智慧型公路隧道的有关架构及其关键技术

杨 华

(山西省晋中路桥建设集团有限公司,山西 晋中 030600)

智慧型公路隧道的有关架构及其关键技术

杨 华

(山西省晋中路桥建设集团有限公司,山西 晋中 030600)

在当前我国的服役公路隧道发展过程中，其在规模方面和管理方面有着一定的难度，针对此现象，提出了智慧型公路隧道这一新型的概念，在此基础上建立了感知层、通信层、计算层、应用层和用户层这五个架构，并对三维数字化可见技术、公路隧道病害的在线检测和诊断技术、大数据分析同挖掘技术、火灾在线指数的模拟和自动灭火技术、公路隧道中对主动交通安全管控技术进行了深入的研究，使得智慧型公路隧道的运营管理成本得以降低，进而得以稳健发展。

公路隧道,架构,关键技术

在经济迅速发展，社会不断进步的宏观背景之下，国家公路网也得到了相应的发展，逐渐形成了四通八达的公路网。而截至到目前，我国的公路交通基础设施方面也实现了大规模建设为主到建管养运安并重的方向过渡。对公路隧道的合理运营以及科学管理在我国的国民经济和社会发展方面起到了不可替代的作用。

1 智慧型公路隧道的含义

在传统的公路隧道交通工程设施系统中主要涉及到了照明系统、消防系统、给排水系统、逃生通道等。但是在当前工程技术不断发展进步的情况下，公路隧道在其交通工程设施系统方面也有了新的内涵。

我们所说的这种智慧型公路隧道，实际上就是指通过全寿命周期这一理念来作为指导，同相对先进的云计算、移动互联网、大数据等新时代的信息技术有机的融合在公路隧道运营管理中。即采用更为动态的信息，实现对公路隧道中全方位图像的构建，与此同时结合多元化的数据、人工智能、图像分析等技术对隧道以及环境方面涉及到的人、车、路予以协同管控，进而在一定程度上提高公路隧道的通行能力，更好的提高公路隧道的运营安全，真正的做到对其消耗电能方面的控制，合理有效的降低运营成本，更高效的延长公路隧道的服役期限。

在当前智慧型公路隧道中所使用的掌控平台有养护管理平台、信息服务平台等，这一系列平台的存在更好的演绎了公路隧道交通工程设施。在这里需要强调的是，智慧型公路隧道同传统的相比，其通过对图像的分析与处理能够更好的感知公路隧道中的人车路以及各方面的环境信息，在一定程度上扩大了感知范围，更好的解决了传统公路隧道运营管理中所存在的要素缺少完整性以及信息缺少对称性等问题。与此同时，智慧型公路隧道通过采用大数据等先进的技术，对一些海量的信息都能够予以更为具体的分析，从而实现了由重视管理到管理和服务并重的过渡、实现了由粗放式到精细式的过渡。

综上可知，智慧型公路隧道具有着极其的感知度、极深的融合度，拥有决策方面的优化性、控制方面的协同性以及管理方面的高效性等特点，其更致力于提升公路的安全性。

2 智慧型公路隧道的有关架构

在智慧型公路隧道方面所涉及到的架构主要包括了五个层面，即感知层、通信层、计算层、应用层和用户层。

就感知层来讲，其是实现全景交通所要依据的基础。在这一层面中主要涉及到了摄像机、电子卡口、公路隧道交通违法抓拍设备等，这些设备都是用来实现对公路隧道人、车、路和环境等方面的信息的感知。

就通信层来讲，其是指通过蓝牙、LED可见光通信等作为主要的短程通信来实现对末梢通信以及3G/4G等为主的传感，从而来更好的实现对所有交通信息的传输。而通信层的主要工作就是将获得的原始数据上传到大数据中心中，或者是下发到相关的平台，进而实现对其的控制等。

就计算层来讲，其依据拥有着网格计算、分布式计算、虚拟化等特点的云计算这一平台，在此基础上对大量的分布式予以整合计算，进而获得有着更大的计算能力和储存能力。在计算层有中间件、知识库等来作为技术支持。

就应用层来讲，其主要是以运营管理方面的业务来作为核心的，从而构建出了智能掌控、养护管理、信息服务等平台。同传统的公路隧道涉及到的公路设施相比，这种智慧型的公路隧道在对平台应用方面更具有功能的强大性、科学的策略性以及优化的决策性。

就用户层来讲，智慧型的公路隧道具有着更为开放的互联网式的体系，这其中一方面涉及了公路隧道运营管理方面的企业、使用者，一方面还涉及到了政府的相关部门，即公安部门、交通部门、环保部门等。由于用户之间具有着一定的差异性，因此在级别和权限方面也就存在着不同，从而获得相应的服务。

3 智慧型公路隧道涉及到的关键技术

就我国当前公路隧道运营管理的现状角度来讲，在对智慧型公路隧道进行建设的过程中，还需要对多项关键技术予以创新。

3.1 三维数字化可见技术

通过高精确性的测绘地理信息同多源数据的有机结合，在一定程度上将公路隧道空间和其交通设施等所涉及到的全要素所包含的信息，用多角度、多时态的三维数字化可见技术得以充分的展现，这无疑不是对公路隧道在养护维护方面、应急指挥等方面提供了极大的便利。

3.2 对公路隧道病害的在线检测以及诊断

通过对图像分析、智能传感等技术的充分利用使得公路隧道病害可以实现在线的检测，并能够同离线的检测数据、设计施工档案资料等予以有机的结合，对其成因予以有针对性的分析，同时还能对公路隧道结构状态安全与否进行分析，并针对所出现的问题提出具有可行性的解决计划。

3.3 大数据分析同挖掘技术的有机结合

大数据在公路隧道中所体现的特点有信息量大、处理速度快、形态多样性、真假共存性、价值丰富性、形态可见化等。在这里需要强调的是这其中在涵盖了结构化数据的同时还涵盖了半结构化的数据。那么针对怎样从海量的公路隧道数据中获得更为有效的信息这一问题，还需要更深一步的探究。就比如说在交通量和电能的消耗方面进行的分析、公路隧道中对驾驶员驾驶行为的分析等。

3.4 火灾在线指数的模拟和自动灭火技术

以在线所监测到的火灾指数为准，立足于指数模拟技术对温度场予以更直观的展示，同时将烟气场等相对重要的火情信息以动态的发展趋势对公路隧道火灾予以推演，在一定程度上为人员的疏散以及通风排烟、自动灭火等工作提供具有决策性的支持。就当前公路隧道方面涉及到的消防设施大部分都是灭火器和消火栓，而只有一少部分配备了自动泡沫喷雾式灭火设施，就此现象分析可得，在今后的发展过程中还需要研发出成本相对较低、效率相对较高的公路隧道自动灭火器材。

3.5 公路隧道中对主动交通安全管控技术的应用

立足于车辆隧道协同安全控制这一技术，使得平台和车辆之间实现实时的信息交流，进而能够实现对公路隧道中主动交通安全管控技术的应用，就比如说对驾驶人行驶速度的控制，对隧道内排队的预警等，最大化的减少公路隧道中出现的交通事故。

4 结语

就我国怎样运营管理好公路隧道这一问题出发，同当前时代最新的信息应用技术与我国公路隧道运营管理方面的现状进行了有机的结合，在此情况下提出了智慧型公路隧道这一新型的概念，与此同时还建立了相关的架构。智慧型公路隧道是在当前互联网信息技术下所发展而来的，并已经成为了今后其运营管理方面的发展趋势。在三维数字可见化、公路隧道主动交通安全管控等关键技术取得成功后，这种智慧型公路隧道一定程度上降低了运营管理的成本，并向着经济化、社会化、生态化的方向发展。

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Concept,architectureandkeytechnologiesofintelligenthighwaytunnel

YangHua

(ShanxiLuqiaoJinzhongConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

In the development process of the existing highway tunnel in China, there is a certain difficulty in its scale and management, so in view of this phenomenon, this paper puts forward the new concept of intelligent highway tunnel, and then set up on the basis of the perception layer, communication layer, application layer, layer calculation the five layer architecture and the user, then the 3D digital visible technology, the highway tunnel disease online detection and diagnosis technology, big data analysis and mining technology, online simulation and automatic fire extinguishing technology index, highway tunnel on the main traffic safety control technology is studied, finally the reduced wisdom the highway tunnel operation and management cost, and then to the healthy development.

highway tunnel, architecture, key technologies

2017-10-05

杨 华(1969- ),女,工程师

1009-6825(2017)35-0173-02

U455

A