构建隧道智能运维新体系
我国公路隧道进入大规模运维养护的需求，“隧道智能运维新体系”融合机器人、人工智能、数字化等先进技术，构建基于特种机器人的隧道工业化运维技术与装备新体系，能够有效解决公路隧道养护过程中的人力成本高、作业效率低、隐蔽工程养护难等问题。
隧道巡检机器人拥有国内顶级专家级的隧道结构安全评价服务，应用于公路隧道，可对特长及复杂隧道的结构病害进行自主监测、病害定位，并融合智能病害识别、精确测量的机器人巡检系统，提升隧道检测的量化精度与效率，以及复杂时空环境下的隧道全面监测能力。
智能巡检机器人是新型服务机器人的一种，主要用于生产设备的监测，及时在系统进行设备状态反馈，以便技术员快速查找问题进行维护。近年来，此类新型巡检机器人在电力、隧道、冶金等领域得到广泛应用，销售市场也在进一步扩大。相关统计显示，2018年至2020年中国巡检机器人市场总需求约为477亿元，年均需求约159亿，预计智能巡检领域未来市场可达千亿元。
目前，浙江、上海、福建、河北的隧道巡检机器人已上线使用，请看以下报道。
1 浙江——G1522上三高速马岙岭隧道
浙江省交通集团高速公路绍兴管理中心与相关公司联合研发的一款搭载了“最强大脑”的隧道智能巡检机器人，已于2021年9月30日在马岙岭隧道投入使用。在经过全方位的系统调试后，新加入的“隧道卫士”为司乘提供全天候的安全防护。
据了解，这款隧道智能巡检机器人系统集机械、电子计算机、移动通信技术于一体。一般安装在离隧道壁地面2米左右的轨道上，在传动系统作用下能以每小时25公里的速度运行，实现在隧道全线范围内的移动巡检。期间能够连续采集、传输、存储现场图像、声音、温度等数据。工作人员通过对数据的实时分析，能及时判断运行车辆是否存在违章行为，并对隧道内事故状态进行监测预判。它能在采集现场声音的同时，实现紧急状态下远程控制站与机器人附近区域之间的双向对讲。同时机器人还具有终点自动换向、限位停止、定点矫正等功能，不影响车辆的通行。
图源：浙江沪杭甬
“通过安装在机器人身上的摄像头、离子式烟雾传感器可以及时发现车辆违停及火灾等情况；通过高清拾音器、高音喇叭可以实现与事故现场人员的信息沟通。”绍兴管理中心王大雁副处长表示，“相比固定摄像头定点监视，巡检机器人在巡查机动性、远程信息交互等方面的综合效率优势十分明显。在智慧交通建设的大趋势下，隧道实现智能化管控对保障车辆安全行驶具有重要意义。”
图源：浙江沪杭甬
隧道巡检机器人上线后，绍兴管理中心结合智能巡检与人工巡查方式，实现对上三高速马岙岭隧道的全天候智能巡检，将持续提升隧道管理效率，为过往司乘安全出行提供保障。
2 上海——文一路隧道/四平路下立交
目前，上海城市运营集团已在上海文一路隧道西段北线正式投入轨道式隧道巡检机器人，巡检机器人的使用对于提升隧道的运营管理效率起到了重要作用。
图源：上海城市运营集团
2.1 化外业巡视为内业检查
通过具有三千万像素的摄像机拍摄的隧道路面画面可以将原先外业巡视作业转至室内，甚至比外业现场巡视观察的更加清晰、仔细，并且可以将画面存档重复查核，降低了作业人员的工作强度。
轨道机器人拍摄画面及放大后的局部图 图源：上海城市运营集团
2.2 交通异常事件自动识别
通过激光3D雷达功能模块对路面上的物体扫描成三维图像，同时利用人工神经网络和遗传算法实现巡检机器人的自学习，通过一段时间的使用可以更加精准的发现车辆异常驾驶行为和路面异物等现象。
巡检机器人3D建模图像并自学习 图源：上海城市运营集团
2.3 隧道热力图自成像
利用内置的红外双目摄像头，能够实现对隧道内的热力图进行扫描成像，通过温度差识别隧道内可能的结构渗漏水点。这一功能已经在隧道内查找病害缺陷时开始使用，效果十分明显。
红外双目摄像头拍摄的画面 图源：上海城市运营集团
2.4 定点语音播报和实时图像传回
利用轨道机器人可以在轨道上定向移动和语音播报的功能特点，可以在事故发生时定向的车辆发出语音提示，弥补传统广播语音的不足，同时实时传回现场各个角度的画面，为疏散引导和应急救援提供全面的决策依据。
未来，上海城市运营集团将根据高清视频图像和3D雷达功能开发路面裂缝和坑塘等功能的自动识别功能，同时还将开发巡检机器人的自学习功能来自动识别隧道内设备箱门异常开启。
在有条件的情况下还可以在巡检机器人上搭载环境感知设备（例如PM2.5、NO、CO等），从而构建隧道内连续全断面的环境质量指数，为控制隧道环境、优化市民的出新体验提供重要支撑。
3 福建——沿海科技路前鸥隧道
2023年6月1日，福泉公司沿海科技路的前鸥隧道内，一台养护橙色的机器人，沿着隧道壁快速移动，这是福建省高速公路首个“四车道隧道机器人”。在隧道内经过各项安全性检测后，投入试运行，开启了它的首趟巡检任务。
图源：福建省福泉高速公路有限公司
首趟巡检任务让相关技术人员叹为观止，以往每次得开车到隧道再开展徒步巡检，一来一回需要1个多小时，现在有了它，坐在电脑面前15分钟不到就可以轻松掌握设备运行状态。
这款隧道智能巡检机器人挂载驱动舱、动力舱和通信舱等各项模组，取消了不必要的功能模组，仅仅40公斤的设备实现机器“轻量化”，行动“便捷化”。
在动力舱的驱动下，机器人可以以每小时20公里的速度进行快速移动，满电状态下可以飞奔30公里。同时搭载了30倍光学变焦的400万像素星光摄像头、巡检云台、高音喇叭、避障雷达、空气质量监测仪等设备，即使是在黑暗状态下也可以清晰成像，对隧道内异常停车、行人闯入或者是抛洒物等场景进行主动识别和检测发声，通过高音喇叭喊话现场，数字化和智能化的提升管养水平和指挥效率。
该款机器人还具备智能AI系统、实现低电量自动返回充电、避障、通信故障自启动等功能。相比于原来隧道内150米一个的固定摄像头，隧道机器人在机动性和信息交互性上都实现了质的飞跃。
下一步，福泉公司将继续结合“三争三比提质年”活动，带着问题多角度、多场景、勤探索地开展试点应用；定期组织总结，延伸探索更多场景的使用功能，给我省未来隧道的智能管养提供借鉴经验，提升智能化管养效率，保障车辆的安全通行。
4 河北——延崇高速金家庄特长隧道
驱车行驶在延崇（延庆至崇礼）高速河北段金家庄特长隧道崇礼方向，隧道顶部一个一米多长的红色机器人不断提醒过往车辆。这是河北省首个高速公路隧道智能巡检机器人，能够实时采集和监测隧道内环境及交通运行情况，并对信息进行分析、预测，为高速公路隧道应急救援提供强大技术支撑。
该设备的安装与金家庄特长隧道的特点有着很大关系。
金家庄特长螺旋隧道为延崇高速公路重点工程之一，位于赤城县炮梁乡金家庄村附近。由于需要克服100余米的高度差，如果不建螺旋隧道，路线纵坡将会太大，无法保证车辆安全行驶。因此，该隧道设计了半径为860米的螺旋线，实现原地抬升112米的目标。
该隧道左幅长4228米，右幅长4104米，在长度上超过了世界其他公路的螺旋隧道。2019年8月，金家庄螺旋隧道右线顺利贯通，并由吉尼斯世界纪录认证机构现场认证、授牌为最长的公路螺旋隧道。
图源：河北省交通运输厅
螺旋隧道的特殊结构对安全等方面提出了更高的要求，智能巡检机器人便应运而生。据介绍，它具有高清视频监控系统，能够实现隧道内全方位无死角监控覆盖；搭载着3D激光雷达扫描模块，日常巡检时，能够对路面异物进行识别；它还有测温型热成像模块，能够自动检测隧道内物体温度；还搭载红紫外复合型火焰探测模块，能够发现火灾安全隐患，而在火灾发生时，能够实时探测隧道内火点情况。
针对火灾救援，智能巡检机器人搭载着温湿度及有毒有害气体检测模块，能够检测隧道内温湿度、氧气及有毒有害气体浓度，且能够动态监测隧道沿线有毒有害气体变化情况，对于处理隧道火灾等特殊情况能够起到关键作用。
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