高速公路隧道管控系统设计研究

龙思颖，梁 杏

(广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

由于高速公路感知渠道不足、数据共享能力不强、事件决策分析缓慢、隧道环境的封闭性及危险性，表现出一系列隧道问题，主要包括隧道监测覆盖不全、事件预警准确率低和不及时、事件处置方法短缺和进展跟踪不便、事件和设备缺乏联动、隧道设备管控不灵活、通知不到位、事件处理缓慢等。本文设计了一套高速公路隧道管控系统，成为打造智慧高速平台的有力支撑。

该系统可实时监控隧道交通状况、环境、设备运行状态，并提取其特征值，当发生突发事件时，尽快执行应急预案，一键通知相关部门，避免事件扩大而危及交通安全；当发生交通事故时，及时进行交通诱导、紧急通知、广播预警等一系列措施，避免交通拥堵及事故的二次发生。

1 系统总体架构

智慧隧道框架体系分为数据采集层、监测与预警层、隧道管控与应急指挥层，利用传感器实时监测隧道内温湿度、车流量、光强度、亮度和设备工作状态等数据。数据通过监控网络传输至指挥中心，系统对各类数据进行分类、重组，并加以统计、分析和汇总决策。如监测指标异常则发送预警，同时联动设备控制，如自适应亮度调节、自动匹配预案、发布可变情报板和可变限速标志、紧急电话和广播预警等，快速处理事件，有效控制事件影响范围，提供救援服务，有效缓解交通拥堵，对交通状况进行高效调节和控制。见下页图1。

图1 隧道管控系统总体架构图

2 系统设计

隧道管控系统覆盖设备控制、数据搜集、状态监测、信息服务、出行服务、应急救援等隧道管理的内容，形成互联互通、信息共享、业务协同、智能便捷的隧道管理信息化体系，实现设备管理规范化及精细化、预案联动自动化、跨区域跨部门指挥调度协同化、出行服务便捷化及优质化。系统包括隧道监测、综合管控、决策指挥、智慧运维四大子系统，系统功能图如图2所示。

图2 系统功能图

2.1 隧道监测子系统

隧道监测包括数据采集、事件预警、终端报警。使用安装的各类传感器感知设备采集实时数据，监控隧道火灾、交通拥堵、交通事故、恶劣天气等环境信息；分析采集到的实时数据，漏洞预警模块对感知数据全面地检测，并通过App、平台、短信等方式将异常报警数据上报监管中心，可以提前发现隧道环境存在的各种问题，包括各类环境、安全及交通运行异常，发现异常可以提前预警并协助职能部门最大限度预防事故发生，提前感知和应对可能发生的危险因素。

2.2 综合管控子系统

系统搭建交通控制、火灾检测与报警、紧急电话和广播、视频监控、基于AI的视频事件监测、照明检测控制等模块，形成隧道设备的智能化控制体系。

2.2.1 交通监控

交通监控子系统由隧道洞口车辆检测器、洞内车道指示器、可变情报板、交通信号灯、可变限速标志、设备采集箱和中控室内控制台以及传输设备组成。整个交通监控子系统属主从分布式控制系统，满足各种状况下的交通数据采集、信息发布和控制诱导功能，并能接受上级中心下发指令对设备进行控制；同时定时采集各设备的在线、离线、故障等工作状态，如有故障发送预警信息并在GIS地图显示；最后发布指令控制设备，从而达到交通控制的目的。

2.2.2 火灾监测与报警

火灾监测与报警模块主要对隧道内火灾手报按钮位置、双波长火灾探测器探测区域、烟雾探测器探测区域、感温光纤探测区域、高低位水池水位值、防火卷帘门状态进行监控，实现对卷帘门的远程开启(升)、关闭(降)控制，水泵的开启与停止。目前，隧道内火灾报警系统以串口或网络方式，与火灾报警主机通讯，以获取报警信息；而水池水位实时值、水泵的状态、卷帘门状态的获取，水泵启、停命令的下发，卷帘门开、关命令的下发则通过PLC执行，并结合监控系统火灾消防模块进行。

2.2.3 紧急电话和广播

在监控中心和隧道管理站内、救援站内各设置紧急电话和有线广播系统主机(可兼作上位机使用)，负责管理和控制管辖区域内的紧急电话与有线广播。隧道现场的紧急电话和有线广播系统使用光纤级联的方式传输至归属的隧道监控站和隧道救援站，实现全线紧急电话和广播的集中监控。

2.2.4 视频监控

视频监控模块可实时监控隧道，并显示当前摄像机位置信息，支持摄像机状态监测，支持根据位置信息自动关联相应设备并按位置顺序排列窗口，支持查看车辆的连续通行状况，支持设置预案调节摄像头云台及一键查看情报板发布，支持智能检测事件准确性及发出预警。同时，支持录像查询、抓拍；支持对隧道内视频的实时监控；支持根据预案进行视频开窗；支持视频回放功能；支持云台控制。

2.2.5 基于AI的视频事件监测

系统通过AI模型，快速检测车辆停止、占道、拥堵、行驶慢行、行人、车辆逆行、车辆抛洒物、车辆驶离等非正常事件，并上报指挥中心。(1)归纳汇总要求检测的事件，提取特征将事件进行分类；(2)采集不同环境及地点的事件视频，如入口、出口、匝道、应急车道、单向、双向、白天、黑夜、大雾、雪天、暴雨、晴天等；(3)进行基于深度学习的训练，获取训练模型，同时将异常的训练结果通过预警、短信、电话等方式上报；(4)分析收集到的漏报、误报等视频数据，明确漏报、误报的原因，同时不断调整参数重新训练，直至训练模型达到最优状态，提高识别准确率。该子系统还支持根据不同场景选择相应模式人工检测，快速提供事件的证据。

2.2.6 照明控制

根据需要可单个或批量控制多个隧道群开关灯，或自动根据时间段、光线强度及预案设置进行灯光的控制，解决人工控光难题。隧道照明、亮度控制的方式有三种，时序模式控制、自动调节控制和手动预案执行模式。预留自动控制程序，若设置有光强检测器，则既可采用自动调节控制也可采用时序模式控制。

2.3 决策指挥子系统

隧道决策指挥子系统分为隧道报表、应急响应、决策分析、事件处置、指挥调度等模块。隧道报表功能可以有效提取设备故障、预警、交通信息、环境信息、视频事件等数据的特征信息，并进行分类统计分析，形成直观图标展示，为事件处置提供知识支撑；应急响应提供应急组织及人员；决策分析是根据车流量、环境、实时视频等数据为事件提供快速分析和决策；事件处置是协同管理事件流程；指挥调度是远程协作、调度资源以快速处理事件。

事件上报或预警时自动匹配周围摄像机查看真实性，并跟踪事件进展和实时状态，自动匹配相应应急预案联动处置，以短信、电话、App等多形式快速通知相关部门；自动匹配事件应急圈内的设备、资源，快速联动情报板发布、广播预警、排障队派单、拖车调配、交通信号灯控制等。同时根据分析处置过程和原因，生成处置报告。

2.4 智能运维子系统

隧道智能运维子系统是实时检测设备运行状态，上报故障或工作异常的设备，运维人员接到报警后快速核实其真实性，对设备维修并记录维修过程，以防因设备故障造成交通事故或影响交通控制。主要功能有在线状态监测、设备故障监测、实时数据监测、故障报警、设备巡检、设备运维大数据分析等，建立高效的隧道设备自动检测运维系统。

3 结语

本文重点围绕“设备控制自动化、预案联动智能化、跨区域跨部门业务协同化”，深入研究了高速公路隧道管控系统设计，有效解决了隧道协同管理困难、联动控制缓慢、事件处置滞后等棘手问题，有效保障交通出行和运营指挥调度。