“传统都是人工进行潜水的巡检,我们看到的是水下机器人的巡检。在这个工作中5G产生了非常大的应用价值,尤其是基于能源基础设施巡检的共性特征和特种机器人的作业特性,我们依托5G和AI构建了新一代水电站智能机器人巡检和安全管控的方案。”

这是清华四川互联网研究院智能水电枢纽研究所副所长王皓冉10月19日在嘉陵江亭子口水利枢纽现场给媒体讲述5G智慧电站时作出的表述。5G商用一周年以来,新一代的通信技术融合人工智能、云计算等先进技术正赋能越来越多的行业,产生众多的典型应用。

四川广元亭子口水利枢纽的“5G智慧电站”就是其中一例。中国移动四川公司、大唐公司、清华研究院一起携手首次将5G技术应用于水力发电领域,融合运用人工智能、大数据等技术,推出5G水下机器人和5G无人机智能巡检项目,助力水电站发展的智慧化管理水平提升和行业智能化演进。

浩浩荡荡的嘉陵江水源于秦岭北麓,是长江上游的重要支流。亭子口水利枢纽是国家完善长江防洪体系六大重点工程之一,是嘉陵江干流唯一的控制性骨干工程。据大唐亭子口公司党委书记、副总经理李阳介绍,亭子口水利枢纽的作用以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主。今年7月到8月,长江流域发生多次强降雨,防洪形势严峻,亭子口水库在防洪过程中充分发挥了拦洪削峰错峰作用,保障了一方安全。

水电站的结构安全巡检包括大坝坝体表面和水下结构物的巡检,是保障水利枢纽安全运行的重要措施,意义重大。对于水下结构物的巡检,王皓冉介绍说,大坝泄洪时从表孔和底孔高速排出的水流会冲击明流段及消力池,泄洪消能建筑物长年运行会出现磨蚀、露筋等损伤,而传统的检测方式要在尾坎下游打围堰抽干消力池中的水再将池中淤积物清理干净后进行检测,效率低、成本高。

中国移动四川广元分公司承建了大唐亭子口水电站的5G项目。“5G智慧电站”采用5G水下机器人搭载清淤和巡检作业设备,可以在不排水的条件下,替代人工水下作业,降低了成本提高了效率。

5G网络、边缘计算与自研的特种机器人相结合,再利用人工智能等多种技术解决了现实的迫切需求。“我们研发的双模态机器人,既可以在水中浮游,也可以在水底作业。”王皓冉介绍说,利用5G大带宽的优势,可以实时回传水下机器人采集的高清图像;利用5G低时延特性,可以对机器人实施远程控制。该项目结合巡检及监测数据,与大坝水下结构的原始图像和数据进行比对,实现健康评估。

据统计,亭子口水利枢纽根据设计要求每3至5年或大洪水过后将对消力池进行一次检测,采用传统的检测方式,工期一般长达3至6个月,且围堰搭建、拆除、抽水和检测等费用在590万元左右。使用5G水下机器人巡检后,单次巡检费用下降到70万元左右、工期只需20天。

对于大坝坝体表面的日常巡检,之前普遍采用人工巡检方式,即借助望远镜、绳索、吊车等,人工近距离使用卷尺、钢纤、粉笔、数码相机等进行检查,受环境影响因素,巡检风险高、成本高、效率低。

对此,该项目研制了一套高精度坝面5G无人机巡检系统,包括坝面巡检路径规划和自主安全巡检控制、坝面表观缺陷识别、健康诊断体系构建等。无人机通过系留电缆连接,方便持续供电,可以实现对狭窄的表孔溢流坝面等坝体表面结构的智能巡检。

据设计要求,单次全覆盖检查整个大坝上、下游坝面水上部分约9.36万平方米,按综合计价法考虑,每平米约需50元,单次检查共需约460万元,历时约90天。采用5G无人机智能巡检方式后,该项目单次检测投入设备维护、保养、消缺等费用仅需19万元左右,工时也从90天下降到15天,大幅度降低了坝面检测成本和工时。

此外,该项目还在水电站部署了5G云视讯高清视频会议系统,厂房附近的平台、办公区指挥中心、远程专家手机APP或平板电脑,通过视频会议系统可以进行专家远程指挥和会商,并且能通过控制室中心大屏展示5G水下机器人巡检现场监控、实时巡检画面,还可以与5G水下机器人巡检现场、亭子口电站中控室、大唐集控中心等远程多方视频会议。

“5G智慧电站”项目创新实现了5G水下机器人、5G水上无人机与办公区业务平台的实时交互、坝体异常状况预警诊断,解决了传统作业效率低、反复下水作业等问题,扩大了巡检范围、提升了巡检效率、增强了操作便利性及安全性,通过快速分析评估水工建筑物运行状态,及时预警缺陷和隐患,保障了大坝运行安全。

“大家看到,我们现在还是有人在下面进行检测,下一步我们想把它做成完全无人化,就是通过无人船的信号和这个水下机器人进行协同。”王皓冉说。(记者孙云龙)