科创中国
隧道安全预警机器人
发布时间: 2026-07-09
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
发明专利
行业领域：
新一代信息技术产业,高端装备制造产业,相关服务业
成果介绍
隧道安全预警机器人装置针对山岭隧道复杂地质环境与施工安全痛点，集成超前地质探测、围岩变形监测、环境感知、智能预警于一体的隧道施工智能巡检装备，可替代人工进入高危作业区域开展安全监测，大幅提升隧道施工安全管控水平。
成果由远程监控平台与预警机器人终端两部分构成，通过无线网络实现实时通信协同作业。机器人硬件集成五大核心模块：环境感知模块搭载激光雷达、多类摄像头与 IMU 传感器，实现环境建模与自主导航；检测模块集成三维激光扫描仪与瞬变电磁仪，分别承担隧道断面变形监测与掌子面前方超前探水任务；运动控制模块采用防爆消防机器人履带底盘，具备防水防尘防爆性能，适配隧道复杂工况；控制与数据处理模块基于 STM32 开发板与主控计算机实现整机控制与数据运算；无线模块保障洞内外数据实时传输。软件架构以 Linux 系统为核心、ROS 机器人操作系统为基础，涵盖通信、导航、仪器控制、数据分析等功能模块。
机器人可自主完成系统自检、掌子面超前探水（每推进 100m 一次，15 分钟完成 35 种方位数据采集）、分段断面变形监测（每日 2 次，每段约 10 分钟）、自动返回充电。
成果亮点
本成果核心四大亮点：一是高度集成化创新，首次将三维激光扫描、瞬变电磁探水、激光雷达定位、无线视频监控四大系统集成于履带式移动机器人平台，实现隧道超前地质预报与围岩变形监测的一体化作业，突破了传统人工检测设备分散、效率低下的行业瓶颈，经中国公路学会鉴定达到国际领先水平，经交通运输部科学研究院科技查新确认在国内外具有新颖性。
二是全流程智能化作业，机器人具备自主导航、自动避障、自动充电能力，可远程启动后独立完成自检、行进、探测、分析、传输、返航充电全流程作业，无需人员进入掌子面高危区域，从根源降低隧道施工安全事故风险。
三是超前探水精度高，机器人可自动调控瞬变电磁天线方位，覆盖 35 种工作状态，能够精准识别掌子面前方 40-70 米范围内的富水异常区与岩溶构造，在渝武高速中梁山隧道、川藏铁路格聂山隧道应用中均经钻孔验证探测结果准确，有效规避突泥涌水风险。
四是监测效率大幅提升，单次超前探水仅需 15 分钟，单段断面监测约 10 分钟，远快于人工检测效率，且数据自动分析上传，时效性显著增强。
团队介绍
成果研发团队为中交一公局集团，是一支由隧道工程、机器人技术、地质探测、软件开发、安全管理等多专业人才构成的交叉型研发团队，长期深耕隧道智能建造与施工安全技术领域，具备深厚的工程实践积累与跨学科研发能力。
团队聚焦山岭隧道施工突泥涌水、围岩坍塌等重大安全风险，针对传统人工检测效率低、危险性高、数据滞后等行业痛点，融合移动机器人控制、瞬变电磁探测、三维激光扫描、SLAM 自主导航、无线通信等多领域技术，历时多年完成隧道安全预警机器人从方案设计、样机研发到工程验证的全链条研发工作，形成了具有完全自主知识产权的隧道智能预警技术体系。
团队注重工程化落地与成果验证，先后在兰海高速公路重庆至遵义段扩容项目、渝武高速公路复线中梁山隧道、川藏铁路格聂山隧道等多个高风险重大工程中开展示范应用，在复杂断层破碎带、岩溶发育区等极端工况下验证了产品的可靠性与实用性，积累了丰富的现场应用与优化迭代经验。
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