高速公路隧道管控系統(tǒng)設(shè)計研究

龍思穎，梁 杏

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

由于高速公路感知渠道不足、數(shù)據(jù)共享能力不強(qiáng)、事件決策分析緩慢、隧道環(huán)境的封閉性及危險性，表現(xiàn)出一系列隧道問題，主要包括隧道監(jiān)測覆蓋不全、事件預(yù)警準(zhǔn)確率低和不及時、事件處置方法短缺和進(jìn)展跟蹤不便、事件和設(shè)備缺乏聯(lián)動、隧道設(shè)備管控不靈活、通知不到位、事件處理緩慢等。本文設(shè)計了一套高速公路隧道管控系統(tǒng)，成為打造智慧高速平臺的有力支撐。

該系統(tǒng)可實(shí)時監(jiān)控隧道交通狀況、環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并提取其特征值，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時，盡快執(zhí)行應(yīng)急預(yù)案，一鍵通知相關(guān)部門，避免事件擴(kuò)大而危及交通安全；當(dāng)發(fā)生交通事故時，及時進(jìn)行交通誘導(dǎo)、緊急通知、廣播預(yù)警等一系列措施，避免交通擁堵及事故的二次發(fā)生。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

智慧隧道框架體系分為數(shù)據(jù)采集層、監(jiān)測與預(yù)警層、隧道管控與應(yīng)急指揮層，利用傳感器實(shí)時監(jiān)測隧道內(nèi)溫濕度、車流量、光強(qiáng)度、亮度和設(shè)備工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸至指揮中心，系統(tǒng)對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、重組，并加以統(tǒng)計、分析和匯總決策。如監(jiān)測指標(biāo)異常則發(fā)送預(yù)警，同時聯(lián)動設(shè)備控制，如自適應(yīng)亮度調(diào)節(jié)、自動匹配預(yù)案、發(fā)布可變情報板和可變限速標(biāo)志、緊急電話和廣播預(yù)警等，快速處理事件，有效控制事件影響范圍，提供救援服務(wù)，有效緩解交通擁堵，對交通狀況進(jìn)行高效調(diào)節(jié)和控制。見下頁圖1。

圖1 隧道管控系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

隧道管控系統(tǒng)覆蓋設(shè)備控制、數(shù)據(jù)搜集、狀態(tài)監(jiān)測、信息服務(wù)、出行服務(wù)、應(yīng)急救援等隧道管理的內(nèi)容，形成互聯(lián)互通、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、智能便捷的隧道管理信息化體系，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理規(guī)范化及精細(xì)化、預(yù)案聯(lián)動自動化、跨區(qū)域跨部門指揮調(diào)度協(xié)同化、出行服務(wù)便捷化及優(yōu)質(zhì)化。系統(tǒng)包括隧道監(jiān)測、綜合管控、決策指揮、智慧運(yùn)維四大子系統(tǒng)，系統(tǒng)功能圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能圖

2.1 隧道監(jiān)測子系統(tǒng)

隧道監(jiān)測包括數(shù)據(jù)采集、事件預(yù)警、終端報警。使用安裝的各類傳感器感知設(shè)備采集實(shí)時數(shù)據(jù)，監(jiān)控隧道火災(zāi)、交通擁堵、交通事故、惡劣天氣等環(huán)境信息；分析采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)，漏洞預(yù)警模塊對感知數(shù)據(jù)全面地檢測，并通過App、平臺、短信等方式將異常報警數(shù)據(jù)上報監(jiān)管中心，可以提前發(fā)現(xiàn)隧道環(huán)境存在的各種問題，包括各類環(huán)境、安全及交通運(yùn)行異常，發(fā)現(xiàn)異常可以提前預(yù)警并協(xié)助職能部門最大限度預(yù)防事故發(fā)生，提前感知和應(yīng)對可能發(fā)生的危險因素。

2.2 綜合管控子系統(tǒng)

系統(tǒng)搭建交通控制、火災(zāi)檢測與報警、緊急電話和廣播、視頻監(jiān)控、基于AI的視頻事件監(jiān)測、照明檢測控制等模塊，形成隧道設(shè)備的智能化控制體系。

2.2.1 交通監(jiān)控

交通監(jiān)控子系統(tǒng)由隧道洞口車輛檢測器、洞內(nèi)車道指示器、可變情報板、交通信號燈、可變限速標(biāo)志、設(shè)備采集箱和中控室內(nèi)控制臺以及傳輸設(shè)備組成。整個交通監(jiān)控子系統(tǒng)屬主從分布式控制系統(tǒng)，滿足各種狀況下的交通數(shù)據(jù)采集、信息發(fā)布和控制誘導(dǎo)功能，并能接受上級中心下發(fā)指令對設(shè)備進(jìn)行控制；同時定時采集各設(shè)備的在線、離線、故障等工作狀態(tài)，如有故障發(fā)送預(yù)警信息并在GIS地圖顯示；最后發(fā)布指令控制設(shè)備，從而達(dá)到交通控制的目的。

2.2.2 火災(zāi)監(jiān)測與報警

火災(zāi)監(jiān)測與報警模塊主要對隧道內(nèi)火災(zāi)手報按鈕位置、雙波長火災(zāi)探測器探測區(qū)域、煙霧探測器探測區(qū)域、感溫光纖探測區(qū)域、高低位水池水位值、防火卷簾門狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對卷簾門的遠(yuǎn)程開啟(升)、關(guān)閉(降)控制，水泵的開啟與停止。目前，隧道內(nèi)火災(zāi)報警系統(tǒng)以串口或網(wǎng)絡(luò)方式，與火災(zāi)報警主機(jī)通訊，以獲取報警信息；而水池水位實(shí)時值、水泵的狀態(tài)、卷簾門狀態(tài)的獲取，水泵啟、停命令的下發(fā)，卷簾門開、關(guān)命令的下發(fā)則通過PLC執(zhí)行，并結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)火災(zāi)消防模塊進(jìn)行。

2.2.3 緊急電話和廣播

在監(jiān)控中心和隧道管理站內(nèi)、救援站內(nèi)各設(shè)置緊急電話和有線廣播系統(tǒng)主機(jī)(可兼作上位機(jī)使用)，負(fù)責(zé)管理和控制管轄區(qū)域內(nèi)的緊急電話與有線廣播。隧道現(xiàn)場的緊急電話和有線廣播系統(tǒng)使用光纖級聯(lián)的方式傳輸至歸屬的隧道監(jiān)控站和隧道救援站，實(shí)現(xiàn)全線緊急電話和廣播的集中監(jiān)控。

2.2.4 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控模塊可實(shí)時監(jiān)控隧道，并顯示當(dāng)前攝像機(jī)位置信息，支持?jǐn)z像機(jī)狀態(tài)監(jiān)測，支持根據(jù)位置信息自動關(guān)聯(lián)相應(yīng)設(shè)備并按位置順序排列窗口，支持查看車輛的連續(xù)通行狀況，支持設(shè)置預(yù)案調(diào)節(jié)攝像頭云臺及一鍵查看情報板發(fā)布，支持智能檢測事件準(zhǔn)確性及發(fā)出預(yù)警。同時，支持錄像查詢、抓拍；支持對隧道內(nèi)視頻的實(shí)時監(jiān)控；支持根據(jù)預(yù)案進(jìn)行視頻開窗；支持視頻回放功能；支持云臺控制。

2.2.5 基于AI的視頻事件監(jiān)測

系統(tǒng)通過AI模型，快速檢測車輛停止、占道、擁堵、行駛慢行、行人、車輛逆行、車輛拋灑物、車輛駛離等非正常事件，并上報指揮中心。(1)歸納匯總要求檢測的事件，提取特征將事件進(jìn)行分類；(2)采集不同環(huán)境及地點(diǎn)的事件視頻，如入口、出口、匝道、應(yīng)急車道、單向、雙向、白天、黑夜、大霧、雪天、暴雨、晴天等；(3)進(jìn)行基于深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練，獲取訓(xùn)練模型，同時將異常的訓(xùn)練結(jié)果通過預(yù)警、短信、電話等方式上報；(4)分析收集到的漏報、誤報等視頻數(shù)據(jù)，明確漏報、誤報的原因，同時不斷調(diào)整參數(shù)重新訓(xùn)練，直至訓(xùn)練模型達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，提高識別準(zhǔn)確率。該子系統(tǒng)還支持根據(jù)不同場景選擇相應(yīng)模式人工檢測，快速提供事件的證據(jù)。

2.2.6 照明控制

根據(jù)需要可單個或批量控制多個隧道群開關(guān)燈，或自動根據(jù)時間段、光線強(qiáng)度及預(yù)案設(shè)置進(jìn)行燈光的控制，解決人工控光難題。隧道照明、亮度控制的方式有三種，時序模式控制、自動調(diào)節(jié)控制和手動預(yù)案執(zhí)行模式。預(yù)留自動控制程序，若設(shè)置有光強(qiáng)檢測器，則既可采用自動調(diào)節(jié)控制也可采用時序模式控制。

2.3 決策指揮子系統(tǒng)

隧道決策指揮子系統(tǒng)分為隧道報表、應(yīng)急響應(yīng)、決策分析、事件處置、指揮調(diào)度等模塊。隧道報表功能可以有效提取設(shè)備故障、預(yù)警、交通信息、環(huán)境信息、視頻事件等數(shù)據(jù)的特征信息，并進(jìn)行分類統(tǒng)計分析，形成直觀圖標(biāo)展示，為事件處置提供知識支撐；應(yīng)急響應(yīng)提供應(yīng)急組織及人員；決策分析是根據(jù)車流量、環(huán)境、實(shí)時視頻等數(shù)據(jù)為事件提供快速分析和決策；事件處置是協(xié)同管理事件流程；指揮調(diào)度是遠(yuǎn)程協(xié)作、調(diào)度資源以快速處理事件。

事件上報或預(yù)警時自動匹配周圍攝像機(jī)查看真實(shí)性，并跟蹤事件進(jìn)展和實(shí)時狀態(tài)，自動匹配相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案聯(lián)動處置，以短信、電話、App等多形式快速通知相關(guān)部門；自動匹配事件應(yīng)急圈內(nèi)的設(shè)備、資源，快速聯(lián)動情報板發(fā)布、廣播預(yù)警、排障隊派單、拖車調(diào)配、交通信號燈控制等。同時根據(jù)分析處置過程和原因，生成處置報告。

2.4 智能運(yùn)維子系統(tǒng)

隧道智能運(yùn)維子系統(tǒng)是實(shí)時檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，上報故障或工作異常的設(shè)備，運(yùn)維人員接到報警后快速核實(shí)其真實(shí)性，對設(shè)備維修并記錄維修過程，以防因設(shè)備故障造成交通事故或影響交通控制。主要功能有在線狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備故障監(jiān)測、實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)測、故障報警、設(shè)備巡檢、設(shè)備運(yùn)維大數(shù)據(jù)分析等，建立高效的隧道設(shè)備自動檢測運(yùn)維系統(tǒng)。

3 結(jié)語

本文重點(diǎn)圍繞“設(shè)備控制自動化、預(yù)案聯(lián)動智能化、跨區(qū)域跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同化”，深入研究了高速公路隧道管控系統(tǒng)設(shè)計，有效解決了隧道協(xié)同管理困難、聯(lián)動控制緩慢、事件處置滯后等棘手問題，有效保障交通出行和運(yùn)營指揮調(diào)度。