基于開源鴻蒙的云邊協同智慧隧道解決方案

萬華文 黃 鵬

江西省交投集團路網運營公司 江西 南昌 330025

隨著城市化進程的不斷推進，隧道作為重要的交通基礎設施扮演著至關重要的角色。傳統的隧道管理與監控方式存在數據采集困難、實時性不高、異常事件處理不及時等問題。為了解決這些難題，云計算、邊緣計算和人工智能技術共同催生了一種創新性的解決方案——云邊協同智慧隧道建設方案。云邊協同智慧隧道解決方案的提出與實現，為隧道管理者提供新的思路，有助于提升隧道的管理水平和運營效率。同時，也可為智慧城市建設和交通運輸行業的發展注入新的活力。

1 公路隧道運營安全管理現狀

公路隧道作為重要的交通基礎設施，其運營安全管理始終是公眾關注的焦點。目前，公路隧道建設管理雖然運用了智慧管理系統，但仍然存在如下問題：一是在隧道管理中，各種監測設備和系統采集的數據被孤立地存儲在各自的數據煙囪中，數據無法進行有效的整合和綜合分析，造成信息的孤立和利用率的低下。二是在現有的隧道管理系統中，不同的設備采用不同的通信協議和接口標準，導致各設備之間難以實現有效的數據共享和交互，信息流動受限，難以形成一個協同的管理系統。三是管理系統中大量的硬件設備被安裝在隧道內部，如監控攝像頭、傳感器等。但是缺乏統一的管理平臺和可視化的展示方式，管理人員難以了解這些設備的具體狀態和工作情況，無法及時發現故障和異常。四是對隧道內部的狀態感知能力較弱，無法實時獲得隧道內部各個設備和系統的運行狀態、環境參數等詳細信息，難以及時掌握隧道的工作情況和存在的潛在問題。五是設備的部署和升級需要耗費大量的時間和人力資源，未充分發揮智慧系統的功能，導致隧道智慧化升級難以進行，無法及時跟上科技發展的步伐。從整體上看，公路隧道運營管理領域雖然提出了智慧管理系統，但缺乏高效的信息共享，信息傳遞效率低下，協同工作困難，未實現信息技術助推隧道基礎設施的建設，亟需優化智慧管理系統。

2 智慧隧道方案概述

2.1 智慧隧道建設目標

基于開源鴻蒙的云邊協同智慧隧道建設管理方案主要是在云邊協同智慧隧道管理方案的基礎上融入我國自主自研的鴻蒙操作系統，真正意義上實現技術的獨立化與自控化，構建全棧自主可控的基建產業鏈，打造強國綜合立體交通運輸網。本方案目標如下：

（1）構建智慧隧道一體化綜合管控平臺，利用開源鴻蒙等新技術，結合物聯網、邊緣計算、人工智能和大數據等技術，實現隧道全要素的實時感知，提升隧道的智能化水平。

（2）通過云端資源優勢，實現隧道業務云端下發，邊緣快速部署和終端設備標準化接入能力，實現全設備的快速接入與管控，統一部署和維護各業務系統，實現隧道的信息化管理。

（3）借助開源鴻蒙等技術，構建綜合管控平臺，使各設備和系統能夠有效溝通和協同工作，實現隧道設備運維管控、應急調度指揮等功能的集成化管理。

（4）通過智能化管理和控制，實現低碳節能目標。利用開源鴻蒙等技術，結合邊緣計算和物聯網技術，對隧道設備和系統進行智能監測和控制，優化能源利用，降低能耗。

（5）提升隧道的安全性，通過實時感知和監測，及時發現隧道內部設備故障和異常情況，輔助應急調度指揮工作，確保隧道的安全運行。

（6）提供統一的綜合管理平臺，簡化設備部署和升級流程，降低管理成本。實現隧道的快速個性化接入和多級集中管控，方便隧道管理人員進行操作和管理。

2.2 智慧隧道方案架構

基于上述目標，擬構建智能、高效、協同、感知的一體化管理系統，實現設備管控、事件識別、低碳節能等業務的無縫對接，同時將業務參數分層分級上傳到終端，保證隧道工程管理的有序及高效。

2.2.1 全協同

全協同是指通過在隧道系統中應用開源鴻蒙等技術，實現各個設備之間的全面聯接。傳統的隧道設備多為各自獨立的系統，存在設備邊界難以打破的問題。采用開源鴻蒙等技術，克服傳統設備間協同困難的問題，將不同設備進行標準化集成，消除設備邊界，實現設備的互聯互通。同時，利用物聯網技術，將隧道內的各種設備（如監控攝像頭、傳感器等）連接到一個統一的綜合管控平臺[1]。通過傳感器等設備采集的數據，將這些數據通過物聯網進行傳輸和共享。隧道管理人員可以實時了解隧道內部各個設備的狀態和運行情況。在全聯接的過程中，邊緣計算起著重要的作用。通過在邊緣設備上部署開源鴻蒙等技術，實現邊緣計算和數據處理的能力，將部分計算任務從云端遷移到邊緣設備上進行處理，減少數據傳輸延遲和帶寬消耗，提高系統的響應速度和性能。最后，平臺集成監控、報警、故障診斷等功能，實現對隧道設備的全面管理和控制。隧道管理人員通過該平臺查看各個設備的實時數據、狀態信息、警報信息等，及時做出決策和采取措施。

2.2.2 全智能

全智能即構建隧道的“去人化”管控，利用人工智能技術對隧道設備進行智能化處理和優化。通過使用開源鴻蒙等技術，將AI算法部署到邊緣設備上，實現邊緣計算和邊緣智能處理，提升隧道設備的智能化水平，實現隧道設備的自主決策、故障預警、故障診斷等功能。

2.2.3 全感知

通過開源鴻蒙等技術，實現對隧道環境的全面感知。利用傳感器、攝像頭等設備采集隧道內部的各種數據，如溫度、濕度、氣體濃度、車流量等信息[2]。通過邊緣計算和物聯網技術，將這些數據傳輸到云端進行處理和分析，實現對隧道內部環境的全面了解和監控。

2.2.4 全高效

全高效是指依托國產底座算力支撐，通過使用開源鴻蒙等技術將計算任務分配到底座設備上進行處理，以提高隧道系統的計算效率和性能。一是利用開源鴻蒙等技術，將計算任務智能地分配到底座設備上進行處理。開源鴻蒙作為一個輕量級、高效能的操作系統，具備良好的分布式計算和資源調度能力，能夠實現任務分發、并行計算和協同處理等功能，提高系統整體的計算效率[3]。二是根據任務特點和優先級進行合理的分配。高優先級和實時性要求較高的任務優先分配到底座設備上進行本地計算，避免對云端計算造成壓力和延遲；較低優先級或批量處理的任務通過底座設備與云端協同完成，充分利用分布式計算能力。由于計算任務分配到底座設備上進行處理，該系統具備更高的并發處理能力，可以實現更快的計算速度和更高的并行處理能力，提升系統的響應速度和吞吐量。

3 基于開源鴻蒙的云邊協同智慧隧道解決方案

3.1 端層

端層是指在智慧隧道系統中與用戶直接交互的終端設備，如監控攝像頭、傳感器、顯示屏等。端層主要采用如下設計方式：首先，通過開源鴻蒙提供的設備接入框架，將各類終端設備的快速接入并實現統一管理。該框架支持多種通信協議和接口標準，不同廠商生產的設備可以無縫集成到系統中。同時，對接入設備進行遠程配置、監控和升級，保證設備的穩定運行和可靠性。其次，利用開源鴻蒙提供的數據采集和處理功能，對終端設備上生成的數據進行實時采集和處理。在終端設備上部署采集程序和算法模塊，實時獲取傳感器數據、圖像視頻流等信息，并進行實時分析和處理。實現對隧道內部環境、車輛行駛狀態等數據的實時監測和分析，為隧道管理決策提供準確的數據支持[4]。在數據處理中，將部分計算任務下放到終端設備進行處理，減輕云端的計算負擔。例如，在攝像頭設備上進行實時圖像分析和識別，檢測隧道內的異常情況。最后，根據實際需求，定制顯示屏上的信息展示、報警提示等功能，并支持用戶通過觸摸、語音等方式與系統進行交互。通過結合開源鴻蒙的人機交互能力，提供便捷的操作方式，使得用戶能夠輕松地掌握和管理智慧隧道系統。

3.2 邊緣層

邊緣層設計中首先在智慧隧道系統中部署邊緣計算節點，實現數據的即時處理和分析。邊緣計算節點提供強大的計算能力，用于接收、存儲和處理從終端設備采集到的數據。基于開源鴻蒙的邊緣計算框架，快速搭建和管理邊緣計算節點，同時支持多種通信協議和接口標準，使得不同設備能夠互聯互通。隨后，利用開源鴻蒙提供的實時數據處理能力，在邊緣計算節點上進行數據分析和處理。通過部署算法模塊和實時數據流處理程序，實時監測隧道內的各種情況，如環境變化、車輛行駛狀態等，快速發現并響應隧道內的交通擁堵、火災、氣體泄漏等事件，提高安全性和效率。最后，結合開源鴻蒙的安全框架和機制，保證邊緣計算節點和終端設備的安全性。通過身份認證、數據加密和訪問控制等手段，保護邊緣層系統免受惡意攻擊和數據泄露的威脅。同時，開源鴻蒙注重隱私保護，在數據采集和處理過程中，嚴格遵守相關法規和隱私政策，保護用戶的個人隱私權益。

3.3 云端

基于開源鴻蒙的云邊協同智慧隧道解決方案的設計中，云控平臺是整個系統的中樞。其中，省中心平臺通過對隧道業務系統產生的數據進行分析，支持決策；橋隧所平臺進行業務系統的實際承載和應用，并依托能力支撐平臺的IOT物聯能力、邊緣計算能力和AI智能處理能力，具備設備物聯管控、業務應用的靈活編排、數據智能分析挖掘和算法模型訓練推送等功能。

首先，云端平臺為隧道智能運行提供一個業務、中樞、算力支撐的保障框架。智能運營中心IOC是針對集團層面，從運營與安全的角度全面提供數據統計分析，并對多維數據進行關聯分析與挖掘，利用可視化呈現，支持集團領導做出科學決策。能力支撐平臺包括IOT物聯模塊、邊緣計算模塊、智能處理模塊和開源鴻蒙應用樞紐，這四個模塊的綜合支撐能夠協同運行業務應用和云邊端。其中，IOT物聯模塊實現了端側設備的接入控制和數據協同；邊緣計算模塊實現了隧道邊緣一體機的資源調度和業務協同；智能處理模塊通過對數據的分析和模型訓練下發，實現算力同鴻蒙樞紐實現對鴻蒙設備的統一管控賦能。此外，集團用戶可以通過應用市場將各類隧道業務應用系統進行封裝和上架，能夠直接從云端下發應用到隧道邊緣節點啟動，實現隧道業務應用快速部署、個性化適配和統一運維，實現云邊協同、數據智能化、能力共享和全鏈條協同的目標。

4 開源鴻蒙支持下的云邊協同智慧隧道方案優勢

4.1 云邊協同，邊緣一體

云邊協同智慧隧道方案借助邊緣計算模塊，將計算任務從云端遷移到離用戶更近的邊緣設備上進行處理，降低了數據傳輸延遲，提高了實時性和響應速度。邊緣設備通過使用分布式計算資源和本地存儲，能夠對數據進行實時處理和分析，減少了對云端的依賴。[5]由于邊緣設備可以在本地進行計算和決策，即使在臨時斷網或網絡不穩定的情況下，也能夠保持基本的功能運行。這對于隧道智能系統的可靠性和穩定性非常重要，保證了關鍵任務的連續性及可靠性。

4.2 自主自控

本方案采用開源鴻蒙操作系統作為底層平臺，實現了自主研發與自主控制。與其他商業操作系統相比，開源鴻蒙具有源代碼透明、可審計性高等特點，且該系統為我國自主自研，使得隧道管理部門能夠更好地了解和掌握系統運行情況，實現對系統的自主可控。在此基礎上，數據在邊緣和云端之間的協同處理實現真正意義上的本地化處理，減少了隧道業務敏感數據的傳輸和存儲在云端的風險，保障數據的安全性和隱私性。此外，本方案具有較高的靈活性和可擴展性。隨著技術的發展和需求的變化，可以靈活添加或升級邊緣設備和云端功能模塊，滿足不斷演化的隧道管理需求。

4.3 事件自動識別

本方案集成了傳感器、監控設備等感知設備，通過這些設備實時采集交通流量、氣象信息、視頻監控等數據，提供了豐富的接口和驅動支持，使得各種感知設備可以無縫集成，實現對隧道內外環境的智能感知[6]。此外，開源鴻蒙操作系統支持與傳感器、監控設備的即時通信和聯動，當發生重大事件或異常情況時，可以及時向相關人員發送報警信息，輔助他們進行適時的處置和處理。

4.4 AI高效智能處理

開源鴻蒙操作系統提供了分布式計算支持，可以充分利用云端和邊緣設備的計算資源。這使得在云邊協同架構下，可以進行大規模的AI模型訓練和推理，實現對隧道內部復雜數據的高效處理。本方案可通過訓練AI模型，對隧道內的各種事件進行智能識別，大大提高了處理速度和準確性，減輕了人工干預的負擔。與此同時，通過不斷采集數據并進行模型訓練，AI系統可以不斷優化自身，提高識別準確性和處理效率。持續學習和改進的能力使得隧道管理系統能夠適應不斷變化的環境和需求，降低了后續維護成本。

5 結束語

基于開源鴻蒙的云邊協同智慧隧道管理方案為隧道運營管理提供新的思路，通過整合邊緣計算、大數據分析和云端控制等技術，該方案實現了對隧道內外環境的智能感知、事件自動識別和實時決策，提升了隧道的安全性和應急響應能力。開源鴻蒙支持下的云邊協同智慧隧道解決方案展現了技術與創新的力量，為隧道行業帶來了全新的發展機遇。隨著該方案的推廣應用，隧道運營將變得更加高效、安全，為人們的出行和物流運輸提供保障。