基于5G技術(shù)的自動駕駛技術(shù)在凈化廠無人巡檢模式中的應(yīng)用探索

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 基于5G技術(shù)的自動駕駛技術(shù)在凈化廠無人巡檢模式中的應(yīng)用探索 牛旻 王滔 何楊 黃騫 楊海波 【關(guān)鍵詞】自然氣凈化;無人巡檢;自動駕駛;5G 自然氣凈化是自然氣產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一環(huán)，屬于能源行業(yè)和流程行業(yè)。對自然氣凈化廠日常管理工作而言，安全生產(chǎn)是最重要的事情，巡檢工作是十分必要且不可少的一項基本工作，是保證自然氣廠區(qū)的凈化裝置、管線安全平穩(wěn)運行和周邊人員工作安全的前沿防線。它能及時發(fā)現(xiàn)自然氣凈化裝置存在的隱患或異常，并聯(lián)動相關(guān)人員進行快速處置，可以使突發(fā)事故事件的可能性降到最低。同時還能減少事故發(fā)生后的搶修工作量，有利于降低整體搶維修本金，保證凈化裝置處于良

2、好運行狀態(tài)，在提高自然氣凈化設(shè)備可用率的同時，避免由于發(fā)現(xiàn)不及時導(dǎo)致的凈化裝置停車等生產(chǎn)安全事故所帶來的負面影響。所以，急需一種基于無線通信技術(shù)的無人自動巡檢技術(shù)應(yīng)用于自然氣凈化生產(chǎn)的安全管理業(yè)務(wù)。隨著公司“十四五產(chǎn)能的持續(xù)穩(wěn)步提升，自然氣凈化分廠數(shù)量將有所增加。處理量也會不斷加大，特別是高含硫自然氣的處理量在逐步增加;在未來減員增效的整體形勢下，依靠傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式已經(jīng)難以支撐分公司及總廠的生產(chǎn)目標和戰(zhàn)略發(fā)展，急需借助先進的數(shù)字化、智能化技術(shù)，大力推進基于5G通信技術(shù)的無人值守和無人巡檢模式，保證安全生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)、高效生產(chǎn)。 （一）現(xiàn)有巡檢方式 自然氣凈化廠工藝區(qū)主要包括過濾分開裝置、脫

3、硫裝置、脫水裝置、硫磺回收裝置、尾氣處理裝置、硫磺成型裝置、火炬及放空系統(tǒng)、污水處理裝置、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐供熱系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)、空氣氮氣系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)等功能裝置。在自然氣凈化廠，巡檢是指在規(guī)定時間內(nèi)依照規(guī)定頻次對廠區(qū)內(nèi)的工藝裝置、工藝參數(shù)進行現(xiàn)場檢查并比對核實，對各類機械設(shè)備（靜設(shè)備、動設(shè)備、壓力管道等）、電氣設(shè)備（電機、配電設(shè)備、供電線路等）、自動操縱儀表以及基建設(shè)施的工作狀況和完好性進行目視查看或借助設(shè)備、儀器、工具進行現(xiàn)場簡單診斷，以確認其可靠性和完好性。 目前，自然氣凈化廠巡檢模式仍采用傳統(tǒng)的人工巡檢方式，巡檢頻率為每兩小時巡檢一次，通過手動掛牌設(shè)置標記方式來表達巡檢工作的完成狀

4、況，從而督促員工及時巡檢，確保巡檢質(zhì)量，同時也便于對巡檢工作的監(jiān)視檢查。以川中某大型凈化廠為例，裝置區(qū)內(nèi)設(shè)有若干巡檢點，在每個巡檢點都設(shè)置有巡檢點位;巡檢人員依照規(guī)定時間和規(guī)定線路依次到達指定巡檢點位對設(shè)備設(shè)施和管線進行人工檢查;當巡檢人員按時到達巡檢點位時，按規(guī)范要求檢查巡檢項，并打卡完成巡檢任務(wù)。巡檢人員基本依靠電瓶車進行現(xiàn)場巡檢，該廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有值班電瓶車21臺，依照巡檢要求，7個巡檢組每兩小時巡檢一次，年出車量近4萬趟次。 （二）現(xiàn)有巡檢模式的弊端 雖然現(xiàn)有人工巡檢模式在保障自然氣凈化廠生產(chǎn)和安全方面發(fā)揮了重要作用，但這種工作方式仍存在多項弊端： 1.員工巡檢內(nèi)容多，工作量大，長時間且周期

5、性的重復(fù)性工作易使員工的工作效率和工作質(zhì)量降低。 2.由于自然氣凈化廠具有有毒有害、高溫高壓、易燃易爆等特點，生產(chǎn)操作環(huán)境危險，工作人員的生命安全存在較大隱患，現(xiàn)場巡檢時，工作人員不能夠長期高頻率地暴露在危險環(huán)境中。 3.現(xiàn)有人工巡檢的工作質(zhì)量受外部理由影響較大，包括天氣和環(huán)境因素等，特別是夜間和雷雨天氣;受人為因素影響也對比大，巡檢質(zhì)量與巡檢人員的業(yè)務(wù)水平、工作閱歷、態(tài)度、責(zé)任心和精神狀態(tài)有密切關(guān)系，不能完全保障巡檢質(zhì)量和巡檢效率。 4.巡檢內(nèi)容多、巡檢頻次高，每組兩人，每次一組，電瓶車使用頻率高，且占用人力資源也較高，整體工作效率低。 （三）需求分析 1.無人巡檢：對現(xiàn)場巡檢進行無人化建設(shè)

6、，全面使用機器人、無人機等巡檢代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工巡檢方式，最大限度避免人員出現(xiàn)在高危險區(qū)域，特別是高含硫的分廠。通過增設(shè)智能儀表和視頻監(jiān)控手段，通過遠傳智能儀表數(shù)據(jù)分析和視頻監(jiān)控畫面識別分析實現(xiàn)遠程巡檢。 2.無人值守：利用5G技術(shù)、智能傳感器、視頻監(jiān)控、智能圖像識別、智能報警等技術(shù)實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控與操縱，從而取代現(xiàn)場人員實時值守的工作模式。 3.加強生產(chǎn)管控：加強對生產(chǎn)工藝參數(shù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控，以及集成移動監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)控，不僅實現(xiàn)了生產(chǎn)應(yīng)急指揮而且可以對移動生產(chǎn)施工進行安全監(jiān)視。 4.提高能源利用效率：利用智能駕駛和后臺算法，優(yōu)化電瓶車巡檢路線，減少出動次數(shù)，大幅度減少電力能耗，達到減少能源消耗，

7、降低生產(chǎn)本金的目標。 5.生產(chǎn)過程異常預(yù)計預(yù)警：實時監(jiān)控生產(chǎn)全過程，特別是臨時移動性的作業(yè)，自動辨識生產(chǎn)狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)、分析和判斷影響生產(chǎn)狀態(tài)的因素，在異常發(fā)生前進行預(yù)警，最大限度降低事故發(fā)生概率及后果嚴重程度。 近年來，自動駕駛技術(shù)發(fā)展十分迅速，不僅將智能交通變?yōu)楝F(xiàn)實，也將自動駕駛變成了可能。同時，自動駕駛也是當前全球汽車與交通出行領(lǐng)域智能化和網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展的主要方向，其獨特優(yōu)勢將在未來的交通中具有重要的價值。對于工業(yè)企業(yè)特別是封閉式的廠區(qū)。自動駕駛優(yōu)勢，一是提升行駛安全，降低事故率。絕大多數(shù)交通事故是人為因素造成的，特別是對于24小時運行的工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)。自動駕駛車輛依托雷達傳感器和攝像頭來實現(xiàn)

8、對車輛的接納操縱，能夠避免人為因素而導(dǎo)致的操作失誤。二是降本增效。自動駕駛車輛將減少廠區(qū)駕駛員數(shù)量，不需要花費大量人力物力進行駕駛員培訓(xùn)、巡檢和相關(guān)安全管理工作。同時自動駕駛車輛會不斷地監(jiān)控道路狀況，和其他作業(yè)活動互聯(lián)互通，對道路狀況提前預(yù)判，減少剎車、暴力駕駛、不當駕駛的次數(shù)，降低車輛維修頻次和本金。三是全天候自助派車和駕駛，降低車輛調(diào)度工作強度。 5G通信技術(shù)作為新一代移動通信技術(shù)具有高帶寬、低延時的特點，滿足自動駕駛等垂直領(lǐng)域的發(fā)展要求。自動駕駛技術(shù)是未來汽車發(fā)展的主要方向之一，自動駕駛將依靠5G技術(shù)為載體，而5G技術(shù)的成熟也大大提升了自動駕駛技術(shù)的駕駛體驗和安全性，兩者在未來一定是相輔

9、相成的，未來發(fā)展前景也必將更加可觀。 （一）巡檢智能車輛 針對凈化廠的電瓶巡檢車輛，對車輛進行改動，加裝針對業(yè)務(wù)場景的巡檢功能模塊，通過智能車輛的先天優(yōu)勢。為廠區(qū)內(nèi)巡檢工作提供新的終端，實現(xiàn)具有限制條件的無人駕駛（層次3）與全工況無人駕駛（層次4）的功能，降低人工本金，完善監(jiān)測系統(tǒng)。智能車輛技術(shù)架構(gòu)分成以下子系統(tǒng)：環(huán)境感知部分包括車輛狀態(tài)感知（GPS、陀螺儀/電子羅盤、其他車載傳感器），外部目標感知（攝像頭、LiDAR、Radar），車道感知（攝像頭），交通標志感知（攝像頭），駕駛員狀態(tài)感知，來自通信系統(tǒng)的外部目標感知及交通標志感知（DSRC）。模型預(yù)計部分，外部目標的多傳感器觀測的融合與跟蹤

10、，獲得外部目標的運動狀態(tài)（位置、速度、加速度）。態(tài)勢評估部分，根據(jù)外部目標的運動狀態(tài)估計其要挾。操縱決策部分，車輛行為決策與局部路徑規(guī)劃形成車輛駕駛決策。操縱執(zhí)行部分，具體車輛的縱橫向操縱命令序列。業(yè)務(wù)功能模塊部分，毫米波雷達和攝像頭提高目標或障礙物的感知精度，硫化氫的空氣含量的氣體檢測儀，檢測車輛所在區(qū)域聲音分貝的噪音檢測儀。 終端車輛采用分布式結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)中的處理器為域操縱器，通過CAN總線進行連接。域操縱器處理來自激光雷達、GNSS+INS、超聲波傳感器的信息，以應(yīng)對車輛自身狀態(tài)、外部環(huán)境的監(jiān)控;域操縱器再通過CAN總線將命令下發(fā)給執(zhí)行器，執(zhí)行器來負責(zé)對車輛的操縱，以實現(xiàn)障礙物避障、AEB

11、等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各部分功能分派如圖： 在車輛前方布置超聲波傳感器。車輛上方設(shè)置激光雷達、組合導(dǎo)航、GPS天線，車輛后方布置倒車超聲波傳感器，以檢測車輛前后的環(huán)境，車內(nèi)安裝域操縱器進行數(shù)據(jù)處理及下發(fā)操縱指令，以后根據(jù)需求可考慮加裝毫米波雷達或者光學(xué)傳感器，車輛硬件部署如圖： （二）智能巡檢 針對凈化廠的巡檢任務(wù)，基于搭載視頻監(jiān)控，氣體環(huán)境監(jiān)測等智能設(shè)備的巡檢車輛，利用邊緣智能計算系統(tǒng)，對巡檢目標對象進行視頻智能分析識別，實現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)自動識別、設(shè)備狀態(tài)自動檢查、管線跑冒滴漏自動檢查、周邊環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施自動檢查等，將檢測識別結(jié)果上傳至巡檢系統(tǒng)，代替人員現(xiàn)場巡檢。 通過車載的氣體檢測系統(tǒng)，自動監(jiān)測廠

12、區(qū)內(nèi)環(huán)境，推送定位、發(fā)生泄漏的介質(zhì)、泄漏地點和泄漏大小等信息。當應(yīng)急發(fā)生時，無人巡檢車輛駐點進行實時監(jiān)測，主動推送現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)和視頻圖像等相關(guān)信息，實現(xiàn)應(yīng)急指揮“連得通、看得見、叫得應(yīng)。 對于人員移動作業(yè)，搭載視頻監(jiān)控的無人巡檢車輛可以跟隨施工人員進行現(xiàn)場監(jiān)管，避免事故的發(fā)生，同時加強移動信號，對人員進行室外實時定位，保障人員的安全。 （三）無人巡檢管理平臺 無人巡檢管理運維的數(shù)字化，實現(xiàn)巡檢車輛管理與巡檢任務(wù)系統(tǒng)的集成。通過算法優(yōu)化巡檢車輛的出動線路規(guī)劃，以及完成報表的自動生成，并實現(xiàn)車載搭載的各類智能設(shè)備的數(shù)據(jù)回傳并關(guān)聯(lián)到工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、儀表設(shè)備管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)。對現(xiàn)場所有問題、隱患、事故事件的可追溯閉環(huán)，成為智能終端和后端各類系統(tǒng)的橋梁，實現(xiàn)生產(chǎn)和生產(chǎn)輔助管理功能。 針對自然氣凈化廠生產(chǎn)實際需求和巡檢人員、巡檢車輛的管理需求，開展的基于5G技術(shù)的自然氣凈化廠智能巡檢技術(shù)應(yīng)用研究和試點應(yīng)用取得了良好效果，主要表達在表1幾方面。 基于5G技術(shù)的自動