基于OpenHarmony智能控制器的隧道智慧運維應用

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。隨著公路建設向內陸山地地區的不斷推進，隧道工程的建設也越來越多。據統計，自21 世紀以來，我國公路隧道數量年均增長高達20%。截至2022 年底，全國公路隧道數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，但也因此促進了隧道工程技術的發展，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、云計算、大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術與交通運輸行業的加速融合，“智慧高速（Smart Highway）”建設顯得尤為必要。傳統高速公路與智慧高速公路最大的區別在于，智慧高速公路通過構建及時準確的感知系統、暢通互聯的網絡系統、快速安全的決策系統和即時廣泛的管理服務系統，能夠實現高速公路的快速、安全、智能和綠色發展，滿足新時期人民群眾高質量出行的需求。

山東高速信息集團通過對基于OpenHarmony 物聯網等技術的研究，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，適用于現役高速公路隧道。該解決方案優化了設備連接流程，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，傳統隧道內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，系統開放程度低，存在嚴重的壁壘問題；缺乏統一的開發語言和行業標準，導致協議數據難以互聯互通，數據孤島效應明顯；復用能力差，低水平重復建設多；隨著物聯網、人工智能等新技術的發展，數據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 開源系統的智能控制器替代隧道內PLC 設備。鴻蒙控制器是一款物聯網控制器，運行基于鴻蒙操作系統的固件，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環境部署能力，可廣泛應用于隧道內環境檢測系統、通風照明系統、消防系統、交通誘導系統的監控與控制。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，智能控制器已經實現了對多種設備的狀態采集和控制，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，相較于傳統的PLC 系統具備更強的開發性和可演進性。

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、現代化操作系統，操作系統具備完整的功能。OpenHarmony 開源發布，能夠實現對源碼的安全質量檢驗，且由國內自主開源組織運營，源碼托管于國內開源社區，能夠實現完全的自主可控。

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、參數采集、火災報警、電力監控、隧道內情報板發布等于一體的綜合化管理平臺。該平臺能夠實時操控隧道內設備（如車道指示器、風機、照明燈、卷簾門等）、實時監測設備狀態、電力儀表數據，并具備發布洞內情報板等功能。用戶可以通過瀏覽器完成隧道狀態監測、運維管理、應急處置等工作流程。該系統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，可以實現隧道管理所就地控制、管理分中心遠程決策指揮，以及監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，能夠實現對隧道中的交通流、安全、環境等多方面情況的監測和管控。

交通流監測：通過雷視一體感知等設備，實時監測隧道內的車流、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據分析與監控。

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

氣象環境監測：通過安裝環境監測設備，實現對隧道內COVI 等污染物濃度的監控，保障隧道內的空氣質量，防止因污染引起健康問題。

照明控制：通過可調節光照的燈控系統，實現對隧道內照明的控制，節能降耗，提高安全性。

事件管理：通過事件管理系統，實現對隧道內交通事故、突發事件的分類、記錄和處理，并提供事件分析報告。

數據分析：通過數據采集、處理和分析，得到隧道內交通流、安全事件等大數據，為交通管理部門提供科學的數據支持，有助于優化交通運行。

隧道數字孿生模型以高精地圖數據和服務為基礎，通過場景空間位置信息還原，可實現隧道實時狀態的數字孿生場景構建與隧道真實場景復現（見圖3）。包含道路標線、道路區域、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。將實時感知數據傳輸至模型中，即可實時顯示設備狀態和數據[2]。

圖3 數字孿生場景圖

3 智能運維

基于開源鴻蒙的智能運維體系，能夠實現機電狀態實時監測、機電設備智能管養。中心管理人員結合養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 輕量系統的鴻蒙控制器，其具有高實時性和高穩定性優點。鴻蒙控制器能夠主動上傳設備狀態，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（見圖5），并現場確認機電狀態是否正常。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通過手持終端“碰一碰”控制器對機電設備進行控制，實現臨時管控。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勢：

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

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，可實現車—隧、人—隧之間的實時數據交互和智能聯動，更精準地感知隧道內的車流和事件，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的架構、接口協議、互聯互通、安全、物模型等隧道智能化機電系統全方位的系列標準，有助于加速公路交通產業數字化和智能化轉型，構建行業新生態，促進核心產業鏈發展，進一步促進山東交通產業的高質量發展。

4 結語

針對傳統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，管理人員可根據巡檢結果發布巡檢任務，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，降低管養難度。在以上研究和應用的基礎上，該項目將持續充分發掘OpenHarmony 開源社區資源，為智能本地控制器賦予更多實用功能。