智能机器人巡检方案

项目概述

行业背景

管道系统是市政给排水、油气输送、化工工艺等领域的核心基础设施，其安全稳定运行直接关乎居民生活、生产效率与公共安全。随着城市化与工业规模持续扩张，管道网络愈发庞大复杂（如城市地下综合管廊、长距离输水管线），对巡检的 “高效、精准、安全” 要求显著提升。

传统人工巡检因覆盖范围有限、缺陷识别精度不足、人员安全风险高等短板，已难以适配现代管道运维需求 —— 漏检隐患易引发泄漏、塌陷等事故，且人工模式无法支撑管道全生命周期的数字化、智能化管理。在此背景下，行业迫切需要向 “智能巡检技术（如管道机器人、智能检测装备）” 转型，以实现更高效的全流程运维与预测性维护。

政策驱动

战略规划引领方向：以《“十四五” 全国城市基础设施建设规划》《关于推进新型城市基础设施建设打造韧性城市的意见》为核心，明确市政管道 “补短板、智能化、强韧性” 目标，要求统筹供水、排水、燃气等管网布局，建立地下管网 “一张图” 智慧管控体系。《城镇排水与污水处理条例》等法规提供法制保障，强制推进雨污分流等源头改造。

专项行动精准破题：通过城镇污水处理提质增效三年行动、“十四五” 城市排水防涝体系建设行动计划等专项部署，聚焦管网混接改造、老化更新、破损修复等关键任务，明确 “1-2 年功能普查、5-10 年结构普查” 等运维要求。2024 年《关于加强城市生活污水管网建设和运行维护的通知》进一步强化长效运维机制建设。

技术升级明确导向：政策鼓励智慧化改造，要求新建管网同步配套物联监测设备，老旧管网逐步实现实时监测与预警；推广绿色管材与先进施工工艺，如聚乙烯管道、水平定向钻敷设技术等。

基础通用标准奠基：国家标准《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008）明确施工资质、材料验收、隐蔽工程管控及验收合格标准，是管网工程的核心技术依据，其强制性条文需严格执行。行业层面依托《城市地下管网管廊及设施建设改造实施方案编制指南》，规范地方项目规划与评估流程。

传统巡检存在的问题

1. 效率低：管道密集、结构复杂，人工徒步覆盖范围有限，巡检周期长，易有“盲区”。
2. 缺陷识别不准：管道内水遮挡，内壁腐蚀、轻微渗漏、结垢等内部缺陷，人工难精准识别，易漏检、误判。
3. 安全风险高：管廊易积聚污水散发的有毒气体（如沼气、硫化氢），存在中毒/窒息风险；地面潮湿易滑倒，空间狭窄易磕碰受伤。
4. 数据管理差：依赖纸质/拍照记录，缺乏标准化量化数据，整合分析难，人工录入还易出错，不利于预测性维护。
5. 技术手段不足：面对隐蔽缺陷（如埋地接口渗漏、内部变形），人工缺专业设备（内窥镜、声呐等），难快速定位根源。
6. 巡检难度大：现场高度不足以支持人站立巡检，易发生磕碰，最低处不超过75cm；长时间巡检易引发身体疾病。

图1现场勘测图

系统方案

整体方案布局设计

设计采用轮式巡检机器人与AI云台相机结合，机身搭载六轴机械臂，机械臂末端衔接天线，在管道区内使用轮式巡检机器人巡检，机器人顶上采用AI云台相机固定安装，对管道的标签、法兰处泄漏等进行监测。

巡检机器人巡检路线

图2 机器人巡检路线示意图

巡检机器人作业方式

图 3 巡检流程图

巡检机器人在巡检路径中达到指定标签处，机器人通过伸缩六轴机械臂，寻找合适的角度，将机械臂末端搭载的天线正对图中红圈的标签（漏水检测贴）位置，距离间隔不超过2m，停留3-5s即可完成检测；待一次检测完成后机器人自动运行至下一点位重复上述操作，直至单次巡检完毕，机器人返回充电房进行自主充电。

智慧巡检架构设计

智能巡检机器人系统为网络分布式架构，整体分为三层，分别为后台层、通讯层和终端层。终端层轮式机器人、AI云台相机、机箱和天线构成，通讯层由网络交换机、通讯线缆等设备组成，负责建立基站层与智能终端层的网络通道；后台包括服务器、后台软件、显示屏等设备。

图4 系统架构图

机器人介绍

轮式机器人采用自主设计，机器人融合完善的数据训练模型、全自研的导航模块，可视化的远程 实时监控和控制等技术，可实现无人值守场景下的数据采集、 状态识别、信息集成等功能。

轮式机器人需有10KG的负重能力，机械臂末端预留天线安装相关接口，机身预留放置机箱的空间。

天线安装位置

图5 机器人图片

机器人参数

尺寸（长宽高）	780*467*675mm
设备重量	≤100KG
制动距离	最大速度时小于100mm
最小转弯半径	455mm
最大爬坡角度	30°
驱动方式	4轮4驱
运行环境	温度：-25℃～60℃ 湿度5%～95%
工作电压	DC48V
供电方式	无线充电\手动充电
通讯方式	4G/5G/WIFI
涉水深度	6.5cm
巡检方式	自动、人工
越障能力	5.5cm
行走速度	1m/s
激光雷达	16线激光雷达
导航方式	BDS+INS+SLAM融合
导航定位精度	±2mm
保护功能	自检功能、防碰撞功能（紧急避障）
电池容量	54.6AH
防护等级	IP54
续航时间	6-8小时
充电效率	2.5小时充满80%
重复定位误差	≤5mm

机械臂参数

自由度	6
最大工作半径（mm）	886.5
负载（kg）	5kg
重复定位精度（mm）	±0.1
工具速度(m/s)	≤2.8
平均功率（W）	200
安装方式	任意角度
防护等级	IP54

系统功能

视频监控

机器人搭载的视频成像系统包含热成像相机、高清可见光相机、高精度云台。

云台水平方向具备360°连续转动能力，垂直方向具备±90°转动能力，同时配合相机变焦，可有效保证对室内轮式智能巡检机器人30米内各方向现场细节进行有效监控；同时云台自带减震装置，在室内轮式智能巡检机器人运行过程中可减小振动，配合一体化防抖相机机芯，大大提高视频观测稳定度和可观测性；云台安装在室内轮式智能巡检机器人底部，云台内可搭载可见光相机和红外热成像相机。

同时，该可见光一体化机芯具备防抖动功能，对振动有明显抑制作用。

图6 机器人视觉识别示意图

AI算法识别

公司拥有自主知识产权的AI算法系统，基于模拟人类视觉原理—卷积神经网络（CNN),利用机器学习和图像识别技术，对定点摄像头采集的数据进行分析，识别异常（如仪表读数超标）。根据AI分析结果，生成报警信息，并通过多种方式通知相关人员。

图7 AI图像识别算法示意图

法兰泄漏识别

机器人配备高清摄像头捕捉仪表图像，系统通过图像识别技术识别法兰泄露等问题，识别准确率＞95%，系统能够自动识别并记录数值。

识别的图像情况实时存储在本地数据库，确保数据安全性和可追溯性。

图8 仪表识别示意图

自主巡检

(1)全自主例行巡检

例行巡检是智能巡检机器人日常运维工作中最常见的应用模式。机器人搭载高清摄像机、红外热成像仪、气体传感器等多种检测设备和检测手段，通过对设备的外观检查、温度诊断等工作，并对园区内的整体运行环境状态进行实时监测。并将巡检数据自动保存到系统后台，生成检测分析报告。

对比传统的人工例行巡检，机器人巡检不受高温、噪声等恶劣环境的影响，具有巡检频次高、巡检内容全面、工作量低、安全性可靠高的优势。

图9 自主巡检后台

(2)人工遥控巡检

除机器人自动进行例行巡检外，还可以通过人工遥控巡检的方式对机器人进行实时遥控。该项应用模式适用于运维人员以及管理单位需要对某类设备的状态进行锁定与监测，尤其对于在机器人自主巡检过程中如检测到设备、环境状态异常并向运维人员告警时，运维人员可以在第一时间调用机器人快速到达设备现场位置，及时对现场设备进行查看并核实报警信息，以便迅速制定响应策略。

运维人员对机器人的遥控操作具有最大的操作优先级。系统进入遥控巡检模式后，机器人将中止正在执行的其他任务，按人工遥控指令实现机器人在可调速度下的前进、后退，云台的全方位旋转以及双视摄像机的镜头变倍调节，可保证系统在第一时间到达指定位置，获取设备与环境的状态数据与可视图像，提供后台进行决策指挥。

图10 手动控制区域

与站内其它监控系统联动

智能巡检机器人系统提供与站内监控系统和信息一体化平台接口，能够实现与监控系统的协同联动，在设备操控和事故处理时，通过最优路径规划自动移至目标位置，实时显示被操作对象的图像信息，进一步保证整个过程的可靠实施，减轻工作人员劳动强度。

系统具备可扩展性，开放API接口，便于与其他管理系统对接，可接入其它业务系统并实现数据传输和系统联动，系统能够提供多种接口或工具，以便集成不同来源的工程信息，提供强大的数据采集和集成能力，工业标准支持OPC、BACNet、Modbus等协议；HTTP信息化接口支持Web API、WebService、XMPP等协议；物联网即时通讯协议支持MQTT等协议；数据库接口支持ODBC等标准。

异常检测与报警

机器人后台系统对传感器数据和仪表读数进行实时分析。系统通过预设的阈值和算法，识别异常情况，如气体泄漏、温度异常、压力超标等。

当系统检测到异常情况时，会自动生成报警信息。报警信息包括异常类型、发生位置、时间等详细信息，确保相关人员能够快速响应。

安全防撞功能

机器人前后装有超声波雷达，根据超声反射现象，内置微处理器采用中断方式完成测距计算，得到高精度测距结果，具有较高的实时响应能力，具备2.5米远的障碍物探测能力。在机器人运行过程中能够及时发现障碍物并做出相应动作。运行过程中，一旦发现前进方向2.5米内有障碍物即进行跟踪并发出警告，当障碍物进入0.5米范围内时则立即停车并告警，同时，配合结构上的柔性保护装置，以保障财产和人身安全。

数据存储与报告

(1)数据存储

本地存储：所有巡检数据和视频监控数据都存储本地，确保数据的安全性和可靠性。存储系统具有高安全性和可靠性，支持数据的长期保存和随时访问。

历史数据查询：系统支持历史数据查询，管理人员可以随时调取历史数据，进行分析和回溯。历史数据的分析有助于发现长期趋势和潜在问题，提升管理效率。

(2)巡检报告

定期报告生成：系统自动定期生成巡检报告，报告内容包括设备的运行状况、环境参数、异常情况和处理结果。巡检报告可以按日、周、月生成，满足不同管理需求。

图11 报表统计图

自我诊断与维护

机器人系统配备自我诊断与维护功能，能够及时发现和解决自身故障，保证系统的长期稳定运行。

通过内置传感器和诊断算法，实时监测机器人各部件的运行状态，及时发现潜在故障。一旦检测到故障，系统会立即发出报警，通知操作员进行检查和维护。部分故障可以通过系统自我调整和维护功能自动修复，减少停机时间和维护成本。

无线充电

整套系统采用无线充电方式，无需在对应用区域进行二次施工，可进行非接触式无触点充电，无电火花产生，可以工作在具有易燃易爆气体和粉尘环境中，充电过程中无需精准对准充电位置，允许一定范围的位置误差，无需人工插拔电线，实现真正的无人值守。

图12 无线充电示意图

建设参考标准

• GB50016-2014 建筑设计防火规范
• GB 4798.4-90 电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用
• GB 2423.10-89 电工电子产品基本环境试验规程
• GB/T12642-2001 工业巡检机器人性能规范及其试验方法
• GB/T14284-1993 工业巡检机器人通用技术条件
• GB/T4064-1983 电气设备安全设计导则
• DL/T 664-2008 带电设备红外诊断应用规范
• GB 4208-2008 外壳防护等级（IP 代码）
• GB11291-1997 工业机器人安全规范
• GB/T7353-1999 工业自动化仪表盘、柜、台、箱
• GB/T5226.1-1996 工业机械电气设备第1部分:通用技术条
• GB/T16855.1-1997 机械安全控制系统有关安全部件
• GB16754-1997 机械安全急停设计原则。
• GB/T2423.10—1995 电工电子产品基本环境试验规程
• JB/T8896－1999 工业机器人验收规则
• GB-T2423[1].1-2001电工电子产品环境试验
• GB/T16855.1-1997 机械安全控制系统有关安全部件
• GB16754-1997 机械安全急停设计原则

效益分析

经济效益

1. 直接成本优化

以智能设备（管道机器人、数字化监测系统）替代人工巡检，减少重复性人力投入（如某城市管廊应用智能巡检后，年人工成本下降 40%），且智能装备可长期稳定作业，降低单位里程 / 时长的巡检运维成本。

1. 间接损失规避

通过高精度检测提前预判腐蚀、渗漏等隐患，避免管道破裂引发的抢修费、停产损失（如工厂因供水中断的生产停滞）、赔偿费及环境修复费（如油气泄漏爆炸的巨额损失）。数据显示，智能巡检可使管道事故的经济损失降低 50% 以上。

1. 产业协同增长

推动智能检测装备制造、大数据运维服务等关联产业发展，创造新的就业岗位与经济增长点，形成 “管道运维需求 — 智能产业创新” 的联动效益。

安全效益

（1）作业人员安全

让巡检人员远离有毒气体（如污水管沼气、化工管道有害介质）、高空 / 狭窄空间等高危场景，从源头降低中毒、坠落、机械伤害等风险，保障一线人员生命安全。

（2）管道设施安全

借助内窥镜、声呐、红外检测等技术，精准捕捉管壁细微缺陷（如 0.1mm 裂纹、局部腐蚀），将泄漏、爆炸、路面塌陷等事故遏制在萌芽阶段，大幅提升管道系统的本质安全水平。

管理效益

（1）数据数字化与可视化管理

所有巡检数据自动归档，形成可溯源的“数字巡检档案”；

支持报表自动生成、趋势分析、设备风险等级分类。

（2）辅助决策能力增强

通过数据建模与AI算法分析趋势，可预测泄漏趋势、设备老化周期，支持运维管理精细化；

为安全管理、设备改造等提供依据。

（3）智能预警联动机制建立

多维传感与平台联动，构建事前感知、事中控制、事后追溯的智能安全管理闭环。

社会效益

（1）提升企业安全形象

展示先进的智能化安全管理水平，有助于获得政府、合作方及公众认可；

加分项有助于通过应急、环保等各类检查和评估。

（2）助力绿色制造与智能制造

项目应用符合国家“绿色低碳+智能升级”的发展战略，有利于争取政策资金与智能制造试点项目支持。

（3）减少职业健康风险

有效规避因长期暴露于有毒有害环境中引起的职业病、误操作、突发中毒事件。

长期可持续效益

（1）平台可拓展，利于后期扩展

系统平台支持接入更多类型机器人（如消防机器人、轨道巡检机器人）与摄像头、传感器；

满足厂区整体“无人值守、智能巡检”长期发展目标。

（2）支持双碳目标

减少人为出入、误操作和低效重复工作，有效节能降耗，助力企业碳排放管理。

（3）推动企业信息化、智能化升级

以点带面，推动煤化工企业信息化与工业互联网融合发展，为构建智慧化工厂打下基础。