广东飞达交通工程有限公司
胡治国 罗瑜 杨新辉 秦大为 李敬锋 汤永成 吴振威 曾钲淇
高速公路隧道是一个相对封闭、环境恶劣、设备繁多、通信困难的特殊空间，由于隧道构造及环境因素的特殊性，高速公路隧道很容易发生安全事故，且救援难度大。由我司自主研发的“高速公路隧道通行安全智慧管控系统”，通过多元感知、数据融合、AI算法、LoRa通信、红外热成像等技术手段，融合重点营运车辆数据服务、交通参数多元感知、设备状态实时监测与控制、应急预案及处置方案等的多元数据，利用一体化管控平台对隧道通行进行全方位、全要素、全时段的有效管控。
一、 项目背景及现状痛点
近年来，在党中央、国务院有关安全生产工作重要指示批示精神的贯彻落实过程中，全面提升了公路隧道防灾减灾救灾能力，预防和减少了公路隧道交通事故特别是重特大交通事故的发生。近5年，交通运输部先后开展全国公路隧道安全隐患排查治理、安全风险防控、提质升级3次专项行动，可见党和国家对于隧道安全通行的重视。
而现阶段隧道安全管理主要存在以下痛点急需解决：
Ø 重点营运车辆的异常行为缺乏预警；
Ø 隧道环境变化难以及时有效地感知；
Ø 机电设备设施的可用性无法保证；
Ø 机电设备可控性不稳定；
Ø 各机电子系统缺乏信息融合，难以实现互联互通
Ø 联动预案缺乏智能引导，操作复杂、时效性差。
二、 解决方案
（一）总体架构：
本系统将隧道中的设备设施状态、环境参数（照度、亮度、有毒气体浓度、积水等）、交通参数（车流量、车速）、重点营运车辆状态、消防保障系统状态、通信传输系统状态等影响隧道安全通行的数据进行实时采集，对采集数据进行深度数据分析与数据挖掘，建立可即时插拔及灵活配置的数据中台，在统一的控制平台上进行统一展示、统一告警、统一处置，形成互联互通的一体化动态管控平台。系统架构见图1
图1：系统架构图
（二）方案思路
1.多元感知：
通过高清卡口抓拍、视频事件识别、雷达监测、重点营运车辆动态监测、智能消防测控、RSU路侧识别、环境、气象监测、红外热成像等手段形成多元感知方案（多元感知示意图详见图2），对隧道环境、设备及进入隧道的车辆进行实时跟踪管控，提供有效的预警机制。
图2：多元感知示意图
2.多源数据融合:
当有事件发生时，通过多源数据关联分析、多重校验、综合研判，多元、多角度、多方式同时检测与判断隧道安全事件，提高检测速度及判断准确性；
3.精准处置：
根据安全管理模型进行分级处理、应急联动，针对不同路段不同管理方定制应急联动预案、提高事件处置的灵活性。
三、 主要功能
本解决方案的核心功能主要是围绕实时感知环境变化、保障基础机电设备可用可控、全面监控重点运营车辆、应急处置联动控制来进行设计，核心功能见图3：
图3：核心功能图
（一）重点营运车辆实时监测
重点运营车辆一旦进入到路段，通过“重点营运车辆管理系统”中的车辆静态信息可获取车牌号、货品类别（精准救援）、运证时效以及车辆的动态轨迹信息等。进入隧道前，路段主线上的车辆动态轨迹信息只要结合“AI视频事件识别系统”，就能对车辆异常行驶状态进行精准检测并及时告警；进入隧道后，结合进出隧道口的高清卡口、AI视频事件识别、雷达监测等多元感知手段，通过数据关联分析、多重校验、综合研判，能第一时间发现重点营运车辆行使状态异常，并自动在监控中心大屏进行弹窗告警提醒，为路段管理方提供实时有效、及时准确的预警机制。 重点营运车辆的实监督测示意图及界面图见图4及图5：
图4：重点营运车辆实时监测示意图
图5：重点营运车辆实时监测平台界面图
（二）实时感知隧道环境变化
通过多元化的感知设备对隧道内风速风向、能见度、亮度照度、一氧化碳、烟雾等环境参素进行实时监测，当监测到超过某个环境参数超过阈值时则即时告警。
通过AI视频事件识别功能，对进入隧道的车辆进行实时视频识别，当有车辆超速、违停、逆行、抛洒物体、气体泄漏、起火等事件发生时，系统将实时告警。事件确认后将会在PC端、监控中心大屏端、移动端进行联动事件处置。目前我们的视频事件识别已具备：车辆停止、车辆逆行、违规行人、抛洒物、路障等多种事件识别以及烟雾检测、车流量统计、交通参数检测、车辆信息识别等功能。在2020年路达组织的9家厂家参与的现场测试中，我们的技术得分第一名； 2020年“小谷围”AI算法专题赛以技术评分第三名进入决赛，最后获得“优秀团队奖”。AI视频事件检测到车辆在隧道内违停截图见图6，事件数据统计汇总见图7。
图6：检测到车辆在隧道内违停
图7：视频事件检测数据统计表
（三）．设备状态实时监测
隧道内的主要设备有：环境设备（照度、亮度、一氧化碳、能见度、风向风速）、视频设备（摄像机）、消防设备（风机、卷帘门、消防栓、高低位水池、灭火器、烟雾传感器、报警器）、照明设备、交通指示设备、网络通信设备（服务器、交换机、中继设备、光电缆、紧急电话）、电力设备等等。隧道内设备状态保持正常可用是隧道安全的基础保障，也是路段管理方的主要责任。本系统可以24小时不间断自动对隧道设备进行巡检，也可以按区域、设备类型、时段等进行手动定向巡检，当发现设备出现故障时可以自动一键派单给设备养护人员，设备养护人员可以通过移动APP接收任务，设备修复好后在APP上可以直接反馈给管理系统，管理人员确认后关闭问题。设备状态检测过程示意图见图8，设备检测结果及故障处理过程示意图见图9
图8：设备状态检测过程示意图
图9：设备检测结果及故障处理过程图
（四）．设备控制可视化
设备远程控制包括对隧道内摄像机角度及缩放控制、交通指示灯控制、智能调光控制、风机转向转速控制、卷帘门升降控制、消防设备控制等等。本系统可以对设备进行单个或批量控制，控制后将有现场设备状态的视频自动弹出，节省了监控员主动调用设备视频的时间，大大提高管理效率。设备控制及可视化结果反馈过程示意图见图10
图10：设备控制及可视化结果反馈过程
（五）．应急处置联动控制
深度整合事件检测、重点营运车辆、卡口、火灾报警等系统，构建 “监测-预警-处置-联动”的安全管控业务闭环，根据不同路段业主的管理制度建立不同的应急预案，融合路段附近的消防、交警、路政、拯救、医院、修理、加油站等资源。当发生紧急情况时能够快速执行预案、调动资源、联合控制。
四、 系统特点
（一）通行状态实时感知
结合门架、卡口、视频分析、重点营运车辆、雷达、路测单元等数据综合评估评判断每个隧道的通行状态，给运营人员提供参考，方便运营人员及时处理道路拥堵等交通事件；
（二）安全要素全方位监测
重点营运车辆动态监测、AI视频事件分析、光缆电缆检测、环境检测、隧道机电设备状态检测等多种手段对安全要素进行全方位监测；
（三）告警准确率高
各子系统之间关联分析、告警多重校验、综合研判，提高告警准确率；
（四）应急处置与联动控制
根据安全管理模型进行分级处理、应急处置，针对不同路段不同管理方定制应急处置预案，提高事件处置的灵活性；可联动控制事件关联的设备，达到及时响应、快速处置的效果；
（五）高内聚、松耦合架构
各子系统之间具有高内聚、松耦合的特点，每个子系统均可独立安装使用，也可以聚合使用；
（六）高扩展性
系统功能目前主要应用场景是高速公路隧道，但基于现有的系统架构，根据不同结构物特点补充相应的感知设备即可快速扩展到大型桥梁、高边坡、长陡坡、软基等特殊结构物等场景，也可以在高速公路全线全覆盖应用。
五、应用案例
（一）紫惠高速“隧道通行安全管控系统”
紫惠高速隧道安全管控系统于2020年实施，包含重点营运车辆管理、设备状态监测、AI视频事件识别、设备远程控制、智慧消防管控等多个子系统，覆盖了3个隧道约3.4公里隧道（双向），现系统稳定运行，为隧道安全提供了可靠、高效、精准的统一管控平台。隧道安全管控一体化操作全景图见图11。
图11：隧道安全管控一体化操作全景图
（二）新阳高速“AI视频事件识别系统”
新阳高速的“AI视频事件识别系统”项目于2019年实施，总共包含64路，4台服务器，覆盖了5个约3公里隧道和18路路面约10公里，识别准确率大于90%，大大提高了业主的运营管理效率。部分视频识别事件截图见图12
图12：视频事件识别图
（三）揭惠高速“特长隧道危化品车辆实时监测”系统
揭惠高速为了对小北山等隧道内的危化品车进行实时监测，于2021年2月份实施部署了“重点营运车辆动态管控系统”，于2021年4月初实施部署了“视频事件检测系统”，对通过隧道的重点营运车辆进行实时动态监测。2021年4月30日中午12点22分，揭惠高速小北山2号隧道往惠来方向K20+670处发生车辆着火。隧道视频事件识别检测系统第一时间检测到事件并及时告警，使运营管理人员第一时间知晓并及时处理，成功快速地处置这一紧急事件，避免了人员伤亡和财产的损失。在2021年上半年广东省交通厅组织的“运输行业科技兴安和案例宣教创新案例”征集活动中，揭惠高速的《特长隧道危化品车辆事故应急演练教材》被评为安全宣教优秀精品课件“特别优秀案例”奖。系统运行及奖励情况见图13
图13：系统运行及奖励情况
（四）仁新高速“特长隧道风机控制方案”
仁新高速“特长隧道风机控制方案”于2018年在青云山特长隧道实施，根据特长隧道的长度、地理地貌、周边环境、气候特点以及隧道火灾成灾原理，对隧道风机的类别、安装位置、安装技术等进行设计，对隧道可能的火灾场景进行模拟和分析，设计出火灾情景下风机的控制方式及逃生救援预案。经过多次现场模拟演练，系统运行稳定、设备可用可控、可高效联动控制，为青云山隧道安全保驾护航。
（五）新博高速“智能调光系统”
新博高速“智能调光系统”于2020年实施，根据人体视觉特点，进出隧道时容易形成“黑洞效应”及“白洞效应”而造成安全事故，基于此进行智能调光方案设计及实施，当有车辆即将进入或驶出隧道时，智能调光系统能够自动控制隧道口的亮灯数量及光亮强度，减少洞内外的亮度差，减少视觉滞后带来的偏差，达到隧道内安全行驶及环保节能的效果。智能调光示意图见图14
图14 智能调光示意图
（六）广东省路桥公司“老旧隧道智能化升级统一规划分步实施”方案
广东省路桥建设发展有限公司（简称：广东省路桥公司）拥有汕梅高速等多条已运营多年的高速公路，这些高速公路的机电系统已运行多年、设备老化严重，很多设备出现不可用或不可控情况，各个系统之间相互独立，紧急事件发生时无法联防联控，给运营管理带来很大困难，智能化升级迫在眉睫。
据于此，2020年8月广东省路桥建设发展有限公司组织了各分公司、广东省交通设计院、广东利通、广东飞达等多家单位共同参与的“隧道机电设施联动整合”技术专题会议，会议对隧道机电设施的整合提出标准化、规范化的要求，并对下一步工作进行了部署。会议决定由路达分公司组织广东省交通设计院和广东飞达共同制定隧道机电设施联动总体方案，以汕梅高速的莲花山隧道、柚树下隧道作为升级改造试点，由广东飞达排查汕梅高速公路现有隧道机电设备部署和运行情况，提供总体方案的前期基础数据收集工作，并负责后期的方案分步实施。
目前，前期的数据收集及整体方案制定已基本完成 ，接下来将按总体规划进行分步实施。升级后的机电设备各子系统将统一接口标准、统一传输协议、统一展示、统一联动控制，改造后的隧道除了设备设施的实时监测和控制外，将引入“视频事件检测”“重点营运车辆动态监测”“智能消防检测”等智慧化子系统。
这是一个老旧隧道智能化升级改造的典型案例，通过整体规划、分步实施，既能对已有设备进行有效利旧，又能合理补充一些智能化的新设备及系统；既能让每一个子系统单独发挥作用，又能使各个子系统协同达到最佳的联动效果，真正为业主的运营管理提速增效。升级后的系统架构图如图15
图15 系统架构图
结束语：
高速公路通行安全，特别是隧道通行安全关系到广大司乘人员的生命财产安全，关系到各运营相关方的管理效率，承载着巨大的社会责任。提供先进、精准、高效的隧道通行安全方案任重而道远，我们已有28年高速公路机电系统集成的经验积累和技术沉淀，只要业主能想得到的，我们都能做得到。本方案是在充分了解高速公路建设方、运营方以及公众各方的实际需求，在大量应用案例中不断升级优化而形成的一体化解决方案，愿在不断探索优化的道路上与您风雨同行、共创未来！
