险值＝修正参数k*(|标准数据值a-所采集的数据值b|)/标准数据值,修正参数k≥100。比如，设备运行电压标准值为220v，而采集的实际运行数值为240v，那么风险值＝100*(|220-240|)/220≈9，其中此时k为100，是因为将(|220-240|)/220的数值变为整数便于计算。如果设备运行温度标准值为40摄氏度，但是实际采集数值为45，风险值＝100*(|40-45|)/40＝12.5。

最后，基于风险值、风险级别权重计算各个设备的综合风险值，比如一个设备有a、b、c、d、e五个模块，按照本发明的权重原则定义为：a为0.5，b、c分别为0.2，d、e分别为0.05。如果按照上述运维服务器将采集的内部巡检数据、外部巡检数据和人员巡检数据根据任务列表自动评价得出的风险值，分别为：a为10、b为11、c为8、d为20、e为15。那么其综合风险值为：0.5*10+0.2*11+0.2*8+0.05*20+0.05*15。按照此方法计算其他设备的综合风险值，最后将综合风险值按照排序算法排序，得出综合风险值较大的前n个高风险点，n≤3，将高级别风险点的设备设置为重点运维检修对象，同时向远程监控中心和人员巡检终端发送运维指令。如果需要计算某个功能系统的综合风险值，那么只需要按照上述原理计算出功能系统内的各个设备的风险值、风险级别权重，最后加权得出结果，并排序下达运维指令。

另外，当现场设备出现故障，现场静态采集单元自动进行故障保护，并现场和远程报警；故障保护包括自动切换备用设备/模块、暂停设备/模块工作、或者关闭故障设备/模块。因为巡检时为了检测设备运行情况，排查隐患，预测设备可能存在的问题。但是，有些情况下完全靠巡检数据的预测是不能够完全避免故障的，有些故障存在突然性，因此需要在巡检的基础上，现场静态采集单元还需要有故障保护功能。当设备故障，可以通过切换正常设备运行，或者暂停、切断一些设备，避免损失加大。

实施例2

如图2所示，本发明还提供一种智能巡检系统，包括中央处理单元、运维管理服务器、现场静态采集单元、机器人动态巡检单元、无线通讯单元、人员巡检终端，中央处理单元与运维管理服务器、现场静态采集单元、无线通讯单元电连接，机器人动态巡检单元通过第一无线通讯模块与无线通讯单元通信连接，人员巡检终端通过第二无线通讯模块与无线通讯单元通信连接，中央处理单元通过通过第三无线通讯模块与远程监控中心通信连接。

如图3所示，机器人动态巡检单元包括第一处理器和与第一处理器电连接的红外热像模块、第一传感器单元、第一rfid模块、气囊保护模块、行走控制模块、第一无线通讯模块、角度控制模块、辅助照明模块、第一位置定位模块、角度检测模块、避障模块。其中，第一处理器为单片机处理器或者arm处理器；第一传感器单元至少包括光线传感器、温湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器、热释电红外传感器、声音传感器、摄像头，实现机器人对各种巡检信息的检测；第一rfid模块用于通过rfid识别技术自动采集设备上的rfid信息，比如设备的厂家信息、型号、名称、运行参数等；气囊保护模块可以在机器人摔倒时立即充气起到防护作用，其原理如汽车气囊；行走控制模块为行走轮或者万向轮，控制机器人向各个方向行进巡检；第一无线通讯模块为4g/5g模块，实现与中央处理单元无线数据通讯；角度控制模块比如舵机、伺服电机，控制机器人的腿部、手臂变换角度；辅助照明模块可以辅助机器人在黑暗环境下巡检；第一位置定位模块为slam模块，用于定位机器人巡检位置，其原理是机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动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；角度检测模块为倾角传感器，检测机器人当前体态；避障模块为超声波传感器，检测机器人行进方向是否有障碍物，避免其摔倒。

如图4、5所示，人员巡检终端包括第二处理器和与第二处理器电连接的图像传感器、第二rfid模块、指纹识别模块、第二位置定位模块、触摸屏模块、数据存储模块、第二无线通讯模块；第二处理器为单片机处理器或者arm处理器；第二rfid模块用于通过rfid识别技术自动采集设备上的rfid信息，比如设备的厂家信息、型号、名称、运行参数等，尤其是一些机器人难以到达的位置，比如设备内部模块的rfid信息；指纹识别模块用于录入巡检人员指纹，以实现绑定巡检人员身份信息等，便于巡检数据管理；第二位置定位模块为slam模块，用于定位巡检人员巡检位置，其原理上述已经介绍，不再赘述；触摸屏模块用于巡检人员与终端的交互；数据存储模块用于存储手持终端的巡检信息；第二无线通讯模块为4g/5g模块，实现与中央处理单元无线数据通讯；

现场静态采集单元包括第三处理器和与第三处理器电连接的第二传感器单元、故障保护模块、运行参数采集模块、现场报警模块、现场通讯模块、rfid标签。其中，第二传感器单元至少包括电压采集器、电流互感器、功率计、温度传感器、位移传感器、振动传感器，用于采集设备内部数据。第三处理器为单片机处理器或者arm处理器；故障保护模块为电子切换开关、继电器、保险、空气开关等，用于设备故障时的自动保护；运行参数采集模块即电压采集器、电流互感器、功率计、温度传感器等；现场报警模块为蜂鸣器或者喇叭，用于故障现场报警；现场通讯模块为485或者232等串行通讯模块。

上述系统的设置正是为了实现实施例1所述的巡检方法，其原理不再赘述。

综上，本发明通过现场静态采集单元、机器人动态巡检单元、人员巡检终端等多种进行相互配合巡检，结合了现场静态采集单元的实时性、高效性，机器人动态巡检单元的快捷性、智能化，以及人员巡检的可靠性、全面性，既减轻了人工巡检的劳动量，也实现了巡检的系统、全面、及时、细化；

其次，建立现场巡检的任务列表，任务列表基于现场静态采集单元、机器人动态巡检单元、人员巡检终端的各自优势和实际下达巡检任务，任务列表同时包括设备各个巡检数据对应的风险阈值、风险级别权重，最后根据风险阈值、风险级别权重计算综合风险值，根据综合风险值排序高低下达最终的运维指令。任务列表的建立使得巡检有章可循，具有系统性，避免遗漏；巡检任务结合实际下发，具有针对性，提高了巡检效率；对于巡检数据的处理分重点，有利于解决主要巡检隐患，避免故障发生。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。