胡治國，羅 瑜，楊新輝，秦大為，李敬鋒，曾鉦淇，湯永成，吳振威

(廣東飛達交通工程有限公司，廣東 廣州 610663)

0 引 言

近年來，黨中央、國務(wù)院有關(guān)安全生產(chǎn)工作重要指示批示精神全面貫徹落實，全面提升了公路隧道防災減災救災能力，預防和減少了公路隧道交通事故特別是重特大交通事故的發(fā)生。近5年，交通運輸部先后開展全國公路隧道安全隱患排查治理、安全風險防控、提質(zhì)升級3次專項行動，可見黨和國家對于隧道安全通行的重視。而隧道安全通行涉及到隧道設(shè)施、機電設(shè)備、行駛車輛等多種要素，需要在大量的實際案例中找到滿足各種隧道安全的管控方案。

1 現(xiàn)狀問題

現(xiàn)階段隧道安全管理主要存在以下問題急需解決：

重點營運車輛的異常行為缺乏預警；

隧道環(huán)境變化難以及時有效地感知；

機電設(shè)備設(shè)施的可用性無法保證；

機電設(shè)備可控性不穩(wěn)定；

各機電子系統(tǒng)缺乏信息融合，難以實現(xiàn)互聯(lián)互通；

聯(lián)動預案缺乏智能引導，操作復雜、時效性差。

2 解決方案

2.1 總體架構(gòu)

本系統(tǒng)將隧道中的設(shè)備設(shè)施狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)(照度、亮度、有毒氣體濃度、積水等)、交通參數(shù)(車流量、車速)、重點營運車輛狀態(tài)、消防保障系統(tǒng)狀態(tài)、通信傳輸系統(tǒng)狀態(tài)等影響隧道安全通行的數(shù)據(jù)進行實時采集，對采集數(shù)據(jù)進行深度數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘，建立可即時插拔及靈活配置的數(shù)據(jù)中臺，在統(tǒng)一的控制平臺上進行統(tǒng)一展示、統(tǒng)一告警、統(tǒng)一處置，形成互聯(lián)互通的一體化動態(tài)管控平臺。系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

2.2 方案思路

(1)多元感知

通過高清卡口抓拍、視頻事件識別、雷達監(jiān)測、重點營運車輛動態(tài)監(jiān)測、智能消防測控、RSU路側(cè)識別、環(huán)境、氣象監(jiān)測、紅外熱成像等手段形成多元感知方案，對隧道環(huán)境、設(shè)備及進入隧道的車輛進行實時跟蹤管控，提供有效的預警機制。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

(2)多源數(shù)據(jù)融合

當有事件發(fā)生時，通過多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、多重校驗、綜合研判，多元、多角度、多方式同時檢測與判斷隧道安全事件，提高檢測速度及判斷準確性。

(3)精準處置

根據(jù)安全管理模型進行分級處理、應急聯(lián)動，針對不同路段不同管理方定制應急聯(lián)動預案、提高事件處置的靈活性。

2.3 主要功能

本解決方案的核心功能主要是圍繞實時感知環(huán)境變化、保障基礎(chǔ)機電設(shè)備可用可控、全面監(jiān)控重點運營車輛、應急處置聯(lián)動控制來進行設(shè)計。

(1)重點營運車輛實時監(jiān)測

重點運營車輛一旦進入路段，通過“重點營運車輛管理系統(tǒng)”中的車輛靜態(tài)信息可獲取車牌號、貨品類別(精準救援)、運證時效以及車輛的動態(tài)軌跡信息等。進入隧道前，路段主線上的車輛動態(tài)軌跡信息只要結(jié)合“AI視頻事件識別系統(tǒng)”，就能對車輛異常行駛狀態(tài)進行精準檢測并及時告警；進入隧道后，結(jié)合進出隧道口的高清卡口、AI視頻事件識別、雷達監(jiān)測等多元感知手段，通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、多重校驗、綜合研判，能第一時間發(fā)現(xiàn)重點營運車輛行使狀態(tài)異常，并自動在監(jiān)控中心大屏進行彈窗告警提醒，為路段管理方提供實時有效、及時準確的預警機制。

(2)實時感知隧道環(huán)境變化

通過多元化的感知設(shè)備對隧道內(nèi)風速風向、能見度、亮度照度、一氧化碳、煙霧等環(huán)境參素進行實時監(jiān)測，當監(jiān)測到某個環(huán)境參數(shù)超過閾值時則即時告警。

通過AI視頻事件識別功能，對進入隧道的車輛進行實時視頻識別，當有車輛超速、違停、逆行、拋灑物體、氣體泄漏、起火等事件發(fā)生時，系統(tǒng)將實時告警。事件確認后將會在PC端、監(jiān)控中心大屏端、移動端進行聯(lián)動事件處置。目前我們的視頻事件識別已具備：車輛停止、車輛逆行、違規(guī)行人、拋灑物、路障等多種事件識別以及煙霧檢測、車流量統(tǒng)計、交通參數(shù)檢測、車輛信息識別等功能。在2020年路達組織的9家廠家參與的現(xiàn)場測試中，我們的技術(shù)得分第一名；2020年“小谷圍”AI算法專題賽以技術(shù)評分第三名進入決賽，最后獲得“優(yōu)秀團隊獎”。事件數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總見圖2。

圖2 視頻事件檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

(3)設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測

隧道內(nèi)的主要設(shè)備有：環(huán)境設(shè)備(照度、亮度、一氧化碳、能見度、風向風速)、視頻設(shè)備(攝像機)、消防設(shè)備(風機、卷簾門、消防栓、高低位水池、滅火器、煙霧傳感器、報警器)、照明設(shè)備、交通指示設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備(服務(wù)器、交換機、中繼設(shè)備、光電纜、緊急電話)、電力設(shè)備等。隧道內(nèi)設(shè)備狀態(tài)保持正?？捎檬撬淼腊踩幕A(chǔ)保障，也是路段管理方的主要責任。本系統(tǒng)可以24 h不間斷自動對隧道設(shè)備進行巡檢，也可以按區(qū)域、設(shè)備類型、時段等進行手動定向巡檢，當發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障時可以自動一鍵派單給設(shè)備養(yǎng)護人員，設(shè)備養(yǎng)護人員可以通過移動APP接收任務(wù)，設(shè)備修復好后在APP上可以直接反饋給管理系統(tǒng)，管理人員確認后關(guān)閉問題。

(4)設(shè)備控制可視化

設(shè)備遠程控制包括對隧道內(nèi)攝像機角度及縮放控制、交通指示燈控制、智能調(diào)光控制、風機轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速控制、卷簾門升降控制、消防設(shè)備控制等。本系統(tǒng)可以對設(shè)備進行單個或批量控制，控制后將有現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的視頻自動彈出，節(jié)省了監(jiān)控員主動調(diào)用設(shè)備視頻的時間，大大提高管理效率。

(5)應急處置聯(lián)動控制

深度整合事件檢測、重點營運車輛、卡口、火災報警等系統(tǒng)，構(gòu)建“監(jiān)測—預警—處置—聯(lián)動”的安全管控業(yè)務(wù)閉環(huán)，根據(jù)不同路段業(yè)主的管理制度建立不同的應急預案，融合路段附近的消防、交警、路政、拯救、醫(yī)院、修理、加油站等資源。當發(fā)生緊急情況時能夠快速執(zhí)行預案、調(diào)動資源、聯(lián)合控制。

3 系統(tǒng)特點

3.1 通行狀態(tài)實時感知

結(jié)合門架、卡口、視頻分析、重點營運車輛、雷達、路測單元等數(shù)據(jù)綜合評估評判斷每個隧道的通行狀態(tài)，給運營人員提供參考，方便運營人員及時處理道路擁堵等交通事件。

3.2 安全要素全方位監(jiān)測

重點營運車輛動態(tài)監(jiān)測、AI視頻事件分析、光纜電纜檢測、環(huán)境檢測、隧道機電設(shè)備狀態(tài)檢測等多種手段對安全要素進行全方位監(jiān)測。

(1)告警準確率高

各子系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)分析、告警多重校驗、綜合研判，提高告警準確率。

(2)應急處置與聯(lián)動控制

根據(jù)安全管理模型進行分級處理、應急處置，針對不同路段不同管理方定制應急處置預案，提高事件處置的靈活性；可聯(lián)動控制事件關(guān)聯(lián)的設(shè)備，達到及時響應、快速處置的效果。

(3)高內(nèi)聚、松耦合架構(gòu)

各子系統(tǒng)之間具有高內(nèi)聚、松耦合的特點，每個子系統(tǒng)均可獨立安裝使用，也可以聚合使用。

(4)高擴展性

系統(tǒng)功能目前主要應用場景是高速公路隧道，但基于現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)物特點補充相應的感知設(shè)備即可快速擴展到大型橋梁、高邊坡、長陡坡、軟基等特殊結(jié)構(gòu)物等場景，也可以在高速公路全線全覆蓋應用。

4 應用案例

4.1 紫惠高速“隧道通行安全管控系統(tǒng)”

紫惠高速隧道安全管控系統(tǒng)于2020年實施，包含重點營運車輛管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、AI視頻事件識別、設(shè)備遠程控制、智慧消防管控等多個子系統(tǒng)，覆蓋了3個隧道約3.4 km隧道(雙向)，現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，為隧道安全提供了可靠、高效、精準的統(tǒng)一管控平臺。

4.2 新陽高速“AI視頻事件識別系統(tǒng)”

新陽高速的“AI視頻事件識別系統(tǒng)”項目于2019年實施，總共包含64路，4臺服務(wù)器，覆蓋了5個約3 km隧道和18路路面約10 km，識別準確率大于90%，大大提高了業(yè)主的運營管理效率。

4.3 揭惠高速“特長隧道?；奋囕v實時監(jiān)測”系統(tǒng)

揭惠高速為了對小北山等隧道內(nèi)的?；奋囘M行實時監(jiān)測，于2021年2月份部署實施了“重點營運車輛動態(tài)管控系統(tǒng)”，于2021年4月初部署實施了“視頻事件檢測系統(tǒng)”，對通過隧道的重點營運車輛進行實時動態(tài)監(jiān)測。2021年4月30日中午12點22分，揭惠高速小北山2隧道往惠來方向K20+670處發(fā)生車輛著火。隧道視頻事件識別檢測系統(tǒng)第一時間檢測到事件并及時告警，使運營管理人員第一時間知曉并及時處理，成功快速地處置這一緊急事件，避免了人員傷亡和財產(chǎn)的損失。在2021年上半年廣東省交通廳組織的“運輸行業(yè)科技興安和案例宣教創(chuàng)新案例”征集活動中，揭惠高速的《特長隧道危化品車輛事故應急演練教材》被評為安全宣教優(yōu)秀精品課件“特別優(yōu)秀案例”獎。

4.4 仁新高速“特長隧道風機控制方案”

仁新高速“特長隧道風機控制方案”于2018年在青云山特長隧道實施。根據(jù)特長隧道的長度、地理地貌、周邊環(huán)境、氣候特點以及隧道火災成災原理，對隧道風機的類別、安裝位置、安裝技術(shù)等進行設(shè)計，對隧道可能的火災場景進行模擬和分析，設(shè)計出火災情景下風機的控制方式及逃生救援預案。經(jīng)過多次現(xiàn)場模擬演練，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、設(shè)備可用可控、可高效聯(lián)動控制，為青云山隧道安全保駕護航。

4.5 新博高速“智能調(diào)光系統(tǒng)”

新博高速“智能調(diào)光系統(tǒng)”于2020年實施。由于人體視覺特點，進出隧道時容易形成“黑洞效應”及“白洞效應”，從而造成安全事故?；诖诉M行智能調(diào)光方案設(shè)計及實施，當有車輛即將進入或駛出隧道時，智能調(diào)光系統(tǒng)能夠自動控制隧道口的亮燈數(shù)量及光亮強度，減少洞內(nèi)外的亮度差，減少視覺滯后帶來的偏差，達到隧道內(nèi)安全行駛及環(huán)保節(jié)能的效果。

5 結(jié)束語

本文主要研究了高速公路隧道安全技術(shù)實現(xiàn)方案，對重點營運車輛的實時監(jiān)管、設(shè)備狀態(tài)的動態(tài)管控、隧道環(huán)境的感知及控制、交通事件的實時檢測、設(shè)備控制的可視化等功能通過案例進行實驗，可為隧道的運營管理提供參考解決方案。未來將對事件的緊急聯(lián)動、設(shè)備的精細管理與控制做進一步的優(yōu)化實驗與探索，讓隧道安全通行的整體解決方案做到人性化、智能化、數(shù)字化。