高速公路隧道智能平台人机交互方案探讨

邹 涛

(山东高速股份有限公司 济南市 250000)

近年来，高速公路隧道智能平台集成化水平不断提高，平台管控的机电设备和需要展示的信息越来越多，针对关注度较高的高速公路隧道智能平台，从平台的易用性和操作便捷性、舒适性入手，提出人机交互性能提升方案，探索新形势下、数字化下的隧道智能平台人机交互性，满足操作人员对智能平台管控便捷性日益提升的要求。

1 隧道智能平台发展现状

高速公路隧道智能平台从传统的单一系统，如照明、监控、供电、通风、消防等独立控制，到隧道智能管控平台的建立，到“管理、运维、监控、检测、控制、指挥、调度”多维度融合管理平台的形成[1]，隧道的数字化、集成化不断提升，能够将所有数据统一集成到智能平台进行展示，可以满足隧道日常管理和出现紧急事件情况下的快速应用，但是现有的隧道智能平台的智慧化、信息化、集成化往往只针对与平台管控、管理机电设备本身，忽视了直接操作人员的主观感受和操作便捷性，随着大数据、人工智能的普及，隧道智能平台的弊端逐渐显现：

(1)平台反馈性欠缺。界面菜单、按钮导航、下一步操作的提示信息不够全面，提示界面的版式不固定；不能保证操作人员在不借助说明书的情况下，就能对整体界面功能形成大致认识，操作后反馈提示不足，缺乏足够的输入检查和错误提示功能和对异常操作的容错处理能力，操作人员无法及时对自己执行的操作判断机电设备是否运转成功。

(2)平台故障分析欠缺。隧道机电设备复杂多样，并且因长时间使用部分机电设备故障频率较高，隧道智能平台无法对可能存在的设备故障问题进行预警提示，对已出现故障问题无法进行初步分析故障原因，需要设备维修人员逐一排查，不能做到故障初步分析和故障原因诊断，导致维修效率较低。

(3)平台决策指导欠缺。现有的隧道智能平台当隧道中多个机电设备出现故障时，平台只能在相应位置提示报警，还不能做到报警信息的统一展示。同时平台无法对多个故障项目按照维修、使用重要程度进行优先级排序，无法给出充分的引导、提示信息，造成操作人员只能通过日常巡查过程，将界面一一点击查看，根据查看情况，再来做出下一步判断。

2 隧道智能平台人机交互构架

隧道智能平台人机交互性能的提升，将有助于更好地服务平台操作人员，减少操作人员因反馈、上报时间延误导致的安全事故、责任事故，减少二次事件的发生，降低隧道安全隐患，同时能对道路、车辆、环境等方面的信息进行优化分析，提高操作的专业化、便捷化。智能平台基于机器学习、大数据分析等新兴技术，在提升机电设备初步故障分析的能力同时，不断提升本路段的管理水平，提高操作人员操作的效率和管理的精细程度，保障隧道交通安全。隧道智能平台人机交互逻辑框架如图1所示。

图1 隧道智能平台人机交互逻辑框架

(1)基础设施层。包括视频监控、车辆检测器、交通信号灯、交通诱导灯、可变信息标志、可变限速标志、隧道照明灯、能见度检测器、紧急电话、隧道广播、风速风向检测器、轴流/射流风机、烟感探测器、能见度检测器、CO/VI检测器等基础设备设施构成。

(2)信息传输层。依靠通信专网及互联网[2]，在保证数据传输安全、快速的条件下，完成数据的采集、储存、传输、展示，为数据分析层、监控展示层提供有效、可靠的数据基础，是故障分析、信息反馈重要的依据。

(3)数据分析层。包含反馈、分析、决策、管理四个子系统，是隧道智能平台人机交互性提升的关键，为高速公路运营管理日常巡检、故障分析、应急处置、数据管理等提供决策支持，提升智能平台人机交互的智能化和科学化。

(4)监控展示层。支持指挥调度中心显示屏、电脑端操作屏、手机移动设备等多个界面信息展示和操作，是视频监控、可变信息情报板、异常事件检测、火灾探测、紧急电话及广播、通风照明检测等设备集成的展示和可操作性平台。

3 隧道智能平台人机交互主要业务功能

3.1 反馈提示功能

当点击和操作智能平台时，平台界面给予主动反馈并提示相关下一步操作，同时提示反馈操作完成程度以及完成效果。在操作重大、重要步骤时给予提示警告、预警和可能存在的问题等相关信息。同时平台具备检测的性能，拥有全面的处理方法，如出现错误点击和错误选择的位置时，平台主动提示应该如何处理的方法和建议，具备错误提示恢复和保护功能等容错手段[3]。

3.2 故障分析能力

在原有隧道智能平台的基础上，将隧道大数据分析、机器学习等前沿技术应用到隧道智能平台人机交互中，对隧道智能平台已达到运行寿命的可能出现故障机电设备提前进行故障预警，引导机电维修人员尽早开展设备检测。对出现的设备故障问题进行初步的数据分析，通过与数据问题库和该隧道已存在并修复的故障模板进行对比分析，反馈设备故障可能出现的原因、问题点，进一步提升机电维修人员的维修效率。对已修复的故障问题和修复方法形成维修模板并储存到数据库，不断提升隧道安全问题的主动发现、监管的能力，提高隧道设施检测自动化。

3.3 决策指挥能力

以智能化、信息化的分析手段为补充，平台将给予一定时间内的自动巡查、巡检功能，如遇问题及时报警并上报，减少因人工巡查或人工上报不及时导致的安全事故、二次事件等问题。当多个设备同时提示故障时，按照设备维修的重要程度、必要程度进行优先排序，对可能影响交通安全的车道控制信号灯、通风照明系统等设备进行优先提示维修。同时隧道智能平台为重大交通事故、安全事故等提供已存的应急预案和联动方案，为快速处理交通突发事件、恶劣雨雪天气等情况提供科学手段和有效依据。

3.4 数据管理能力

数据管理能够维护数据信息完整、保证平台各项工作运行[4]，其功能是将数据查询、储存、管理、运用融为一体，提升管理效率。数据库中包括储存隧道现有设备台账、隧道设备已发生故障台账、隧道应急预案等，提供设备故障趋势、设备故障类型分布、设备故障信息统计表等[5]，联动设备备品备件库，提高设备的完好率。通过数据管理联动故障分析和决策指挥，实现全要素、全生命周期管理理念下的隧道资产数字化管理。

4 隧道智能平台人机交互界面优化

在提高隧道智能平台人机交互性能的同时，应不断优化智能平台人机交互界面，根据所辖路段，将道路模型与隧道模型紧密结合，避免在多个界面下的切换和显示，保证在同一界面下进行道路情报板、隧道机电设备的监控和管理。针对多个隧道群，要按照具体使用范围合理安排版面，达到美观与实用相结合的效果。在平台设计图标时，要根据应用的不同命令，每一个图标都要反应一个具体的目标动作，在整个界面的显示控制中要使用一致的风格机制，避免对软件相关操作理解上产生歧义，如信息显示的布局位置、各种逻辑之间的关系、规则，操控命令格式、菜单结构[6]，进一步降低操作人员重复操作和记忆负担，提高界面设计的经济型。

5 结论

隧道智能平台的发展既要围绕以人为出行服务对象的根本理念，又要兼顾着操作人员对人机交互日益增长的需求，在分析目前隧道智能平台人机交互现状的基础上，从系统结构、系统功能、界面优化等方面对智能平台进行了研究，提出提高人机交互性的方案。随着平台人机交互性能的大大提升，平台的“全要素，全周期”的智慧化、信息化、集成化将得到进一步的完善补充，在增强操作人员的用户体验，提高系统对操作人员的友好性和便捷性，构建“智慧型管理”的同时，营造一个安全、畅通、经济的隧道环境，为驾乘人员提供更为安全、舒适的出行体验。