景峻、李杰、桑中山、馬玉樓、張英潮、宋增磊

（山東高速信息集團有限公司，山東 濟南 250101）

0 引言

公路交通建設一直是我國基礎建設的重中之重。隨著公路建設向內(nèi)陸山地地區(qū)的不斷推進，隧道工程的建設也越來越多。據(jù)統(tǒng)計，自21 世紀以來，我國公路隧道數(shù)量年均增長高達20%。截至2022 年底，全國公路隧道數(shù)量和總里程分別達到24850 處和26784km。這使得我國成為世界上隧道建設數(shù)量和里程排名前列的國家。雖然隧道工程建設面臨著艱巨的挑戰(zhàn)，但也因此促進了隧道工程技術的發(fā)展，隧道的運維管理工作也越來越受到各級部門的重視。

隨著5G、量子計算、移動互聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術與交通運輸行業(yè)的加速融合，“智慧高速（Smart Highway）”建設顯得尤為必要。傳統(tǒng)高速公路與智慧高速公路最大的區(qū)別在于，智慧高速公路通過構建及時準確的感知系統(tǒng)、暢通互聯(lián)的網(wǎng)絡系統(tǒng)、快速安全的決策系統(tǒng)和即時廣泛的管理服務系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速公路的快速、安全、智能和綠色發(fā)展，滿足新時期人民群眾高質(zhì)量出行的需求。

山東高速信息集團通過對基于OpenHarmony 物聯(lián)網(wǎng)等技術的研究，成功推出一套智慧運維解決方案，以鴻蒙智能控制器為基礎，適用于現(xiàn)役高速公路隧道。該解決方案優(yōu)化了設備連接流程，降低了運維復雜難度。該成果已在杭山東隧道的運營中取得初步成效。

1 鴻蒙智能控制器

目前，傳統(tǒng)隧道內(nèi)機電設備的控制主要通過PLC完成。然而，在市場上占主導地位的PLC 大多由國外廠家生產(chǎn)，系統(tǒng)開放程度低，存在嚴重的壁壘問題；缺乏統(tǒng)一的開發(fā)語言和行業(yè)標準，導致協(xié)議數(shù)據(jù)難以互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)孤島效應明顯；復用能力差，低水平重復建設多；隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)融合難度進一步增大，復用能力差，低水平重復建設更為突出。同時，由于PLC 的狀態(tài)信息多為簡單的開關量，隧道機電設備與PLC 之間需要大量電纜進行控制和信息采集，難以反映設備的真實運行狀況，增加了運維巡檢人員的負擔和巡檢工作量。

該項目提出了一種新的解決方案，即采用基于OpenHarmony 開源系統(tǒng)的智能控制器替代隧道內(nèi)PLC 設備。鴻蒙控制器是一款物聯(lián)網(wǎng)控制器，運行基于鴻蒙操作系統(tǒng)的固件，具有智能化、高效能、安全可靠等特點，還支持多種通訊協(xié)議與設備進行通信。設備連接如圖1 所示。

圖1 設備連接示意圖

智能控制器具備工業(yè)環(huán)境部署能力，可廣泛應用于隧道內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)、通風照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、交通誘導系統(tǒng)的監(jiān)控與控制。除此之外，智能控制器還完全具備普通PLC 的控制采集功能。目前，智能控制器已經(jīng)實現(xiàn)了對多種設備的狀態(tài)采集和控制，例如車道指示器、風機、卷簾門、交通信號燈、CO/VI 檢測器、風速風向檢測器、光強檢測器和風機震動檢測器等。設備基于OpenHarmony 開源操作系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的PLC 系統(tǒng)具備更強的開發(fā)性和可演進性。

OpenHarmony 是一個由開放原子開源基金會（OpenAtom Foundation）孵化及運營的開源項目，是一個側重于分布式終端設備的智能化、現(xiàn)代化操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)具備完整的功能。OpenHarmony 開源發(fā)布，能夠?qū)崿F(xiàn)對源碼的安全質(zhì)量檢驗，且由國內(nèi)自主開源組織運營，源碼托管于國內(nèi)開源社區(qū)，能夠?qū)崿F(xiàn)完全的自主可控。

2 綜合管控

濟青中線杭山東智慧隧道綜合管控平臺（見圖2）是一款集隧道設備日常管理、參數(shù)采集、火災報警、電力監(jiān)控、隧道內(nèi)情報板發(fā)布等于一體的綜合化管理平臺。該平臺能夠?qū)崟r操控隧道內(nèi)設備（如車道指示器、風機、照明燈、卷簾門等）、實時監(jiān)測設備狀態(tài)、電力儀表數(shù)據(jù)，并具備發(fā)布洞內(nèi)情報板等功能。用戶可以通過瀏覽器完成隧道狀態(tài)監(jiān)測、運維管理、應急處置等工作流程。該系統(tǒng)采用模塊化結構設計，具備完善的應急響應預案，支持多場景部署及遷移，支持分布式部署，可以實現(xiàn)隧道管理所就地控制、管理分中心遠程決策指揮，以及監(jiān)測成果和預警信息綜合管理展示[1]。

圖2 智慧隧道綜合管控平臺

該平臺采用先進的信息技術和傳感器技術，能夠?qū)崿F(xiàn)對隧道中的交通流、安全、環(huán)境等多方面情況的監(jiān)測和管控。

交通流監(jiān)測：通過雷視一體感知等設備，實時監(jiān)測隧道內(nèi)的車流、人流等信息，分析交通流量、密度、速度等，提供交通流量可視化數(shù)據(jù)分析與監(jiān)控。

安全監(jiān)控：通過安裝視頻監(jiān)控設備、火災報警設備等，實時監(jiān)控隧道內(nèi)的安全狀況，發(fā)生交通事故、火災等安全事件時，平臺會及時報警并進行應急處理。

氣象環(huán)境監(jiān)測：通過安裝環(huán)境監(jiān)測設備，實現(xiàn)對隧道內(nèi)COVI 等污染物濃度的監(jiān)控，保障隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量，防止因污染引起健康問題。

照明控制：通過可調(diào)節(jié)光照的燈控系統(tǒng)，實現(xiàn)對隧道內(nèi)照明的控制，節(jié)能降耗，提高安全性。

事件管理：通過事件管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對隧道內(nèi)交通事故、突發(fā)事件的分類、記錄和處理，并提供事件分析報告。

數(shù)據(jù)分析：通過數(shù)據(jù)采集、處理和分析，得到隧道內(nèi)交通流、安全事件等大數(shù)據(jù)，為交通管理部門提供科學的數(shù)據(jù)支持，有助于優(yōu)化交通運行。

隧道數(shù)字孿生模型以高精地圖數(shù)據(jù)和服務為基礎，通過場景空間位置信息還原，可實現(xiàn)隧道實時狀態(tài)的數(shù)字孿生場景構建與隧道真實場景復現(xiàn)（見圖3）。包含道路標線、道路區(qū)域、各類機電設施的真實紋理模型搭建，對車道指示器、風機、風速風向檢測器等主要設備位置進行準確標定等。將實時感知數(shù)據(jù)傳輸至模型中，即可實時顯示設備狀態(tài)和數(shù)據(jù)[2]。

圖3 數(shù)字孿生場景圖

3 智能運維

基于開源鴻蒙的智能運維體系，能夠?qū)崿F(xiàn)機電狀態(tài)實時監(jiān)測、機電設備智能管養(yǎng)。中心管理人員結合養(yǎng)護方案和綜合管控平臺對機電設備進行健康檢查，制定針對性的巡檢計劃，能夠降低巡檢投入，提升工作效率（見圖4）。

圖4 智能巡檢計劃制定

隧道設備控制由原PLC 集中式控制轉為鴻蒙控制器分布式控制，能夠減少控制器單點故障對設備的影響范圍。同時，采用OpenHarmony 輕量系統(tǒng)的鴻蒙控制器，其具有高實時性和高穩(wěn)定性優(yōu)點。鴻蒙控制器能夠主動上傳設備狀態(tài)，真正做到秒級響應。

鴻蒙智能本地控制器支持更為便捷的智能巡檢功能。巡檢員在隧道內(nèi)使用手持終端通過NFC 標簽“碰一碰”與控制器直連，可以快速獲取機電狀態(tài)（見圖5），并現(xiàn)場確認機電狀態(tài)是否正常。在應急處置的極端場景下（傳輸中斷），獲得授權的應急人員可以在隧道內(nèi)通過手持終端“碰一碰”控制器對機電設備進行控制，實現(xiàn)臨時管控。此外，在隧道機電設備維修之后，獲得授權的維修人員通過手持終端連接控制器，可以實現(xiàn)對機電設備的功能檢查[3]。在這種工作模式下，運維工作效率可提升一倍。

圖5 碰一碰手機巡檢

除上述功能外，鴻蒙智能控制器還具有以下優(yōu)勢：

第一，鴻蒙智能本地控制器支持對CPU、內(nèi)存等使用情況的有效監(jiān)控，便于對控制器自身的監(jiān)控和維護；采用國內(nèi)主流的編程環(huán)境和語言，便于二次開發(fā)和升級。

第二，鴻蒙智能本地控制器擴展演進性強。未來，鴻蒙控制器、鴻蒙化的機電設備、鴻蒙化的車機系統(tǒng)和鴻蒙化的手機終端等，通過鴻蒙獨有的分布式軟總線有效融合，可實現(xiàn)車—隧、人—隧之間的實時數(shù)據(jù)交互和智能聯(lián)動，更精準地感知隧道內(nèi)的車流和事件，加快異常事件的處置速度、響應速度[4]。

通過杭山東隧道試點，可以形成智能化機電設施和機電系統(tǒng)的架構、接口協(xié)議、互聯(lián)互通、安全、物模型等隧道智能化機電系統(tǒng)全方位的系列標準，有助于加速公路交通產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和智能化轉型，構建行業(yè)新生態(tài)，促進核心產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，進一步促進山東交通產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

4 結語

針對傳統(tǒng)隧道機電運維控制復雜的問題，提出基于OpenHarmony 智能本地控制器的綜合管控平臺，該平臺能夠自動進行設備巡檢，管理人員可根據(jù)巡檢結果發(fā)布巡檢任務，通過NFC“碰一碰”智能巡檢，能夠簡化隧道機電巡檢、控制等操作，提升運營管理水平，降低管養(yǎng)難度。在以上研究和應用的基礎上，該項目將持續(xù)充分發(fā)掘OpenHarmony 開源社區(qū)資源，為智能本地控制器賦予更多實用功能。