近年来,数据中心产业规模高速增长，近5年年均增速超过30%。数据中心的快速发展带来了运维人力的巨大需求。在新基建大潮下，大型或超大型数据中心拔地而起，动辄数百标准化机房，数万台标准机架，运维人力区域不平衡的问题越来越突出。另一方面,随着机器人技术快速发展，工业机器人和服务机器人市场高速增长[1]，特别是后疫情时代各行各业对机器人的接受程度大幅度提高。
　　
　　基于AI智慧感知巡检机器人立体化巡视关键技术的应用，利用机器视觉技术、自动跟随技术、远红外热像技术、SLAM激光雷达导航技术、多传感融合技术等，对核心机楼内的服务器主机、网络设备、配电设备、制冷设备、配电线路、机房环境等外部运行状态进行全方位的强化安全监控。
　　
　　一、设计方案
　　
　　智慧感知巡检机器人设计方案主要分三部分,分别为车载子系统、后台管理系统、相关联动设施。车载子系统通过现场采集和分析,通过局域网与后台客户端系统进行数据、图像、视频等交互;车载子系统是由自主开发的全自主运动底盘,可搭配各种传感和监控设备,运行于房间等区域,接受任务指令对相关区域进行可见光图像、红外热图、空气参数及声音的采集[2]。
　　
　　后台客户端系统部署于各控制室,通过和车载系统的数据交互,实现运维任务派发、视频存储、红外温度检测、机器人房间运维、人工对讲、空气质量和PM2.5/PM0.5检测、巡检日志查询、遥控巡逻等功能。运管系统对机器人进行任务下发,获得机器人上报的数据、图像、视频等进行状态监控、远程遥控、数据管理、派单、问题闭环管理、事件管理、预防性维护、消息推送、业务流程管理等。
　　
　　相关联动设施包括加装机房门自动开关装置、微模块门自动开关装置、挡鼠板自动提升装置、设备智能接口物联网采集器模块和物联网网关等相关联动设施,以确保机器人畅行无阻,并采集更多的数据。
　　
　　智慧感知巡检机器人的工作原理如图1所示,分为数据部分、算法部分和输出结果,共3部分。数据部分除了各类传感器采集的数据外,还包含仪表类开源训练数据和机房空间基础数据,算法部分包含图像识别算法和声纹识别算法两大类,算法做出的初步逻辑判断会和设备告警、设备性能等指标进行关联,作为最后的结果输出。
　　
　　二、系统组成
　　
　　2.1车载子系统组成
　　
　　数据中心巡检机器人主体由激光传感器、云台、高清摄像头、红外热成像仪、超声传感器、光电传感器、工控机、气体传感器、机器人核心控制机箱、底盘模块等核心设备和其它辅助设备组成。
　　
　　(1)底盘设计
　　
　　机器人底盘如图2所示,支持最高1m/s的直行速度,底盘驱动模块具有自身高压、低压、过流、短路、断路、过温、通讯实时监测功能,发生异常时自动停车并能上报错误状态。该底盘在狭小空间里具备较强的通过能力,结合激光雷达导航全面覆盖的特点,真正的做到在特殊复杂环境中检测无死角。
　　
　　(2)激光传感器
　　
　　激光传感器用于机器人扫描数据中心机房现场环境，激光安全等级为1级用眼安全自带过压保护；防护等级达到IP67，采用实时扫描的工作方式，扫描周围环境，测绘高精度电子地图[3]，如图3所示。
　　
　　(3)一体化云台
　　
　　机器人车载系统搭载的一体化云台用于控制高清摄像头和红外热成像仪在运维过程中的拍摄角度和抬升高度,红外热像仪最大分辨率为384×288,测温范围为-20℃～150℃,支持实时点测温、多预置点测温、温度报警、温度实时分析、历史温度查询等功能。高分辨率可见光摄像机具备1080P高清相机,20倍光学变焦,聚焦快速、准确,工作温度在-10℃～50℃范围。
　　
　　(4)安全防护模块
　　
　　机器人运动底盘搭载的安全防护模块具备远距离激光防护,中距离超声防护、短距离光电防护和零距离碰撞停障四级防护体系配置,用于确保机器人在巡逻过程中与周边环境保持相对安全的距离,以避免伤害与被伤害,如图4所示。
　　
　　(5)无线通讯模块
　　
　　机房现场机器人无线网络的布置主要是在有线局域网的基础上，在一定间隔距离的网络连接处布置AP节点，实现无线网络的覆盖并融入有线局域网，机器人自身安装有通用的无线路由器，在有AP无线网络覆盖的情况下，机器人的自定位信息和工作状态都能体现在控制主机上。
　　
　　(6)自主充电装置
　　
　　自主充电装置用于机器人进行自主充电,机器人在无任务进行时,均返回充电位置,自动充电。同时机器人可自动检测自身电量,当任务过程中发现自身电量不足,将自动暂停任务,返回充电[4]。
　　
　　装置有正负极触头和信号触头,当成功充电后,充电指示灯会变绿,且电流表显示当前充电电流。还可以进行手动充电,使用手动充电器直接连接机器人的充电口进行充电,如图5所示。
　　
　　2.2 后台管理系统组成
　　
　　客户端布置在云平台上,与机房巡检机器人本体软件采用TCP/IP协议通过无线网络进行双向数据交互。本地监控后台将分析并存储所有数据,具备监控中心、配置中心、数据中心等三大子系统,三大子系统下各自细分多个功能展示界面,后台实时监控界面如图6所示。
　　
　　后台支持巡检记录及异常记录,固定格式报表导出及数据保存,数据保留时间可根据客户需求定制,视频数据默认保留90天,当硬盘存满时可自动从头覆盖,循环录像。客户端软件分为三大板块,分别是监控中心、配置中心和数据中心。监控中心中心包含实时监控、全景监控、任务模块、人脸识别、人体识别。配置中心包含任务任务编辑部分、业务传感器配置部分配置部分。数据中心由数据报表、记录查询、录像中心组成。
　　
　　三、系统功能
　　
　　3.1智慧巡检
　　
　　智能巡检机器人能够完成红外热成像视频拍摄,机房音频采集,机房温湿度数据测量等工作;智能巡检机器人引入AI算法,具备模式识别功能,能够进行精准的机柜U位识别、设备面板ORC识别、消防器材识别和人脸、声纹识别等工作;智能巡检机器人具有完善的数据管理后台，用于系统控制[5]。
　　
　　(1)机械仪表识别:机器人的高清摄像头按照设定好的路径,精准识别各类仪表,机器人折叠云台设计,更适应冷冻站空间较高,仪表位置较高的特点。
　　
　　(2)空调面板识别:智慧运维机器人搭载的高清摄像头可以帮助机器人在机房巡检时轻松识别空调面板数据。
　　
　　(3)红外热源监测:智慧运维机器人同时搭载了红外摄像头,可以轻松进行机房热源监测。并且可视化的呈现机房温度情况。
　　
　　(4)冷机声纹识别:冷机运行时会发出低频异响,人耳识别不了,借助声纹识别模块采集设备运行声纹,通过自主设计的Python算法,可以轻松识别异响,判断故障。
　　
　　3.2智慧支撑
　　
　　机器人搭载的5G通信模块、运动组件、高清摄像头及语音通信模块,助力实现机房智能随工、客户服务支撑和远程技术指导。
　　
　　(1)机房智能随工:针对多机楼、多局址的运维场景,智慧运维机器人通过搭载的高清摄像头+AI算法,完成图像合规性识别与回传,实现远程智能随工,施工质量一目了然。
　　
　　(2)客户服务支撑:得益于5G网络大带宽的高性能,IDC客户可以通过后台系统调用机器人,完成对自己业务设备的远程巡查,进行资产盘点、故障勘察等工作。
　　
　　(3)远程技术指导:故障处理方面,通过智慧巡检机器人搭载的4K高清摄像头及语音对讲模块,技术专家可以方便快捷的为现场维护人员提供技术导和处理方案。
　　
　　3.3智慧接待
　　
　　数据中心内部署有参观解说二维码,通过机器人定点识别解说二维码,机器人可以替代解说人员进行参观讲解,帮助来园区参观的政企客户快速了解业务产品。
　　
　　(1)智能语言解说:数据中心内部署有参观解说二维码,通过机器人定点识别解说二维码,机器人可以替代解说人员进行参观讲解,帮助来园区参观的政企客户快速了解业务产品。
　　
　　(2)智慧业务咨询:得益于自研的自然语言分析算法,可以对部分基础业务情况,通过问答形式进行咨询解说,辅助政企客户加深对IDC、云计算等业务的了解,助力政企业务发展。
　　
　　四、总结
　　
　　在数据中心领域引入数据中心智慧巡检机器人的研究与应用,是对传统依靠人工运维模式的创新和改革,实现标准化作业、有效提高数据中心的运维效率、降低因人工失误造成的运维故障率、提升信息安全水平及故障解决效率,为数据中心运维提供创新型技术措施。同时,也丰富了政企客户支撑手段,提升客户满意度。
　　
　　在不远的将来,人工智能巡检系统将逐步大规模应用于数据中心运维体系中,机房智能巡检机器人的应用将取代原有人工运维方式,实现数据中心的巡检自动化,真正实现数据中心的无人值守,打造人工智能时代的新型数据中心[6]。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]张正培,陈庆,陆君杰,金斌.数据中心机房智能巡检机器人的设计探究[J].中国金融电
　脑,2017,0(2):48-55.
　　
　　[2]唐亮,陈瑞华,王长宁.用于数据中心机房的智能巡检机器人的设计[J].计算机与网络,2018,44(6):47.
　　
　　[3]赛炜,孙忠涵.基于激光雷达的机器人智能导航系统研究[J].激光杂志,2019,40(11):182-186.
　　
　　[4]李明,黄河,姜帅,顾伟华.智能巡检机器人在数据中心运维管理中的应用探析[J].金融纵
　横,2018(12):54
　　
　　[5]杨曹.一种数据中心巡检机器人的设计[J].机电信息,2020,0(2):111.
　　
　　[6]宋金庆.机房智能巡检机器人研究与应用[J].水能经济,2017(07).
　　
　　作者简介
　　
　　杨韬(1988-),男,汉族,籍贯:安徽巢湖,硕士,工程师,研究方向:电源、空调。
　　
　　编辑：Harris