數(shù)據(jù)中心機(jī)房智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)探究

1、數(shù)據(jù)中機(jī)智巡機(jī)人設(shè)探 作者：張正培等來源：中國(guó)金融電腦 2017 年 2 期中國(guó)工商銀行數(shù)中心（上海） 張正培 慶 陸君 金斌數(shù)據(jù)中心機(jī)房巡是數(shù)據(jù)中心日常維工作之一，通過對(duì)各類生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的巡查和檢視， 能夠第一時(shí)間發(fā)故障或故障隱患并及時(shí)加以維修和防范，確保生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定。在實(shí)際 操作過程中，機(jī)巡檢往往通過人巡檢的方式進(jìn)行，巡檢周期 次/ 天。人工巡存在如 下弊端：巡檢周長(zhǎng)且存在長(zhǎng)時(shí)間間斷期；存在漏看、錯(cuò)看的可能；增加巡檢頻次或精細(xì)度 會(huì)帶來更高的人成本。隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代據(jù)的爆炸性增長(zhǎng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的設(shè)備數(shù)量急劇上升，機(jī)房巡檢的工作 量大大增加。在種形勢(shì)下，用智巡檢機(jī)器人代替人工巡檢能夠進(jìn)一步提

2、升運(yùn)維工作的安全 和穩(wěn)定，是未來展的趨勢(shì)。目前內(nèi)智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域比較少，在國(guó)內(nèi)，僅僅在變電 站、高壓輸電線等的巡檢上有所用，針對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的應(yīng)用仍然是空白。定制化、專門 化的數(shù)據(jù)中心機(jī)智能巡檢機(jī)器人計(jì)和應(yīng)用有其獨(dú)到性和實(shí)用性。本文設(shè)計(jì)了一種據(jù)中心智能巡檢器人的系統(tǒng)，結(jié)合目前成熟的圖像識(shí)別技術(shù)、傳感器 技術(shù)、無線通信術(shù)等，對(duì)數(shù)據(jù)中機(jī)房進(jìn)行定時(shí)巡檢，識(shí)別、存儲(chǔ)各種生產(chǎn)設(shè)備的位置、運(yùn) 行狀態(tài)并且做出步處理，定時(shí)收溫度、濕度、潔凈度、氣流速度等機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)，用于分 析機(jī)房的環(huán)境情分布，以及統(tǒng)計(jì)柜使用率等指標(biāo)，形成設(shè)備、機(jī)房整體運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)， 為數(shù)據(jù)中心運(yùn)維供及時(shí)有效的數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房的無人化和

3、智能化管理。一、智能巡檢機(jī)人總結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中心機(jī)房智巡檢機(jī)器人完成功能包括行走、收集機(jī)房?jī)?nèi)告警、收集機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境數(shù) 據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸以充電續(xù)航。為滿以上基本功能，筆者共設(shè)計(jì) 9 個(gè)模塊予以實(shí)現(xiàn)：路徑導(dǎo)航 模塊 001、環(huán)境集模塊 002 、機(jī)及設(shè)備狀態(tài)采集塊 003、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)塊 004、警處理模 塊 005、據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊 006、出控制模 007、巡檢機(jī)人充電模塊 008 以巡檢計(jì)劃控制 塊 009（圖 1 所，左側(cè)為各個(gè)塊關(guān)系圖，右側(cè)各個(gè)模塊在巡機(jī)器人中的位置）。各模塊功能見表 1 。九個(gè)塊分成三條線：行走、采集儲(chǔ)處理輸、充電續(xù)航。 巡檢計(jì)劃模塊用安排三條線路在序上的先后關(guān)系。各模塊構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的整體

4、。二、各模塊功能體介紹1. 路徑導(dǎo)航模塊 001該模塊用于引導(dǎo)檢機(jī)器人按照指的路線行進(jìn)，包括前置攝像模塊 、徑導(dǎo)航存儲(chǔ) 模塊 102、機(jī)器路徑識(shí)別模塊 103、機(jī)器人行控制模塊 （如圖 所示）導(dǎo)航標(biāo)識(shí)為機(jī) 房中事先布置好有色條形導(dǎo)航線用于為機(jī)器人的行進(jìn)提供路線指引。各子模塊功能見表 2 。2. 環(huán)境采集模塊 002該模塊主要完成檢機(jī)器人周圍機(jī)“四度”（溫度、濕度、潔凈度和氣流速度）的采集， 包括采集計(jì)數(shù)模 201，度采集模塊 202、度采集模塊 、潔凈采集模塊 204、流速 度檢測(cè)模塊 和數(shù)存儲(chǔ)模塊 206 （圖 3 所示）各子模塊的功見表 3。根據(jù)機(jī)房環(huán)境各傳感器的測(cè)量特不同，需要對(duì)各個(gè)采集

5、過程的周期予以分別處理。采 集計(jì)數(shù)模塊 在每次巡檢開時(shí)計(jì)數(shù)值初始化零，在每次機(jī)人改變狀態(tài)（?；蛘邌?dòng)） 時(shí)計(jì)數(shù)值加 ，當(dāng)計(jì)數(shù)為奇數(shù)時(shí)（即器人停下來）激溫度采集器和度傳感器，實(shí)施 集；在計(jì)數(shù)值為數(shù)時(shí)（即機(jī)器人于行進(jìn)狀態(tài)）停止采集。由于潔凈度和氣流速度采集耗時(shí) 較長(zhǎng)，因此可人設(shè)定計(jì)數(shù)值為 kn+1 （k 為常值，可根據(jù)際需求初始設(shè)定 2，3，后續(xù) 可調(diào)整）次時(shí)啟采集。這樣處理夠人為增大采集周期并且實(shí)現(xiàn)周期可調(diào)。3. 機(jī)柜及設(shè)備狀態(tài)采集模塊 003該模塊主要完成柜定位、機(jī)柜使情況采集與機(jī)柜中設(shè)備識(shí)別和狀態(tài)采集工作，包括定 位識(shí)別模塊 ，采集模塊 302、信息別模塊 303 和機(jī)柜設(shè)備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 3

6、04（如圖 4 所示）。各子模的功能見表 4。在實(shí)際中，機(jī)柜往安裝有機(jī)柜門會(huì)遮擋機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的告警燈，影響機(jī)器人識(shí)別。使用 中，通過安裝導(dǎo)條，將各個(gè)機(jī)器報(bào)警燈引導(dǎo)至機(jī)柜門上，按照機(jī)柜內(nèi)的機(jī)器上下順序排布 導(dǎo)光條的上下顯順序，形成每個(gè)柜上的定位標(biāo)識(shí)區(qū)域，供機(jī)器人拍攝。4. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 004該模塊主要用于塊 002、塊 003 中數(shù)的集中存儲(chǔ)與導(dǎo)，包含總控模 401、數(shù)據(jù) 導(dǎo)入模塊 、據(jù)存儲(chǔ)模塊 403、數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊 （如圖 5 所示）。各子模塊的功能表 5。5. 告警處理模塊 005該模塊主要完成警信息的甄別和別確認(rèn)。告警信息分為兩種：環(huán)境告警以及生產(chǎn)機(jī)器 告警。該模塊包數(shù)據(jù)提取模塊 、備告警

7、處理塊 502、告警名單存儲(chǔ)模塊 503、環(huán)境 告警處理模塊 504、環(huán)境閾值存模塊 505、警定級(jí)模塊 和格式化輸出模塊 （如圖 6 所示）。各子模的功能見表 6。一般情況下設(shè)備警燈顏色有很多，按照告警燈顏色的不同，一般按照如下準(zhǔn)則來判別： 紅特別緊急黃一般緊急綠、藍(lán)、黑無告警。若是環(huán)境告警，要超出閾值，即為告警信號(hào)，根據(jù)超出閾值的程度，分為以下幾種： 超出 30% 以上特別緊急；超出 0%30% 一般急；未超出告警。6. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊 006該模塊用于統(tǒng)計(jì)器人采集的各類據(jù)，包括數(shù)據(jù)提取模塊 601、標(biāo)統(tǒng)計(jì)模塊 602 和 式化輸出模塊 603（如圖 7 所示）。子模塊的功能見 7。根據(jù)機(jī)器

8、人在機(jī)門上拍攝到的導(dǎo)條排布情況，與機(jī)器人內(nèi)存儲(chǔ)的各機(jī)柜內(nèi)設(shè)備信息列 表進(jìn)行對(duì)比，得各個(gè)機(jī)柜內(nèi)設(shè)備續(xù)情形（存在或者不存在），依據(jù)存在的設(shè)備以每個(gè)設(shè)備 所占的 數(shù)為權(quán)值核算出。7. 輸出控制模塊 007該模塊通過無線信方法，將數(shù)據(jù)機(jī)器人發(fā)送到機(jī)房中指定的無線接收端，然后通過無 線接收端通過機(jī)內(nèi)外間有線通信絡(luò)發(fā)送到機(jī)房區(qū)域以外。該模塊包括輸出數(shù)據(jù)提取模塊 701、線發(fā)送模塊 702、無線接收模 703 （如圖 8 示）。子模塊的功能見 8。8. 巡檢機(jī)器人充電模塊 008該模塊用于巡檢器人充電續(xù)航，為充電樁接口模塊 801、池組模塊 802、機(jī)房指定 位置固定安裝配的充電樁模塊 。電樁接口模 801

9、 與充電樁模 803 配合使用，巡 檢機(jī)器人運(yùn)行到電位后給機(jī)器人電確保巡檢機(jī)器人能夠持續(xù)運(yùn)作（如圖 9 示）。9. 巡檢計(jì)劃控制模塊 009該模塊用于制定調(diào)整巡檢機(jī)器人巡檢計(jì)劃。在整個(gè)巡檢時(shí)間軸中，巡檢機(jī)器人存在三 種狀態(tài)：巡檢、命和充電狀態(tài)。檢和待命交替進(jìn)行，在進(jìn)行若干次巡檢待命巡檢運(yùn)作 后，需要進(jìn)入充狀態(tài)確保巡檢機(jī)人有足夠電量保障續(xù)航。另外，處于待命和充電狀態(tài)時(shí)可 以進(jìn)行人機(jī)交互執(zhí)行流程如圖 10 所示。三、設(shè)計(jì)核心點(diǎn)特點(diǎn)1. 設(shè)計(jì)核心點(diǎn)（1）機(jī)房巡的路徑選擇，不用路徑規(guī)劃而是采用指定路徑來簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，這是因?yàn)闄C(jī)房 的環(huán)境為已知而短期變動(dòng)不大，定路徑巡檢能夠減少機(jī)器人巡檢的時(shí)間消耗，降低成本

10、。（2）考慮到柜門會(huì)影響到機(jī)人對(duì)于機(jī)柜內(nèi)報(bào)警信息的識(shí)別，同時(shí)為了方便統(tǒng)計(jì)，在機(jī) 柜門上安裝了導(dǎo)條供巡檢機(jī)器人別。（3）在數(shù)據(jù)輸方面，由于機(jī)內(nèi)一般設(shè)計(jì)為信號(hào)屏蔽，機(jī)房?jī)?nèi)的無線信號(hào)不能發(fā)送到機(jī) 房外，因此在機(jī)內(nèi)采用無線傳輸機(jī)房?jī)?nèi)外間通過數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸，無線轉(zhuǎn)有線的方 式能夠在保障數(shù)傳輸可靠的同時(shí)影響機(jī)器人的運(yùn)行。（4）考慮到個(gè)傳感器采樣特的不同，如潔凈度的檢測(cè)較溫濕度需要較長(zhǎng)的時(shí)間，巡檢 中各個(gè)傳感器的樣周期設(shè)置為可節(jié)，這樣區(qū)別處理能夠?yàn)閿?shù)據(jù)采集預(yù)留足夠的時(shí)間，確保 采樣數(shù)據(jù)的精確。（5）巡檢機(jī)人添加巡檢計(jì)劃制，把巡檢中的各個(gè)階段按照時(shí)序關(guān)系結(jié)合在一起，加強(qiáng) 了對(duì)巡檢過程的控。2. 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

11、（1）用途的一性：本文設(shè)計(jì)智能巡檢機(jī)器人專門針對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房這一應(yīng)用場(chǎng)景，填 補(bǔ)了業(yè)界的空白（2）功能的用性：本文設(shè)計(jì)智能巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的功能是按照數(shù)據(jù)中心機(jī)房的實(shí)際需 求選擇的，其中柜中設(shè)備告警監(jiān)及處理為機(jī)房 IT 設(shè)備告警息的及時(shí)處理提保障，是 巡檢的首要目的機(jī)房環(huán)境四項(xiàng)主指標(biāo)（溫度、濕度、潔凈度、氣流速度）的監(jiān)控確保機(jī)房 環(huán)境安全可控；房機(jī)柜使用率指用于反映機(jī)房使用飽和度情況。（3）設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)性：本文設(shè)的各個(gè)模塊所采用的技術(shù)均以成熟的技術(shù)為依托；核心功 能所選取的方案根據(jù)機(jī)房實(shí)際情確定，能夠較好地運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心機(jī)房生產(chǎn)環(huán)境。本文提出了一種據(jù)中心機(jī)房智能檢機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過整合機(jī)房巡檢的