高速公路隧道通行安全智慧管控系統

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、國務院有關安全生產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施、機電設備、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 現狀問題

現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；

隧道環境變化難以及時有效地感知；

機電設備設施的可用性無法保證；

機電設備可控性不穩定；

各機電子系統缺乏信息融合，難以實現互聯互通；

聯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

本系統將隧道中的設備設施狀態、環境參數(照度、亮度、有毒氣體濃度、積水等)、交通參數(車流量、車速)、重點營運車輛狀態、消防保障系統狀態、通信傳輸系統狀態等影響隧道安全通行的數據進行實時采集，對采集數據進行深度數據分析與數據挖掘，建立可即時插拔及靈活配置的數據中臺，在統一的控制平臺上進行統一展示、統一告警、統一處置，形成互聯互通的一體化動態管控平臺。系統架構見圖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、雷達監測、重點營運車輛動態監測、智能消防測控、RSU路側識別、環境、氣象監測、紅外熱成像等手段形成多元感知方案，對隧道環境、設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 系統架構圖

(2)多源數據融合

當有事件發生時，通過多源數據關聯分析、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

根據安全管理模型進行分級處理、應急聯動，針對不同路段不同管理方定制應急聯動預案、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境變化、保障基礎機電設備可用可控、全面監控重點運營車輛、應急處置聯動控制來進行設計。

(1)重點營運車輛實時監測

重點運營車輛一旦進入路段，通過“重點營運車輛管理系統”中的車輛靜態信息可獲取車牌號、貨品類別(精準救援)、運證時效以及車輛的動態軌跡信息等。進入隧道前，路段主線上的車輛動態軌跡信息只要結合“AI視頻事件識別系統”，就能對車輛異常行駛狀態進行精準檢測并及時告警；進入隧道后，結合進出隧道口的高清卡口、AI視頻事件識別、雷達監測等多元感知手段，通過數據關聯分析、多重校驗、綜合研判，能第一時間發現重點營運車輛行使狀態異常，并自動在監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)實時感知隧道環境變化

通過多元化的感知設備對隧道內風速風向、能見度、亮度照度、一氧化碳、煙霧等環境參素進行實時監測，當監測到某個環境參數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、起火等事件發生時，系統將實時告警。事件確認后將會在PC端、監控中心大屏端、移動端進行聯動事件處置。目前我們的視頻事件識別已具備：車輛停止、車輛逆行、違規行人、拋灑物、路障等多種事件識別以及煙霧檢測、車流量統計、交通參數檢測、車輛信息識別等功能。在2020年路達組織的9家廠家參與的現場測試中，我們的技術得分第一名；2020年“小谷圍”AI算法專題賽以技術評分第三名進入決賽，最后獲得“優秀團隊獎”。事件數據統計匯總見圖2。

圖2 視頻事件檢測數據統計表

(3)設備狀態實時監測

隧道內的主要設備有：環境設備(照度、亮度、一氧化碳、能見度、風向風速)、視頻設備(攝像機)、消防設備(風機、卷簾門、消防栓、高低位水池、滅火器、煙霧傳感器、報警器)、照明設備、交通指示設備、網絡通信設備(服務器、交換機、中繼設備、光電纜、緊急電話)、電力設備等。隧道內設備狀態保持正常可用是隧道安全的基礎保障，也是路段管理方的主要責任。本系統可以24 h不間斷自動對隧道設備進行巡檢，也可以按區域、設備類型、時段等進行手動定向巡檢，當發現設備出現故障時可以自動一鍵派單給設備養護人員，設備養護人員可以通過移動APP接收任務，設備修復好后在APP上可以直接反饋給管理系統，管理人員確認后關閉問題。

(4)設備控制可視化

設備遠程控制包括對隧道內攝像機角度及縮放控制、交通指示燈控制、智能調光控制、風機轉向轉速控制、卷簾門升降控制、消防設備控制等。本系統可以對設備進行單個或批量控制，控制后將有現場設備狀態的視頻自動彈出，節省了監控員主動調用設備視頻的時間，大大提高管理效率。

(5)應急處置聯動控制

深度整合事件檢測、重點營運車輛、卡口、火災報警等系統，構建“監測—預警—處置—聯動”的安全管控業務閉環，根據不同路段業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、醫院、修理、加油站等資源。當發生緊急情況時能夠快速執行預案、調動資源、聯合控制。

3 系統特點

3.1 通行狀態實時感知

結合門架、卡口、視頻分析、重點營運車輛、雷達、路測單元等數據綜合評估評判斷每個隧道的通行狀態，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 安全要素全方位監測

重點營運車輛動態監測、AI視頻事件分析、光纜電纜檢測、環境檢測、隧道機電設備狀態檢測等多種手段對安全要素進行全方位監測。

(1)告警準確率高

各子系統之間關聯分析、告警多重校驗、綜合研判，提高告警準確率。

(2)應急處置與聯動控制

根據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；可聯動控制事件關聯的設備，達到及時響應、快速處置的效果。

(3)高內聚、松耦合架構

各子系統之間具有高內聚、松耦合的特點，每個子系統均可獨立安裝使用，也可以聚合使用。

(4)高擴展性

系統功能目前主要應用場景是高速公路隧道，但基于現有的系統架構，根據不同結構物特點補充相應的感知設備即可快速擴展到大型橋梁、高邊坡、長陡坡、軟基等特殊結構物等場景，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”

紫惠高速隧道安全管控系統于2020年實施，包含重點營運車輛管理、設備狀態監測、AI視頻事件識別、設備遠程控制、智慧消防管控等多個子系統，覆蓋了3個隧道約3.4 km隧道(雙向)，現系統穩定運行，為隧道安全提供了可靠、高效、精準的統一管控平臺。

4.2 新陽高速“AI視頻事件識別系統”

新陽高速的“AI視頻事件識別系統”項目于2019年實施，總共包含64路，4臺服務器，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%，大大提高了業主的運營管理效率。

4.3 揭惠高速“特長隧道危化品車輛實時監測”系統

揭惠高速為了對小北山等隧道內的危化品車進行實時監測，于2021年2月份部署實施了“重點營運車輛動態管控系統”，于2021年4月初部署實施了“視頻事件檢測系統”，對通過隧道的重點營運車輛進行實時動態監測。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處發生車輛著火。隧道視頻事件識別檢測系統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的損失。在2021年上半年廣東省交通廳組織的“運輸行業科技興安和案例宣教創新案例”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》被評為安全宣教優秀精品課件“特別優秀案例”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。根據特長隧道的長度、地理地貌、周邊環境、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、安裝技術等進行設計，對隧道可能的火災場景進行模擬和分析，設計出火災情景下風機的控制方式及逃生救援預案。經過多次現場模擬演練，系統運行穩定、設備可用可控、可高效聯動控制，為青云山隧道安全保駕護航。

4.5 新博高速“智能調光系統”

新博高速“智能調光系統”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。基于此進行智能調光方案設計及實施，當有車輛即將進入或駛出隧道時，智能調光系統能夠自動控制隧道口的亮燈數量及光亮強度，減少洞內外的亮度差，減少視覺滯后帶來的偏差，達到隧道內安全行駛及環保節能的效果。

5 結束語

本文主要研究了高速公路隧道安全技術實現方案，對重點營運車輛的實時監管、設備狀態的動態管控、隧道環境的感知及控制、交通事件的實時檢測、設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動、設備的精細管理與控制做進一步的優化實驗與探索，讓隧道安全通行的整體解決方案做到人性化、智能化、數字化。