梁建勇

(廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，高速公路建設進入了一個快速發(fā)展時期，隧道建設也隨之增多。隧道因其環(huán)境封閉性，一旦發(fā)生交通事故將給救援帶來很大難度，因此安全管理是隧道運營的艱巨任務之一[1]。如何提高隧道安全運營水平，是專家和隧道管理人員一直關(guān)注研究的問題。近年來，隨著新興技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應用為解決傳統(tǒng)交通難題提供了新方案[2]。因此，利用新興技術(shù)快速發(fā)展與應用的契機，創(chuàng)新隧道管理、應急與服務協(xié)同運營模式，建設高速公路隧道智能管控平臺，實現(xiàn)要素智能化，管理無人化，業(yè)務平臺化、協(xié)同化[3]，并在工程應用中解決實際問題，具有良好的經(jīng)濟效益、安全效益及社會效益。

1 隧道信息化建設需求分析

高速公路隧道因其地理位置的關(guān)鍵性、環(huán)境的封閉性、結(jié)構(gòu)的復雜性，極易發(fā)生交通事故，如不及時處置將導致二次事故的發(fā)生。隧道內(nèi)一旦發(fā)生事故，會給救援帶來極大的挑戰(zhàn)。為了提高隧道管理效率和運營安全，隧道的一體化管控平臺有以下需求。

1.1 異常事件自動檢測與報警需求

目前靠人工視頻巡檢發(fā)現(xiàn)異常事件的效率非常低，不能及時發(fā)現(xiàn)交通事故，容易在隧道內(nèi)造成二次事故。為此，需要將人工智能、云計算等新技術(shù)應用到隧道內(nèi)事件檢測，可實現(xiàn)隧道內(nèi)高精度的事件監(jiān)測，第一時間發(fā)現(xiàn)事故并及時處置，從而提高隧道安全運營水平。

1.2 日常管控可視化需求

設計隧道機電設施信息模型，實現(xiàn)控制方案的可視化編輯與可視化執(zhí)行。隧道管理人員在遠程巡查發(fā)現(xiàn)問題或應急事件發(fā)生時，可直接在可視化場景下對相關(guān)設備進行管控操作，以提高管理效率，降低隧道運營管理成本。

1.3 應急管控流程化需求

通過隧道智能管控平臺，根據(jù)事件類型等級自動生成預案，一鍵執(zhí)行一鍵恢復，形成日常監(jiān)測自動化、事件啟動流程化、信息報送快速化、應急處置精細化全過程的閉環(huán)管控，這是提高異常事件處置效率的核心需求。

1.4 運營數(shù)據(jù)深度挖掘需求

傳統(tǒng)的高速公路數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)主要是把數(shù)據(jù)保存下來以報表形式展示，并沒有對數(shù)據(jù)進一步挖掘以獲取深度信息。為此，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對交通、環(huán)境、電力等海量數(shù)據(jù)通過算法搜索隱藏于其中信息，可實現(xiàn)高速公路隧道節(jié)能管理和減少異常事件發(fā)生的概率，是提高高速公路安全節(jié)能運營的重要需求。

2 隧道一體化管控平臺設計

2.1 平臺架構(gòu)

本文從數(shù)據(jù)采集、綜合管控、業(yè)務協(xié)同、信息服務四個方面進行平臺功能設計，融合應用大數(shù)據(jù)、機器學習、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，解決公路隧道機電設備集中管理、聯(lián)動控制、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務協(xié)同等問題。隧道智能管控一體化平臺的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 隧道智能管控一體化平臺的系統(tǒng)架構(gòu)

設備層是構(gòu)建高速公路隧道數(shù)字化環(huán)境的基礎，包括對車、基礎設施、環(huán)境等信息的感知，感知的類型包括交通狀態(tài)、設備運行狀態(tài)、異常事件、氣象等。

網(wǎng)絡層是通過光纖為設備數(shù)據(jù)傳輸提供通信服務。

數(shù)據(jù)層是用于建設公路隧道基礎數(shù)據(jù)庫、業(yè)務數(shù)據(jù)庫等，并對原始數(shù)據(jù)進行過濾、清洗、分析，構(gòu)建應急管理、養(yǎng)護管理、信息服務等。

支撐層為實現(xiàn)信息共享、應用系統(tǒng)功能、業(yè)務協(xié)同工作提供技術(shù)支撐，主要包括GIS地圖、數(shù)據(jù)交換共享技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等。

應用層圍繞隧道運營管理的核心業(yè)務，構(gòu)建綜合監(jiān)控系統(tǒng)、應急指揮系統(tǒng)、專家決策、平臺管理等系統(tǒng)功能。支撐隧道綜合管控平臺，使其功能更加強大、策略更加科學、決策更加優(yōu)化。

2.2 平臺功能

2.2.1 設備管控

2.2.1.1 設備監(jiān)控

在隧道管理控制界面中展示隧道機電設備運行狀態(tài)，可對交通燈、車道指示器、情報板、防火門、風機、隧道廣播、電力監(jiān)控等設備進行單控和群控。實時展示隧道內(nèi)CO/VI檢測儀、能見度檢測儀、風速風向檢測儀的監(jiān)測數(shù)值。每個隧道安裝調(diào)光系統(tǒng)達到“車來燈亮，車走燈滅”的節(jié)能模式，在平臺上可實時查看燈的亮度。

2.2.1.2 事件報警

隧道內(nèi)布設了事件檢測、火災報警系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和雷達視頻融合事件檢測系統(tǒng)等與行車安全相關(guān)的子系統(tǒng)，對交通事件、火災事件和環(huán)境氣象變化等實現(xiàn)及時自動報警。這些子系統(tǒng)的報警數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸?shù)揭惑w化管控平臺，平臺收到報警數(shù)據(jù)后實時推送到用戶界面并報警彈框，極大提高了事件處理效率，保障了高速公路行車安全。

2.2.1.3 設備故障報警

平臺能檢測到設備離線狀態(tài)、采集設備的故障告警并自動保存到數(shù)據(jù)庫中，包括設備名稱、設備樁號、設備類型、故障類型、故障時間等詳細信息，故障信息通過App實時推送給值班的維護人員，維護人員到現(xiàn)場檢修后可在機電設備管理中補充完善相關(guān)設備故障信息。

2.2.1.4 視頻聯(lián)動

平臺接入隧道內(nèi)和道路全部視頻并能切換調(diào)度管理，當平臺收到報警信息時能根據(jù)事件發(fā)生現(xiàn)場樁號自動切換附近視頻到電視墻，能夠及時快速掌握現(xiàn)場情況，同時也能通過手機端實時查看現(xiàn)場視頻。

2.2.2 應急指揮

2.2.2.1 應急預案管理

平臺能實現(xiàn)隧道應急預案管理，目前已配置火災事故、?；肥鹿?、污染物濃度超標、交通事故、隧道擁堵、養(yǎng)護作業(yè)等應急處置方案，根據(jù)事件發(fā)生現(xiàn)場樁號和事件類型平臺能夠按自建應急預案模型自動快速生成相對應的隧道設備控制預案，在執(zhí)行預案前可修改預案的內(nèi)容，事件結(jié)束之后能一鍵恢復執(zhí)行預案前設備狀態(tài)。

2.2.2.2 應急處置

可通過人工、雷達視頻檢測系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)等方式觸發(fā)平臺的事件報警，經(jīng)過人工確認之后進入應急處置界面，應急處置界面具備清晰明了的預案處置流程，包括視頻監(jiān)控畫面切換、隧道設備預案控制、交通誘導、一鍵通知等。流程化處置讓監(jiān)控員處理事件減少錯誤，避免不當?shù)牟僮鳌?/p>

2.2.2.3 指揮調(diào)度

通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)隧道事故處置過程中各單位處置信息共享和協(xié)調(diào)調(diào)度，平臺提供事件處置人員列表，可在列表中選擇人員進行語音或視頻會話，在視頻指揮群中發(fā)送圖片、文字、文件等信息，從而實現(xiàn)與事件處置人員及時溝通，實時共享，確保以最快的速度、最優(yōu)的方案完成事件指揮調(diào)度處理，提高異常事件處置效率。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析

2.2.3.1 異常事件統(tǒng)計分析

平臺提供異常事件報表查詢及導出功能，可對異常事件統(tǒng)計分析，主要包括異常事件類型分布、事件發(fā)生的時間分布、事件報警來源分布，通過分析異常事件發(fā)生的特性采取相應措施減少事件發(fā)生的概率。

2.2.3.2 交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

按天/月/年統(tǒng)計分析高速公路隧道的交通量數(shù)據(jù)，并以圖表的形式展示分析結(jié)果，可導出數(shù)據(jù)分析表格。通過大數(shù)據(jù)分析交通流量數(shù)據(jù)識別高速公路異常交通狀態(tài)，對提升高速公路管理水平和服務水平具有重要的作用。

2.2.3.3 電力數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

平臺采集保存隧道用電回路電壓、電流、有功功率、用電量，并以圖表的形式展示分析結(jié)果，可導出數(shù)據(jù)分析表格。持續(xù)監(jiān)測隧道內(nèi)用電設備的能耗，根據(jù)云端大數(shù)據(jù)的計算，建立用電設備的動態(tài)模型，智能生成調(diào)光模型參數(shù)并執(zhí)行節(jié)能方案，實現(xiàn)高速公路隧道節(jié)能管理。

2.2.3.4 設備故障統(tǒng)計分析

按天/月/年統(tǒng)計分析高速公路隧道的機電設備在線率、完好率、故障率數(shù)據(jù)，并以圖表的形式展示分析結(jié)果，可導出數(shù)據(jù)分析表格。

2.2.3.5 環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析隧道CO/VI、NO2、洞內(nèi)外亮度、風速風向數(shù)據(jù)，以圖表的形式展示分析結(jié)果，可導出統(tǒng)計分析報告，為隧道環(huán)境的綜合分析和研判提供數(shù)據(jù)支持。

3 技術(shù)特點

平臺建立了隧道一體化管控與事件快捷處理協(xié)同模式，提出了統(tǒng)一數(shù)據(jù)編碼標準，開發(fā)了集隧道設備控制、事件預警、綜合管控、交通誘導、應急處置、指揮調(diào)度、智能節(jié)能、運營數(shù)據(jù)挖掘等為一體的智能化、多級隧道管控平臺。

3.1 系統(tǒng)集成度高，預案管控專業(yè)精準

形成電力監(jiān)控、緊急電話、交通控制、視頻監(jiān)控、事件檢測、情報板等隧道機電設備的集中管理和聯(lián)動控制，各功能子系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，業(yè)務協(xié)同，實現(xiàn)多種事件工況下聯(lián)動控制預案，控制預案自動化、流程化，提高了隧道綜合管控能力和管理的主動性，業(yè)務效能明顯提升。

3.2 高效可視化的應急指揮調(diào)度

平臺響應異常事件報警啟動應急預案并進行應急處置和協(xié)作指揮，各單位通過平臺快速交換最新的信息，為快速處理異常事件提供科學手段，為科學決策提供有效依據(jù)。平臺通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了資源和信息的匯集，使得異常事件處理能夠統(tǒng)一指揮調(diào)度、高效處置，有力提升了運營單位的應急處置能力，保障了隧道安全運營。

3.3 運營數(shù)據(jù)加工處理，挖掘深度信息

在運營過程中積累大量交通流量、環(huán)境數(shù)據(jù)等信息，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)開發(fā)和利用，識別高速公路異常交通狀態(tài)，發(fā)出安全預警與智能化的控制誘導，深化對異常事件發(fā)生時的交通組織與快速救援。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)+綠色交通能效管理

采用物聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，持續(xù)監(jiān)測隧道內(nèi)用電設備的能耗，基于監(jiān)測結(jié)果，建立用電設備的動態(tài)模型，智能生成并執(zhí)行節(jié)能方案，實現(xiàn)隧道節(jié)能管理。建立能耗平臺大數(shù)據(jù)庫，并進行大數(shù)據(jù)分析，完善隧道照明數(shù)據(jù)模型，該數(shù)據(jù)庫作為后期制定照明控制策略的數(shù)據(jù)支撐，隨著采集數(shù)據(jù)量的增加，數(shù)據(jù)模型和照明控制策略將越來越精確。

4 都巴高速公路隧道一體化管控平臺案例

廣西賀州至巴馬(都安至巴馬段)高速公路項目主線長120.049 km，全線共設置32座隧道，橋隧比高達46%，整條路關(guān)聯(lián)機電設備數(shù)量多，日常管理運維成本高。因此，隧道一體化管控平臺建設勢在必行。

該平臺主要包含綜合監(jiān)控模塊、指揮調(diào)度模塊、數(shù)據(jù)分析模塊等，實現(xiàn)了從監(jiān)控、處置到分析的流程閉環(huán)，在綜合監(jiān)控中實現(xiàn)了對通風、照明、交通控制與誘導等機電設備的統(tǒng)一控制和運行狀態(tài)監(jiān)測。先進的感知系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)的異常事件，收到報警后自動聯(lián)動事件附近的攝像機獲知現(xiàn)場畫面，監(jiān)控員根據(jù)現(xiàn)場情況判定事件等級，平臺根據(jù)事件等級結(jié)果調(diào)取相關(guān)的應急預案并進行交通誘導。數(shù)據(jù)分析模塊利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對運營數(shù)據(jù)加工處理，挖掘深度信息。

結(jié)合都巴高速公路的實際運行情況，通過隧道智能管控一體化平臺的建設，實現(xiàn)了隧道設備集中監(jiān)控和異常事件應急指揮調(diào)度，減少了監(jiān)控人員的日常監(jiān)控負擔，提高了事件處置效率。

5 結(jié)語

本文從隧道信息化建設需求、平臺架構(gòu)、平臺功能和技術(shù)特點等方面分析并設計了隧道智能管控一體化平臺，將平臺在都巴高速公路進行了試點應用。平臺的構(gòu)建實現(xiàn)了從監(jiān)控、處置到分析的流程閉環(huán)。將各個子系統(tǒng)整合到一個平臺上，加強了隧道一體化監(jiān)測和管理，提升了隧道設備聯(lián)動和事件應急處置能力。高速公路隧道一體化智慧管控平臺建設，解決了公路隧道機電設備集中管理、聯(lián)動控制、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務協(xié)同等問題，提高了隧道綜合管理能力與服務水平，為打造“安全，智能，綠色”的高速公路隧道奠定了基礎。