一、任务来源
2021年2月，烟台市人民政府办公室印发关于加快新型智慧城市建设的实施方案，根据《数字山东发展规划（2018—2022年）》《山东省人民政府办 公厅关于加快推进新型智慧城市建设的指导意见》（鲁政办字［2020］136号）、《数字山东建设专项小组办公室关于公布山东省新型智慧城市建设2020年试点及2021年预试点名单的通知》（数鲁专组办发［2020］6号）。
2021年12月，国家发布《“十四五”机器人产业发展规划》，《规划》内容指出，重点推进工业机器人、服务机器人、特种机器人重点产品的研制及应用，拓展机器人产品系列。其中工业机器人包括交通领域的高精度、高可靠性的机器人。
烟台市区依海而建，东西狭长，多山地，中心市区建有15座隧道，其中按建筑消防规范划分，三类以上城市隧道有9座，胜利路隧道是烟台市最长城市隧道，全长2.8公里。隧道监控室集中设置于胜利路隧道监控室内，传统隧道管理和养护需要人员轮班值守、外出巡检，隧道监控由值班人员24小时值班监测。受人工值守及巡检频率所限，存在着隧道变化感知被动处理等问题。一旦发生事故易引发次生事故，造成难以预估的生命财产损失。因此，如何实现精准感知、快速发现、快速处置、避免二次事故，是隧道安全管理的重要问题。
该项目属于自选项目。
二、应用领域和技术原理
“全息感知的智慧隧道管理研究与应用”项目主要依据现行国家标准《视频交通事件检测器》（GB\T28789-2012），关注隧道事件检测技术的研发与应用，以及巡检机器人在隧道管理中的实际运用。
其中隧道视频AI事件检测系统，主要包括烟台市区10座隧道中心机房255路视频监控画面智能分析服务器建设和视频综合管理平台两部分。对于所辖隧道发生的突发事件进行智能事件识别分析，并对异常事件进行快速预警和报警决断处置，并可在事后进行取证查询。
隧道轨道巡检机器人现应用于芝罘区胜利路隧道西洞入口100米处进行试点试验，并开展数据收集及算法优化。通过机器人在轨道来回巡视，可有效识别隧道内地面异物、智能检测隧道内重要设施状况、关键部位危害情况、智能检测隧道内有毒有害环境情况等。可将原有人工所需复杂多样的巡视检查工作集中一体化处理完成，提升隧道管理的及时性和智慧化。
三、性能指标
1.事件检测系统
（1）检测反馈时间小于5秒；
（2）事件检测准确率达到95%以上；
（3）全天事件检测运行时间24小时
2.隧道轨道巡检机器人
（1）承载时速≦50公里/小时
（2）可以对隧道路况、墙体、路面设备、环境5个方面进行检测，获取包括路面异物、行人闯入、火焰检测、含氧量浓度，温湿度、有毒、可燃气体浓度、车辆违停、路面积水、路面坑洼、路面暗冰、渗水、裂缝、形变等20余项指标数据，并自动进行风险识别检测。
四、与国内同类技术比较
1.设计合理，运行更加的稳定
国内隧道采用的视频事件检测系统，现主流模式为图像识别系统，在前端增加图像分析器。该方法受环境、硬件及分析器自身制约较大，使用周期寿命较短，且稳定性较差。经常在隧道局部重点位置使用，并未形成隧道全覆盖识别。本次隧道AI事件检测系统有效的弥补了以往图像识别前端分析器的各项不足，且可以在像素较低情况下保证95%检测准确率。
国内轨道巡检机器人主要使用于相对封闭，人员不易进入的空间内，如电缆隧道、水下隧道、隧道建设周期内以及部分工业环境中使用。我们充分参考研究国内前期研发的轨道机器人情况，如上海工程技术大学发明的“用于隧道内巡检的轨道机器人（CN 114800567 A）”;国网天津市电力公司电力科学研究院研发的“一种基于轨道机器人的隧道环境检测系统”（CN 117686030 A）等设计方案，主要基于隧道主体结构和环境检测，且运行操作较为复杂。基于隧道应急管理需要，本次研发试验隧道轨道巡检机器人，采用高强度的航空铝镁7075材质的轻型导轨，轨道设计上承载、下支撑结构，使轨道受力均衡。轨道整体结构配合运行设备结构设置，相互吻合，达到不脱轨设计。轨道设计最高允许承载时速50km/h。同时搭配鱼眼相机、定位系统、嵌入式边缘计算终端、3D激光雷达、红蓝爆闪警示灯、八合一气体传感器、双向语音通话系统、电源管理系统、双光谱红外球机。可以对隧道内各类设施、车辆、行人、气体等20余项指标数据，并自动进行风险识别检测，实现隧道结构全天候、全覆盖、多参数实时监测，提高隧道巡检效率。
2.智能维护站，维护方便快捷
当机器人运行较长时间或发生故障时，需要对机器人进行维护，为了方便把机器人从导轨上拆卸至地面维护作业，机器人巡检系统在隧道紧急停车带内设置了自动升降的智能维护站，机器人日常自动维护无需封道，无须登高车。智能维护站保障巡检机器人长时间稳定工作，降低日常维保工作量，解决人工现场维护间隔周期长的问题。智能维护站搭配上下调度系统，可以作为应急机器人停靠站。需要检修时，控制机器人运行至升级导轨，稳定停靠后，打开升降维护站电控箱，操作电控箱内部上下按钮，即可把机器人下降至地面或者抬升至导轨高度。
五、成果创新性、先进性
1.创新性
（1）技术创新：隧道AI事件检测系统，突破以往图像识别技术，在硬件水平较低情况下，通过H.264/H.265视频压缩技术，系统低耦合，采用分布式微服务架构，将智能感知、图像识别等前沿技术应用到隧道监控管理体系中。现分析服务器稳定性和预警准确率均远超以往前端图像分析设备。
城市隧道巡检应急机器人集成了先进的传感器技术、自主导航技术、远程监控技术等多种技术，使得机器人能够在复杂多变的隧道环境中实现自主巡检、故障检测、安全监测等功能。这种技术集成和创新使得机器人能够更加高效、准确地完成巡检任务。
（2）应用创新：传统的隧道巡检方式往往依赖于人工，存在工作效率低、安全风险高等问题。而城市隧道巡检应急机器人的出现，打破了传统巡检方式的局限，实现了巡检工作的自动化和智能化，大大提高了巡检效率和安全性。
（3）模式创新：通过机器人与人工的联动巡检，城市隧道巡检应急机器人实现了人机协同的工作模式。这种模式不仅提高了巡检的效率和精度，还降低了工作人员的安全风险，为隧道管理带来了全新的工作模式。
2.先进性
（1）高效性：隧道AI事件检测系统及城市隧道巡检应急机器人能够在短时间内完成大量巡查及预警工作，不会产生值守人员因为疲劳、体力等问题导致工作效率下降。同时，机器人通过搭载的传感器可以获取更加准确的数据，提高了巡检的精度。
（2）安全性：机器人可以在危险环境下工作，避免了工作人员受伤或死亡的风险。此外，机器人还具备自主避障功能，能够在复杂的隧道环境中安全行驶。
（3）智能化：城市隧道巡检应急机器人具备自主导航、远程监控、人机交互等功能，使得机器人能够根据实际情况进行自主决策和调度，实现了巡检工作的智能化。
（4）成本效益：隧道AI事件检测系统及轨道机器人可以持续工作，不需要额外的人力支持，因此成本相对较低。同时，轨道机器人的使用也降低了隧道日常巡查运营的成本，提高了经济效益。
六、推广应用的范围、条件和前景
1.推广应用范围
截止2022年底，我国公路隧道总里程数已达到24850处，2678.43万延米。由于部分隧道建设年限较长，各类视频设备普遍像素较低，本项目实施有利于在隧道自身硬件不足情况下实现隧道智能预警功能，对提升隧道管理和维护具有推广和借鉴意义。
城市隧道巡检应急机器人的应用不仅局限于城市的高速公路隧道，还可以扩展到地铁隧道、水利隧道、矿山隧道等各类隧道场景中。此外，它们还可以应用于桥梁、地下管道、大型工业设备等其他需要进行巡检和应急处理的场景。在这些环境中，巡检应急机器人能够凭借其高效、精准、安全的特点，实现对各种设备和结构的全面巡检和故障预警，从而确保隧道和其他设施的安全运行。
2.推广应用条件
（1）技术条件：隧道AI事件检测系统现需200万像素及以上监控设备，巡检应急机器人需要具备高度的自主导航、智能感知、故障识别与预警等技术能力，以确保在复杂多变的隧道环境中能够稳定、可靠地工作。
（2）市场条件：随着隧道建设规模的不断扩大和智能化水平的提高，市场对人工智能自动预警、巡检应急机器人的需求将不断增加。同时，政策的支持和推动也将为人工智能预警及巡检应急机器人的推广应用提供良好的市场环境。
（3）经济条件：我国很多隧道内监控设备建设时间较长，其分辨率及像素较低，利用本次研发隧道AI事件检测系统可以在硬件水平较低情况下实现实时预警，可节省摄像头更换及光缆敷设资金。虽然巡检应急机器人的初期投入成本可能较高，但其长期运行成本和维护成本相对较低，且能够提高巡检效率和降低人力成本。因此，在经济条件允许的情况下，隧道管理部门和企业采用这种新型巡检方式。
3.应用前景
（1）市场需求增长：随着智慧城市和智能交通的快速发展，隧道等基础设施的智能化水平将不断提高，对隧道内人工智能预警及巡检应急机器人的需求也将持续增长。
（2）技术创新推动：随着传感器技术、人工智能、机器视觉等技术的不断进步和创新，隧道各类自动预警、巡检、应急分析系统或机器人的性能将不断提升，应用场景也将进一步拓展。
（3）竞争格局优化：随着越来越多的企业进入人工智能及机器人行业，市场竞争将日趋激烈。这将推动企业在技术创新、产品质量和服务水平等方面不断提升，从而为用户提供更加优质、高效的巡检解决方案。
七、存在的问题和改进意见
1.存在的问题
（1）技术局限性：如系统在受隧道进出口日光和照明灯光影响，部分监控的事件检测识别准确率有待提高；巡检应急机器人在隧道巡检方面已经取得了显著的进步，但在某些复杂环境下，如狭窄空间、不规则形状或特殊地形，机器人的操作可能会受到限制。此外，对于一些精细的巡检任务，机器人的精确度和稳定性还有待提高。
（2）通讯问题：由于隧道内信号封闭，信号传输可能会受到干扰或限制，导致机器人与控制中心之间的通讯不稳定或存在延迟。
（3）维护成本高：巡检应急机器人需要定期进行维护和保养，以确保其正常运行。然而，由于机器人结构的复杂性和专业性，维护成本可能相对较高。
（4）应用范围有限：目前，巡检应急机器人主要应用于隧道内部，对于隧道外部或其他类似环境的巡检能力还有待提高。
2.改进意见
（1）加强技术研发：针对技术局限性，一是对监控设备不断优化调整，减少监控设备受光源影响，提升事件检测准确率，二是加大对巡检应急机器人的技术研发力度，提高其在复杂环境下的操作能力和巡检精度。同时，可以考虑引入更多的传感器和先进技术，以增强机器人的感知和决策能力。
（2）优化通讯系统：针对通讯问题，可以优化机器人的通讯系统，采用更加稳定、可靠的通讯协议和硬件设备，以确保与控制中心之间的通讯畅通无阻。此外，可以考虑在隧道内部布置更多的通讯节点，提高信号覆盖范围和传输质量。
（3）降低维护成本：为了降低维护成本，可以设计更加简单、易于维护的机器人结构，减少不必要的复杂部件。同时，可以提供更加详细的维护手册和培训课程，帮助操作人员更好地掌握机器人的维护技能。
（4）拓展应用范围：为了扩大应用范围，可根据隧道日常管理需要，利用人工智能及机器人系统，引入隧道预管理理念，可根据各隧道不同管理要求及养护内容，系统自动生成所需人工维修及检查内容，以适应不同环境和巡检需求。此外，可以考虑与其他智能设备或系统进行集成，形成瞬时隧道风险评估，并提前进行预警，实现更加全面的巡检和应急管理。

一、推广应用的范围
城市隧道巡检应急机器人的应用不仅局限于城市的高速公路隧道，还可以扩展到地铁隧道、水利隧道、矿山隧道等各类隧道场景中。此外，它们还可以应用于桥梁、地下管道、大型工业设备等其他需要进行巡检和应急处理的场景。在这些环境中，巡检应急机器人能够凭借其高效、精准、安全的特点，实现对各种设备和结构的全面巡检和故障预警，从而确保隧道和其他设施的安全运行。
二、推广应用的条件
1.技术条件：巡检应急机器人需要具备高度的自主导航、智能感知、故障识别与预警等技术能力，以确保在复杂多变的隧道环境中能够稳定、可靠地工作。
2.市场条件：随着隧道建设规模的不断扩大和智能化水平的提高，市场对巡检应急机器人的需求将不断增加。同时，政策的支持和推动也将为巡检应急机器人的推广应用提供良好的市场环境。
3.经济条件：虽然巡检应急机器人的初期投入成本可能较高，但其长期运行成本和维护成本相对较低，且能够提高巡检效率和降低人力成本。因此，在经济条件允许的情况下，隧道管理部门和企业采用这种新型巡检方式。
三、推广应用的前景
1.市场需求增长：随着智慧城市和智能交通的快速发展，隧道等基础设施的智能化水平将不断提高，对巡检应急机器人的需求也将持续增长。
2.技术创新推动：随着传感器技术、人工智能、机器视觉等技术的不断进步和创新，巡检应急机器人的性能将不断提升，应用场景也将进一步拓展。
3.竞争格局优化：随着越来越多的企业进入巡检机器人行业，市场竞争将日趋激烈。这将推动企业在技术创新、产品质量和服务水平等方面不断提升，从而为用户提供更加优质、高效的巡检解决方案。
四、存在的问题
1.技术局限性：尽管巡检应急机器人在隧道巡检方面已经取得了显著的进步，但在某些复杂环境下，如狭窄空间、不规则形状或特殊地形，机器人的操作可能会受到限制。此外，对于一些精细的巡检任务，机器人的精确度和稳定性还有待提高。
2.通讯问题：由于隧道通常位于地下，信号传输可能会受到干扰或限制，导致机器人与控制中心之间的通讯不稳定或存在延迟。
3.维护成本高：巡检应急机器人需要定期进行维护和保养，以确保其正常运行。然而，由于机器人结构的复杂性和专业性，维护成本可能相对较高。
4.应用范围有限：目前，巡检应急机器人主要应用于隧道内部，对于隧道外部或其他类似环境的巡检能力还有待提高。
五、改进意见
1.加强技术研发：针对技术局限性，应加大对巡检应急机器人的技术研发力度，提高其在复杂环境下的操作能力和巡检精度。同时，可以考虑引入更多的传感器和先进技术，以增强机器人的感知和决策能力。
2.优化通讯系统：针对通讯问题，可以优化机器人的通讯系统，采用更加稳定、可靠的通讯协议和硬件设备，以确保与控制中心之间的通讯畅通无阻。此外，可以考虑在隧道内部布置更多的通讯节点，提高信号覆盖范围和传输质量。
3.降低维护成本：为了降低维护成本，可以设计更加简单、易于维护的机器人结构，减少不必要的复杂部件。同时，可以提供更加详细的维护手册和培训课程，帮助操作人员更好地掌握机器人的维护技能。
4.拓展应用范围：为了扩大应用范围，可以研发具有更多功能的巡检应急机器人，以适应不同环境和巡检需求。此外，可以考虑与其他智能设备或系统进行集成，实现更加全面的巡检和应急管理。