隧道智能管控平台的设计与实现

梁建勇

(广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

随着我国经济快速发展，高速公路建设进入了一个快速发展时期，隧道建设也随之增多。隧道因其环境封闭性，一旦发生交通事故将给救援带来很大难度，因此安全管理是隧道运营的艰巨任务之一[1]。如何提高隧道安全运营水平，是专家和隧道管理人员一直关注研究的问题。近年来，随着新兴技术的快速发展，大数据、人工智能、云计算、物联网的大规模应用为解决传统交通难题提供了新方案[2]。因此，利用新兴技术快速发展与应用的契机，创新隧道管理、应急与服务协同运营模式，建设高速公路隧道智能管控平台，实现要素智能化，管理无人化，业务平台化、协同化[3]，并在工程应用中解决实际问题，具有良好的经济效益、安全效益及社会效益。

1 隧道信息化建设需求分析

高速公路隧道因其地理位置的关键性、环境的封闭性、结构的复杂性，极易发生交通事故，如不及时处置将导致二次事故的发生。隧道内一旦发生事故，会给救援带来极大的挑战。为了提高隧道管理效率和运营安全，隧道的一体化管控平台有以下需求。

1.1 异常事件自动检测与报警需求

目前靠人工视频巡检发现异常事件的效率非常低，不能及时发现交通事故，容易在隧道内造成二次事故。为此，需要将人工智能、云计算等新技术应用到隧道内事件检测，可实现隧道内高精度的事件监测，第一时间发现事故并及时处置，从而提高隧道安全运营水平。

1.2 日常管控可视化需求

设计隧道机电设施信息模型，实现控制方案的可视化编辑与可视化执行。隧道管理人员在远程巡查发现问题或应急事件发生时，可直接在可视化场景下对相关设备进行管控操作，以提高管理效率，降低隧道运营管理成本。

1.3 应急管控流程化需求

通过隧道智能管控平台，根据事件类型等级自动生成预案，一键执行一键恢复，形成日常监测自动化、事件启动流程化、信息报送快速化、应急处置精细化全过程的闭环管控，这是提高异常事件处置效率的核心需求。

1.4 运营数据深度挖掘需求

传统的高速公路数据监控系统主要是把数据保存下来以报表形式展示，并没有对数据进一步挖掘以获取深度信息。为此，利用大数据分析技术对交通、环境、电力等海量数据通过算法搜索隐藏于其中信息，可实现高速公路隧道节能管理和减少异常事件发生的概率，是提高高速公路安全节能运营的重要需求。

2 隧道一体化管控平台设计

2.1 平台架构

本文从数据采集、综合管控、业务协同、信息服务四个方面进行平台功能设计，融合应用大数据、机器学习、物联网等新技术，解决公路隧道机电设备集中管理、联动控制、数据共享、业务协同等问题。隧道智能管控一体化平台的系统架构如图1所示。

图1 隧道智能管控一体化平台的系统架构

设备层是构建高速公路隧道数字化环境的基础，包括对车、基础设施、环境等信息的感知，感知的类型包括交通状态、设备运行状态、异常事件、气象等。

网络层是通过光纤为设备数据传输提供通信服务。

数据层是用于建设公路隧道基础数据库、业务数据库等，并对原始数据进行过滤、清洗、分析，构建应急管理、养护管理、信息服务等。

支撑层为实现信息共享、应用系统功能、业务协同工作提供技术支撑，主要包括GIS地图、数据交换共享技术、大数据分析等。

应用层围绕隧道运营管理的核心业务，构建综合监控系统、应急指挥系统、专家决策、平台管理等系统功能。支撑隧道综合管控平台，使其功能更加强大、策略更加科学、决策更加优化。

2.2 平台功能

2.2.1 设备管控

2.2.1.1 设备监控

在隧道管理控制界面中展示隧道机电设备运行状态，可对交通灯、车道指示器、情报板、防火门、风机、隧道广播、电力监控等设备进行单控和群控。实时展示隧道内CO/VI检测仪、能见度检测仪、风速风向检测仪的监测数值。每个隧道安装调光系统达到“车来灯亮，车走灯灭”的节能模式，在平台上可实时查看灯的亮度。

2.2.1.2 事件报警

隧道内布设了事件检测、火灾报警系统、环境监测系统和雷达视频融合事件检测系统等与行车安全相关的子系统，对交通事件、火灾事件和环境气象变化等实现及时自动报警。这些子系统的报警数据统一传输到一体化管控平台，平台收到报警数据后实时推送到用户界面并报警弹框，极大提高了事件处理效率，保障了高速公路行车安全。

2.2.1.3 设备故障报警

平台能检测到设备离线状态、采集设备的故障告警并自动保存到数据库中，包括设备名称、设备桩号、设备类型、故障类型、故障时间等详细信息，故障信息通过App实时推送给值班的维护人员，维护人员到现场检修后可在机电设备管理中补充完善相关设备故障信息。

2.2.1.4 视频联动

平台接入隧道内和道路全部视频并能切换调度管理，当平台收到报警信息时能根据事件发生现场桩号自动切换附近视频到电视墙，能够及时快速掌握现场情况，同时也能通过手机端实时查看现场视频。

2.2.2 应急指挥

2.2.2.1 应急预案管理

平台能实现隧道应急预案管理，目前已配置火灾事故、危化品事故、污染物浓度超标、交通事故、隧道拥堵、养护作业等应急处置方案，根据事件发生现场桩号和事件类型平台能够按自建应急预案模型自动快速生成相对应的隧道设备控制预案，在执行预案前可修改预案的内容，事件结束之后能一键恢复执行预案前设备状态。

2.2.2.2 应急处置

可通过人工、雷达视频检测系统、火灾报警系统等方式触发平台的事件报警，经过人工确认之后进入应急处置界面，应急处置界面具备清晰明了的预案处置流程，包括视频监控画面切换、隧道设备预案控制、交通诱导、一键通知等。流程化处置让监控员处理事件减少错误，避免不当的操作。

2.2.2.3 指挥调度

通过互联网技术实现隧道事故处置过程中各单位处置信息共享和协调调度，平台提供事件处置人员列表，可在列表中选择人员进行语音或视频会话，在视频指挥群中发送图片、文字、文件等信息，从而实现与事件处置人员及时沟通，实时共享，确保以最快的速度、最优的方案完成事件指挥调度处理，提高异常事件处置效率。

2.2.3 数据分析

2.2.3.1 异常事件统计分析

平台提供异常事件报表查询及导出功能，可对异常事件统计分析，主要包括异常事件类型分布、事件发生的时间分布、事件报警来源分布，通过分析异常事件发生的特性采取相应措施减少事件发生的概率。

2.2.3.2 交通数据统计分析

按天/月/年统计分析高速公路隧道的交通量数据，并以图表的形式展示分析结果，可导出数据分析表格。通过大数据分析交通流量数据识别高速公路异常交通状态，对提升高速公路管理水平和服务水平具有重要的作用。

2.2.3.3 电力数据统计分析

平台采集保存隧道用电回路电压、电流、有功功率、用电量，并以图表的形式展示分析结果，可导出数据分析表格。持续监测隧道内用电设备的能耗，根据云端大数据的计算，建立用电设备的动态模型，智能生成调光模型参数并执行节能方案，实现高速公路隧道节能管理。

2.2.3.4 设备故障统计分析

按天/月/年统计分析高速公路隧道的机电设备在线率、完好率、故障率数据，并以图表的形式展示分析结果，可导出数据分析表格。

2.2.3.5 环境数据统计分析

统计分析隧道CO/VI、NO2、洞内外亮度、风速风向数据，以图表的形式展示分析结果，可导出统计分析报告，为隧道环境的综合分析和研判提供数据支持。

3 技术特点

平台建立了隧道一体化管控与事件快捷处理协同模式，提出了统一数据编码标准，开发了集隧道设备控制、事件预警、综合管控、交通诱导、应急处置、指挥调度、智能节能、运营数据挖掘等为一体的智能化、多级隧道管控平台。

3.1 系统集成度高，预案管控专业精准

形成电力监控、紧急电话、交通控制、视频监控、事件检测、情报板等隧道机电设备的集中管理和联动控制，各功能子系统数据共享，业务协同，实现多种事件工况下联动控制预案，控制预案自动化、流程化，提高了隧道综合管控能力和管理的主动性，业务效能明显提升。

3.2 高效可视化的应急指挥调度

平台响应异常事件报警启动应急预案并进行应急处置和协作指挥，各单位通过平台快速交换最新的信息，为快速处理异常事件提供科学手段，为科学决策提供有效依据。平台通过互联网实现了资源和信息的汇集，使得异常事件处理能够统一指挥调度、高效处置，有力提升了运营单位的应急处置能力，保障了隧道安全运营。

3.3 运营数据加工处理，挖掘深度信息

在运营过程中积累大量交通流量、环境数据等信息，通过大数据技术对数据开发和利用，识别高速公路异常交通状态，发出安全预警与智能化的控制诱导，深化对异常事件发生时的交通组织与快速救援。

3.4 物联网+绿色交通能效管理

采用物联网及移动互联网技术，持续监测隧道内用电设备的能耗，基于监测结果，建立用电设备的动态模型，智能生成并执行节能方案，实现隧道节能管理。建立能耗平台大数据库，并进行大数据分析，完善隧道照明数据模型，该数据库作为后期制定照明控制策略的数据支撑，随着采集数据量的增加，数据模型和照明控制策略将越来越精确。

4 都巴高速公路隧道一体化管控平台案例

广西贺州至巴马(都安至巴马段)高速公路项目主线长120.049 km，全线共设置32座隧道，桥隧比高达46%，整条路关联机电设备数量多，日常管理运维成本高。因此，隧道一体化管控平台建设势在必行。

该平台主要包含综合监控模块、指挥调度模块、数据分析模块等，实现了从监控、处置到分析的流程闭环，在综合监控中实现了对通风、照明、交通控制与诱导等机电设备的统一控制和运行状态监测。先进的感知系统及时发现隧道内的异常事件，收到报警后自动联动事件附近的摄像机获知现场画面，监控员根据现场情况判定事件等级，平台根据事件等级结果调取相关的应急预案并进行交通诱导。数据分析模块利用大数据分析技术对运营数据加工处理，挖掘深度信息。

结合都巴高速公路的实际运行情况，通过隧道智能管控一体化平台的建设，实现了隧道设备集中监控和异常事件应急指挥调度，减少了监控人员的日常监控负担，提高了事件处置效率。

5 结语

本文从隧道信息化建设需求、平台架构、平台功能和技术特点等方面分析并设计了隧道智能管控一体化平台，将平台在都巴高速公路进行了试点应用。平台的构建实现了从监控、处置到分析的流程闭环。将各个子系统整合到一个平台上，加强了隧道一体化监测和管理，提升了隧道设备联动和事件应急处置能力。高速公路隧道一体化智慧管控平台建设，解决了公路隧道机电设备集中管理、联动控制、数据共享、业务协同等问题，提高了隧道综合管理能力与服务水平，为打造“安全，智能，绿色”的高速公路隧道奠定了基础。