隧道智能管控平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

梁建勇

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高速公路建設(shè)進(jìn)入了一個快速發(fā)展時期，隧道建設(shè)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(yùn)營的艱巨任務(wù)之一[1]。如何提高隧道安全運(yùn)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(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)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(yīng)用的契機(jī)，創(chuàng)新隧道管理、應(yīng)急與服務(wù)協(xié)同運(yùn)營模式，建設(shè)高速公路隧道智能管控平臺，實(shí)現(xiàn)要素智能化，管理無人化，業(yè)務(wù)平臺化、協(xié)同化[3]，并在工程應(yīng)用中解決實(shí)際問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益及社會效益。

1 隧道信息化建設(shè)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(fù)雜性，極易發(fā)生交通事故，如不及時處置將導(dǎo)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(yùn)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(bào)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(jì)算等新技術(shù)應(yīng)用到隧道內(nèi)事件檢測，可實(shí)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(yùn)營水平。

1.2 日常管控可視化需求

設(shè)計(jì)隧道機(jī)電設(shè)施信息模型，實(shí)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(yuǎn)程巡查發(fā)現(xiàn)問題或應(yīng)急事件發(fā)生時，可直接在可視化場景下對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行管控操作，以提高管理效率，降低隧道運(yùn)營管理成本。

1.3 應(yīng)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(yù)案，一鍵執(zhí)行一鍵恢復(fù)，形成日常監(jiān)測自動化、事件啟動流程化、信息報(bào)送快速化、應(yīng)急處置精細(xì)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(yùn)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(bào)表形式展示，并沒有對數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(yùn)營的重要需求。

2 隧道一體化管控平臺設(shè)計(jì)

2.1 平臺架構(gòu)

本文從數(shù)據(jù)采集、綜合管控、業(yè)務(wù)協(xié)同、信息服務(wù)四個方面進(jìn)行平臺功能設(shè)計(jì)，融合應(yīng)用大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，解決公路隧道機(jī)電設(shè)備集中管理、聯(lián)動控制、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)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(shè)備層是構(gòu)建高速公路隧道數(shù)字化環(huán)境的基礎(chǔ)，包括對車、基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境等信息的感知，感知的類型包括交通狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、異常事件、氣象等。

網(wǎng)絡(luò)層是通過光纖為設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸提供通信服務(wù)。

數(shù)據(jù)層是用于建設(shè)公路隧道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫等，并對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、清洗、分析，構(gòu)建應(yīng)急管理、養(yǎng)護(hù)管理、信息服務(wù)等。

支撐層為實(shí)現(xiàn)信息共享、應(yīng)用系統(tǒng)功能、業(yè)務(wù)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(yīng)用層圍繞隧道運(yùn)營管理的核心業(yè)務(wù)，構(gòu)建綜合監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)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(qiáng)大、策略更加科學(xué)、決策更加優(yōu)化。

2.2 平臺功能

2.2.1 設(shè)備管控

2.2.1.1 設(shè)備監(jiān)控

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

2.2.1.2 事件報(bào)警

隧道內(nèi)布設(shè)了事件檢測、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和雷達(dá)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(zāi)事件和環(huán)境氣象變化等實(shí)現(xiàn)及時自動報(bào)警。這些子系統(tǒng)的報(bào)警數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸?shù)揭惑w化管控平臺，平臺收到報(bào)警數(shù)據(jù)后實(shí)時推送到用戶界面并報(bào)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(shè)備故障報(bào)警

平臺能檢測到設(shè)備離線狀態(tài)、采集設(shè)備的故障告警并自動保存到數(shù)據(jù)庫中，包括設(shè)備名稱、設(shè)備樁號、設(shè)備類型、故障類型、故障時間等詳細(xì)信息，故障信息通過App實(shí)時推送給值班的維護(hù)人員，維護(hù)人員到現(xiàn)場檢修后可在機(jī)電設(shè)備管理中補(bǔ)充完善相關(guān)設(shè)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(dāng)平臺收到報(bào)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(jī)端實(shí)時查看現(xiàn)場視頻。

2.2.2 應(yīng)急指揮

2.2.2.1 應(yīng)急預(yù)案管理

平臺能實(shí)現(xiàn)隧道應(yīng)急預(yù)案管理，目前已配置火災(zāi)事故、?；肥鹿?、污染物濃度超標(biāo)、交通事故、隧道擁堵、養(yǎng)護(hù)作業(yè)等應(yīng)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(yīng)急預(yù)案模型自動快速生成相對應(yīng)的隧道設(shè)備控制預(yù)案，在執(zhí)行預(yù)案前可修改預(yù)案的內(nèi)容，事件結(jié)束之后能一鍵恢復(fù)執(zhí)行預(yù)案前設(shè)備狀態(tài)。

2.2.2.2 應(yīng)急處置

可通過人工、雷達(dá)視頻檢測系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等方式觸發(fā)平臺的事件報(bào)警，經(jīng)過人工確認(rèn)之后進(jìn)入應(yīng)急處置界面，應(yīng)急處置界面具備清晰明了的預(yù)案處置流程，包括視頻監(jiān)控畫面切換、隧道設(shè)備預(yù)案控制、交通誘導(dǎo)、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(dāng)?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(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)與事件處置人員及時溝通，實(shí)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(jì)分析

平臺提供異常事件報(bào)表查詢及導(dǎo)出功能，可對異常事件統(tǒng)計(jì)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(bào)警來源分布，通過分析異常事件發(fā)生的特性采取相應(yīng)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(jì)分析

按天/月/年統(tǒng)計(jì)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(dǎo)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(wù)水平具有重要的作用。

2.2.3.3 電力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(dǎo)出數(shù)據(jù)分析表格。持續(xù)監(jiān)測隧道內(nèi)用電設(shè)備的能耗，根據(jù)云端大數(shù)據(jù)的計(jì)算，建立用電設(shè)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(shí)現(xiàn)高速公路隧道節(jié)能管理。

2.2.3.4 設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析

按天/月/年統(tǒng)計(jì)分析高速公路隧道的機(jī)電設(shè)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(dǎo)出數(shù)據(jù)分析表格。

2.2.3.5 環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析隧道CO/VI、NO2、洞內(nèi)外亮度、風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，以圖表的形式展示分析結(jié)果，可導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)分析報(bào)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(diǎn)

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(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)了集隧道設(shè)備控制、事件預(yù)警、綜合管控、交通誘導(dǎo)、應(yīng)急處置、指揮調(diào)度、智能節(jié)能、運(yùn)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(yù)案管控專業(yè)精準(zhǔn)

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(bào)板等隧道機(jī)電設(shè)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(wù)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)多種事件工況下聯(lián)動控制預(yù)案，控制預(yù)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(wù)效能明顯提升。

3.2 高效可視化的應(yīng)急指揮調(diào)度

平臺響應(yīng)異常事件報(bào)警啟動應(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行應(yīng)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(xué)手段，為科學(xué)決策提供有效依據(jù)。平臺通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)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(yùn)營單位的應(yīng)急處置能力，保障了隧道安全運(yùn)營。

3.3 運(yùn)營數(shù)據(jù)加工處理，挖掘深度信息

在運(yùn)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(yù)警與智能化的控制誘導(dǎo)，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(shè)備的能耗，基于監(jiān)測結(jié)果，建立用電設(shè)備的動態(tài)模型，智能生成并執(zhí)行節(jié)能方案，實(shí)現(xiàn)隧道節(jié)能管理。建立能耗平臺大數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)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(xiàng)目主線長120.049 km，全線共設(shè)置32座隧道，橋隧比高達(dá)46%，整條路關(guān)聯(lián)機(jī)電設(shè)備數(shù)量多，日常管理運(yùn)維成本高。因此，隧道一體化管控平臺建設(shè)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(shí)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(shí)現(xiàn)了對通風(fēng)、照明、交通控制與誘導(dǎo)等機(jī)電設(shè)備的統(tǒng)一控制和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測。先進(jìn)的感知系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)的異常事件，收到報(bào)警后自動聯(lián)動事件附近的攝像機(jī)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(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行交通誘導(dǎo)。數(shù)據(jù)分析模塊利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對運(yùn)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(shí)際運(yùn)行情況，通過隧道智能管控一體化平臺的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了隧道設(shè)備集中監(jiān)控和異常事件應(yīng)急指揮調(diào)度，減少了監(jiān)控人員的日常監(jiān)控負(fù)擔(dān)，提高了事件處置效率。

5 結(jié)語

本文從隧道信息化建設(shè)需求、平臺架構(gòu)、平臺功能和技術(shù)特點(diǎn)等方面分析并設(shè)計(jì)了隧道智能管控一體化平臺，將平臺在都巴高速公路進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。平臺的構(gòu)建實(shí)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(qiáng)了隧道一體化監(jiān)測和管理，提升了隧道設(shè)備聯(lián)動和事件應(yīng)急處置能力。高速公路隧道一體化智慧管控平臺建設(shè)，解決了公路隧道機(jī)電設(shè)備集中管理、聯(lián)動控制、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同等問題，提高了隧道綜合管理能力與服務(wù)水平，為打造“安全，智能，綠色”的高速公路隧道奠定了基礎(chǔ)。