芯耀
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本文来自机械工业出版社出版的《智慧城市与智能网联汽车，融合创新发展之路》一书。
随着城市化进程不断加快，城市建设和运营管理中存在大量需要进行巡检的设备和设施，如路灯、道路、桥梁等。传统的人工巡检方式往往需要大量的人力、物力、时间和财力投入，效率较低，且难以实现全面、精准的巡检。因此，如何提高城市设施的管理效率，保障城市的正常运转，成为一个亟待解决的问题。城市智能巡检系统作为一种新型的管理手段，利用各种自动化技术，如图像识别、传感器技术等，可以对城市设施进行全面、精准的巡检，提高城市设施的管理效率，为城市运行提供可靠的支撑。
（一）城市智能巡检概述
在城市智能巡检中，人工巡检和智能巡检各有优缺点。人工巡检具有灵活性高、精度高和适用性广等优点，但也存在工作量大、容易出错和反应时间慢等缺点。相比之下，智能巡检具有自动化程度高、节约成本和实时性好等优点，但需要依赖监测系统、需要专业技术、误判率高等缺点也需要考虑。因此，在实际应用中，需要根据具体情况和需求选择合适的巡检方式，或者采用人工巡检和智能巡检相结合的方式，以达到更好的效果和效益。
城市智能巡检的对象可以包括城市设施、交通、环境、气象、管网设施、高空设施、建筑物、管道等，这些巡检对象涵盖了城市管理的各个方面，通过巡检和监测技术的应用，可以提高城市管理部门的效率和质量，为城市可持续发展提供重要支持。
a）城市安防监控：识别行人、车辆、物品等异常行为和安全隐患，维护社会治安，防止违法犯罪行为的发生。
b）城市设施巡检：巡检城市道路、路面、路灯、交通标志、交通信号灯等，以及发现和解决道路设施问题，维护道路交通秩序，确保交通安全。
c）交通巡检：对城市道路交通安全进行实时监测和管控，包括交通事故预警、交通违法行为监测等。
d）城市环境巡检：对城市环境进行实时监测和数据分析，包括空气质量、噪声、水质、土壤污染等，以便提供环境预警和决策支持。
e）城市气象巡检：对城市气象情况进行实时监测和数据分析，包括温度、湿度、风速、降雨量等，以便提供气象预警和决策支持。
f）管网设施巡检：对城市的水、气、电、通信管网设施及地铁保护区等设施进行巡检，发现和解决管网设施问题，保障城市的正常运行和居民的生活质量。
g）高空设施巡检：对高压输电线路、桥梁等高空设施进行巡检，及时发现异常情况。
h）建筑物巡检：检查建筑物外墙、广告牌、屋顶结构及违章建筑等问题。
i）管道巡检：检查石油、天然气等输送管道的泄漏和腐蚀问题。
j）自然灾害监测：在地震、洪水等自然灾害发生时，对受灾地区进行勘察，评估灾情。
城市智能巡检技术是利用先进的信息技术、通信技术、自动化技术等手段，对城市基础设施设备进行自动化、智能化的检测和管理，以提高巡检效率，降低运维成本，并确保城市安全运行。城市智能巡检包括如下几类技术：
（1）图像识别技术
图像识别技术是指通过采集城市设施的图像信息，利用计算机视觉算法对图像进行处理和分析，从而实现对城市设施的监测和巡检[1]。该技术可以应用于城市交通、环境、安防等领域。具体步骤包括：
a）图像采集：智能巡检设备通过摄像头等设备采集城市街景图像。
b）图像预处理：对采集到的图像进行预处理，包括图像去噪、图像增强、图像分割等操作，以提高图像的质量和准确性。
c）特征提取：对预处理后的图像进行特征提取，即从图像中提取出有意义的特征，如形状、颜色、纹理等，以便后续的识别任务。
d）分类器训练：利用人工智能算法，将提取出的特征与相应的分类标签进行训练，生成分类器模型。
e）图像识别：将新采集的图像输入到已经训练好的分类器模型中，将图像分类为相应的类别。
（2）传感器技术
传感器技术是指通过安装传感器设备，采集城市设施的物理量信息，如温度、湿度、压力、振动等，利用数据采集、传输和处理技术，实现对城市设施的监测和巡检。该技术可以应用于城市基础设施、环境监测等领域。具体步骤包括：
a）传感器采集数据：智能巡检设备通过安装各种传感器，如温度、湿度、气体、声音、光线等传感器，采集城市环境和设施的实时数据。
b）数据传输和存储：采集到的传感器数据通过网络传输到后台服务器，并进行存储和处理。
c）数据分析：利用数据分析技术，对传感器数据进行处理和分析，发现城市存在的问题和异常情况。
d）预警和优化：根据数据分析的结果，提供实时预警和优化方案，帮助城市管理者及时发现并解决问题。
（3）雷达技术
雷达技术是指利用雷达原理进行城市设施的无损检测和监测。该技术可以应用于城市建筑、桥梁、道路等设施的检测和监测，具有高精度、高效率、非接触式、不易受环境影响等特点。具体步骤包括：
a）电磁波的发射和接收：雷达设备通过发射电磁波来探测目标，电磁波经目标表面反射后被雷达设备接收。
b）目标的位置和特征提取：雷达设备接收到反射回来的电磁波信号后，可以通过信号处理算法提取出目标的位置和特征信息，包括目标的形状、大小、表面纹理等。
c）数据处理和分析：收集到的雷达数据可以通过算法进行处理和分析，生成高分辨率的三维图像和热成像图，以帮助工程师和城市管理人员判断目标的安全状况。
三种技术各有优缺点，同时也可以结合使用，以实现更全面、精确的城市智能巡检。图像识别技术可以实现对城市设施的外观、形状、颜色等方面的监测，传感器技术可以实现对城市设施的物理量信息监测，而雷达技术则可以实现对城市设施的内部结构、材料等方面的无损检测。结合使用这三种技术可以实现对城市设施的全面监测和巡检，提高巡检效率和准确性，并实现对城市设施的智能化管理。
（二）城市智能巡检建设内容
1．城市智能巡检方案
（1）传感器网络巡检
基于传感器的城市智能巡检方案，利用装载在城市设施、环境等方面的传感器，例如温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器、交通监测传感器等，实现对城市各个方面数据的采集和监测。这些传感器可以通过无线通信技术将采集到的数据传输到城市智能巡检云平台，为城市管理提供实时、准确的数据支持。
（2）视频监控巡检
基于视频监控的城市智能巡检方案，通过在城市各个角落安装视频监控设备，实现对城市设施、交通等方面的视频监控。通过机器学习、深度学习和大模型等技术手段对视频数据进行智能处理和分析，自动识别和分析设施损坏、交通拥堵等问题，提供实时的预警和处理方案。这些监控设备可以通过网络将感知到的事件信息传输到城市智能巡检云平台，为城市管理提供实时、准确的数据支持。
（3）无人机巡检
基于无人机的城市智能巡检方案，利用装载在无人机上的多种传感器，如摄像头、红外线相机、激光雷达等，采集城市设施、交通、环境等方面的数据和图像，通过智能处理和分析实现自动识别和分析设施损坏、交通拥堵、环境污染等问题，并利用路径规划技术自动规划巡检路径，最终通过无线通信技术将采集到的数据传输到城市智能巡检云平台，从而实现对城市设施、交通、环境等方面的全面、高效、准确的巡检和监测。无人机巡检方案可以提高城市管理的效率和质量，为城市的可持续发展提供重要支持。
（4）机器人巡检
基于巡逻机器人的城市智能巡检方案，利用装载在巡逻机器人上的多种传感器和智能控制系统，例如摄像头、红外线相机、激光雷达等，实现对城市设施、交通、环境等方面的数据采集和图像获取，并对采集到的数据进行智能处理和分析，自动识别和分析设施损坏、交通拥堵、环境污染等问题。通过巡逻机器人自主巡逻和路径规划技术，实现对城市区域的全面、高效、准确的巡检和监测。
（5）巡逻车巡检
基于巡逻车的城市智能巡检方案，通过装载在巡逻车上的多种传感器和智能控制系统，例如摄像头、红外线相机、激光雷达等，实现对城市设施、交通、环境等方面的数据采集和图像获取。巡逻车采集到的数据经过车载边缘计算设备的智能处理和分析，自动识别和分析设施损坏、交通拥堵、环境污染等问题。
2．基于公交车的城市智能巡检系统应用创新
基于公交车的城市智能巡检系统是一种利用公交车作为移动平台来进行城市巡检的智能系统。由于公交车在城市中广泛运营，这使得基于公交车的巡检系统可以覆盖城市的各个角落，对城市的道路、桥梁、建筑等设施进行全面的巡查。同时，公交车的运行时间长、频率高，因此基于公交车的智能巡检系统可以实时获取城市的各类信息，及时发现问题并进行处理。
与传统智能巡检方式相比，基于公交车的智能巡检系统利用现有的公交车辆资源，减少对传统巡查车辆的依赖，无需额外投入大量的人力和物力，能显著降低巡检成本，同时降低碳排放，有利于城市的环保和可持续发展。
在公交车上安装车载智能摄像头、环保气象等传感器，通过融合感知的方式扫描城市道路信息，连接边缘计算平台与云端进行通信。在城市空间要素识别核心算法方面，云端接收公交的城市数据后，加载到城市智能巡检云平台进行分析，并通过各业务应用平台对外提供服务。云端可辅助城市综合管理决策，实现城市状态感知及运行趋势预测，赋能市政、公安交警、城管、环保等部门的管理及执法工作。具体包括如下内容：
a）数据感知：在公交车上加装AI视频、空气质量传感器、气象传感器、噪声传感器、惯性传感器、GNSS位置等传感器，并通过车载边缘计算设备进行数据融合和事件感知。
b）数据传输层：实时事件产生的数据通过运营商4G或5G网络实时上传至平台，当公交车运营结束回到公交站场后，自动连上公交站场指定WiFi网络，自动备份运行过程中的全部数据。
c）平台层：通过数据传输网络、网关等设备将采集到的各类数据传输到数据库服务器上，包括基础设施数据、基本设备数据、监测数据、视频数据、管理数据、统计分析数据、分析数据等，实现数据共享和交互。同时，平台层也提供公共基础服务，包括数据访问服务、数据集成服务、工作流服务、视频服务、消息服务、用户权限服务、数据加密服务、系统日志服务、系统监控服务等功能[2]。
d）应用层：提供道路设施巡检、交通事件感知、交通违法处罚、气象/环保监测、城市公共管理等功能。
基于公交车的智能巡检系统具有模块化设计，便于维护和升级。随着技术的不断发展，可以通过升级软硬件来提高系统的性能和功能。
3．基于自动驾驶感知技术的城市智能巡检系统应用创新
基于自动驾驶感知技术的城市智能巡检系统实现了数据采集、数据处理、路径规划、自主导航、数据分析和诊断、数据共享和交互等多个环节，从而实现对城市设施和交通的全方位监测和诊断，提高城市管理的效率和精度。
基于自动驾驶技术，城市智能巡检系统可以根据不同的巡检需求和场景实现自主导航和智能感知，无需人工操作，提高巡检效率和安全性，减少人工巡检的时间和成本。
同时可以复用自动驾驶车辆自带的各种传感器、高精度定位及高精度地图等软硬件设施，无需额外感知成本，即可实现对城市环境的全方位感知和监测。
基于自动驾驶感知技术的城市智能巡检系统通常包括以下几个步骤：
a）数据采集：系统复用自动驾驶车辆的多种传感器，包括激光雷达、毫米波雷达、摄像头、超声波传感器等，获取城市设施和交通的实时数据。同时，系统还可以采集气象数据等外部数据，实现多源数据融合。
b）事件感知：自动驾驶车辆的域控制器对采集到的数据进行处理和分析，例如进行图像识别、目标检测、运动轨迹分析等，提取关键信息，生成事件结果并上传至云平台。
c）路径规划：系统根据巡检需求和场景，利用地图和路径规划算法，生成最优的巡检路径。
d）自主导航：系统利用自动驾驶技术，自主驾驶巡检车辆在城市中行驶，无需人工操作。
e）数据分析和诊断：云平台对采集到的数据进行分析和诊断，例如对设施的使用情况、交通流量、气象变化等进行分析，提供数据支持和决策建议。
f）数据共享和交互：云平台可以将采集到的数据共享给其他城市管理部门或企业，以实现更加细致和全面的城市管理和服务。同时，系统也可以接收其他部门或企业提供的数据，实现数据交互和协同。
基于自动驾驶感知技术的城市智能巡检系统应用创新，可以实现对城市设施和交通的全方位监测和诊断，提高城市管理的效率和精度，为城市的可持续发展做出贡献。
4．城市智能巡检云平台
城市智能巡检云平台是一种利用物联网、云计算、大数据等技术，以城市管理为应用场景，实现城市管理自动化、智能化的平台。其主要目的是提高城市管理的效率、降低人力成本和管理成本，并为城市管理部门提供更加便捷、高效的管理手段，平台应具备以下功能：
a）基础设施信息管理：对城市基础设施进行信息管理，包括设施的位置、类型、属性、状态等信息。
b）巡检计划管理：可以制定、编辑和管理巡检计划，包括巡检时间、巡检区域、巡检内容等。
c）巡检任务派发：将巡检计划分配给相应的巡检人员，并安排巡检路线。
d）巡检数据采集：巡检人员在巡检过程中采集相关数据，如设备运行状态、异常信息等。
e）异常报告管理：对巡检过程中发现的异常情况进行记录和处理，并及时向相关人员报告。
f）巡检数据分析：对巡检数据进行分析和统计，以便于评估设备的运行状态和维护需求。
g）设备管理：对巡检的设备进行管理，包括设备档案、设备维护记录、设备维修记录等。
h）巡检报告生成：自动生成巡检报告，包括巡检数据、巡检结果、异常情况等。
i）数据共享和交互：平台可以将采集到的数据共享给其他城市管理部门或企业。
（三）城市智能巡检发展趋势
城市智能巡检作为城市管理领域的一个重要应用场景，具有广阔的发展前景和潜力。以下是城市智能巡检的发展趋势：
（1）智能化：城市智能巡检将更加智能化，利用机器学习、深度学习和大模型等技术，实现自主学习和优化，提高巡检效率和准确率。
（2）自动化：城市智能巡检将更加自动化，利用物联网、传感器等技术，实现设备自动巡检和数据自动采集，降低人力成本和管理成本。
（3）数据化：城市智能巡检将更加数据化，利用大数据技术，对巡检数据进行深度挖掘和分析，为城市管理决策提供数据支持。
（4）共享化：城市智能巡检将更加共享化，实现与其他城市管理系统的数据共享和互通，为城市管理提供全面、准确的数据支持。
（5）个性化：城市智能巡检将更加个性化，针对不同城市管理需求，实现定制化的巡检方案和巡检路线，提高巡检效率和准确率。
（6）生态化：城市智能巡检将更加生态化，与城市管理的其他领域相互协同，形成一个完整的城市管理生态系统，实现全面的城市管理。
参考文献
[1] 彭道刚,周威仪,葛明,等.发电厂智能巡检机器人关键技术及应用发展趋势[J].自动化仪表, 2023, 44(7):1-7.
[2] 于俊高,张书浆,张瑞雪.浅谈智慧水务一体化平台建设思路[J].智能建筑,2021(10):32-34.
