高速公路隧道管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

龍思穎，梁 杏

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

由于高速公路感知渠道不足、數(shù)據(jù)共享能力不強(qiáng)、事件決策分析緩慢、隧道環(huán)境的封閉性及危險(xiǎn)性，表現(xiàn)出一系列隧道問(wèn)題，主要包括隧道監(jiān)測(cè)覆蓋不全、事件預(yù)警準(zhǔn)確率低和不及時(shí)、事件處置方法短缺和進(jìn)展跟蹤不便、事件和設(shè)備缺乏聯(lián)動(dòng)、隧道設(shè)備管控不靈活、通知不到位、事件處理緩慢等。本文設(shè)計(jì)了一套高速公路隧道管控系統(tǒng)，成為打造智慧高速平臺(tái)的有力支撐。

該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控隧道交通狀況、環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并提取其特征值，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，盡快執(zhí)行應(yīng)急預(yù)案，一鍵通知相關(guān)部門(mén)，避免事件擴(kuò)大而危及交通安全；當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，及時(shí)進(jìn)行交通誘導(dǎo)、緊急通知、廣播預(yù)警等一系列措施，避免交通擁堵及事故的二次發(fā)生。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

智慧隧道框架體系分為數(shù)據(jù)采集層、監(jiān)測(cè)與預(yù)警層、隧道管控與應(yīng)急指揮層，利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)溫濕度、車(chē)流量、光強(qiáng)度、亮度和設(shè)備工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸至指揮中心，系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、重組，并加以統(tǒng)計(jì)、分析和匯總決策。如監(jiān)測(cè)指標(biāo)異常則發(fā)送預(yù)警，同時(shí)聯(lián)動(dòng)設(shè)備控制，如自適應(yīng)亮度調(diào)節(jié)、自動(dòng)匹配預(yù)案、發(fā)布可變情報(bào)板和可變限速標(biāo)志、緊急電話(huà)和廣播預(yù)警等，快速處理事件，有效控制事件影響范圍，提供救援服務(wù)，有效緩解交通擁堵，對(duì)交通狀況進(jìn)行高效調(diào)節(jié)和控制。見(jiàn)下頁(yè)圖1。

圖1 隧道管控系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隧道管控系統(tǒng)覆蓋設(shè)備控制、數(shù)據(jù)搜集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信息服務(wù)、出行服務(wù)、應(yīng)急救援等隧道管理的內(nèi)容，形成互聯(lián)互通、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、智能便捷的隧道管理信息化體系，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理規(guī)范化及精細(xì)化、預(yù)案聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化、跨區(qū)域跨部門(mén)指揮調(diào)度協(xié)同化、出行服務(wù)便捷化及優(yōu)質(zhì)化。系統(tǒng)包括隧道監(jiān)測(cè)、綜合管控、決策指揮、智慧運(yùn)維四大子系統(tǒng)，系統(tǒng)功能圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能圖

2.1 隧道監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

隧道監(jiān)測(cè)包括數(shù)據(jù)采集、事件預(yù)警、終端報(bào)警。使用安裝的各類(lèi)傳感器感知設(shè)備采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，監(jiān)控隧道火災(zāi)、交通擁堵、交通事故、惡劣天氣等環(huán)境信息；分析采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，漏洞預(yù)警模塊對(duì)感知數(shù)據(jù)全面地檢測(cè)，并通過(guò)App、平臺(tái)、短信等方式將異常報(bào)警數(shù)據(jù)上報(bào)監(jiān)管中心，可以提前發(fā)現(xiàn)隧道環(huán)境存在的各種問(wèn)題，包括各類(lèi)環(huán)境、安全及交通運(yùn)行異常，發(fā)現(xiàn)異?？梢蕴崆邦A(yù)警并協(xié)助職能部門(mén)最大限度預(yù)防事故發(fā)生，提前感知和應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的危險(xiǎn)因素。

2.2 綜合管控子系統(tǒng)

系統(tǒng)搭建交通控制、火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警、緊急電話(huà)和廣播、視頻監(jiān)控、基于AI的視頻事件監(jiān)測(cè)、照明檢測(cè)控制等模塊，形成隧道設(shè)備的智能化控制體系。

2.2.1 交通監(jiān)控

交通監(jiān)控子系統(tǒng)由隧道洞口車(chē)輛檢測(cè)器、洞內(nèi)車(chē)道指示器、可變情報(bào)板、交通信號(hào)燈、可變限速標(biāo)志、設(shè)備采集箱和中控室內(nèi)控制臺(tái)以及傳輸設(shè)備組成。整個(gè)交通監(jiān)控子系統(tǒng)屬主從分布式控制系統(tǒng)，滿(mǎn)足各種狀況下的交通數(shù)據(jù)采集、信息發(fā)布和控制誘導(dǎo)功能，并能接受上級(jí)中心下發(fā)指令對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制；同時(shí)定時(shí)采集各設(shè)備的在線(xiàn)、離線(xiàn)、故障等工作狀態(tài)，如有故障發(fā)送預(yù)警信息并在GIS地圖顯示；最后發(fā)布指令控制設(shè)備，從而達(dá)到交通控制的目的。

2.2.2 火災(zāi)監(jiān)測(cè)與報(bào)警

火災(zāi)監(jiān)測(cè)與報(bào)警模塊主要對(duì)隧道內(nèi)火災(zāi)手報(bào)按鈕位置、雙波長(zhǎng)火災(zāi)探測(cè)器探測(cè)區(qū)域、煙霧探測(cè)器探測(cè)區(qū)域、感溫光纖探測(cè)區(qū)域、高低位水池水位值、防火卷簾門(mén)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)卷簾門(mén)的遠(yuǎn)程開(kāi)啟(升)、關(guān)閉(降)控制，水泵的開(kāi)啟與停止。目前，隧道內(nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)以串口或網(wǎng)絡(luò)方式，與火災(zāi)報(bào)警主機(jī)通訊，以獲取報(bào)警信息；而水池水位實(shí)時(shí)值、水泵的狀態(tài)、卷簾門(mén)狀態(tài)的獲取，水泵啟、停命令的下發(fā)，卷簾門(mén)開(kāi)、關(guān)命令的下發(fā)則通過(guò)PLC執(zhí)行，并結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)火災(zāi)消防模塊進(jìn)行。

2.2.3 緊急電話(huà)和廣播

在監(jiān)控中心和隧道管理站內(nèi)、救援站內(nèi)各設(shè)置緊急電話(huà)和有線(xiàn)廣播系統(tǒng)主機(jī)(可兼作上位機(jī)使用)，負(fù)責(zé)管理和控制管轄區(qū)域內(nèi)的緊急電話(huà)與有線(xiàn)廣播。隧道現(xiàn)場(chǎng)的緊急電話(huà)和有線(xiàn)廣播系統(tǒng)使用光纖級(jí)聯(lián)的方式傳輸至歸屬的隧道監(jiān)控站和隧道救援站，實(shí)現(xiàn)全線(xiàn)緊急電話(huà)和廣播的集中監(jiān)控。

2.2.4 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控模塊可實(shí)時(shí)監(jiān)控隧道，并顯示當(dāng)前攝像機(jī)位置信息，支持?jǐn)z像機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，支持根據(jù)位置信息自動(dòng)關(guān)聯(lián)相應(yīng)設(shè)備并按位置順序排列窗口，支持查看車(chē)輛的連續(xù)通行狀況，支持設(shè)置預(yù)案調(diào)節(jié)攝像頭云臺(tái)及一鍵查看情報(bào)板發(fā)布，支持智能檢測(cè)事件準(zhǔn)確性及發(fā)出預(yù)警。同時(shí)，支持錄像查詢(xún)、抓拍；支持對(duì)隧道內(nèi)視頻的實(shí)時(shí)監(jiān)控；支持根據(jù)預(yù)案進(jìn)行視頻開(kāi)窗；支持視頻回放功能；支持云臺(tái)控制。

2.2.5 基于AI的視頻事件監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)通過(guò)AI模型，快速檢測(cè)車(chē)輛停止、占道、擁堵、行駛慢行、行人、車(chē)輛逆行、車(chē)輛拋灑物、車(chē)輛駛離等非正常事件，并上報(bào)指揮中心。(1)歸納匯總要求檢測(cè)的事件，提取特征將事件進(jìn)行分類(lèi)；(2)采集不同環(huán)境及地點(diǎn)的事件視頻，如入口、出口、匝道、應(yīng)急車(chē)道、單向、雙向、白天、黑夜、大霧、雪天、暴雨、晴天等；(3)進(jìn)行基于深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練，獲取訓(xùn)練模型，同時(shí)將異常的訓(xùn)練結(jié)果通過(guò)預(yù)警、短信、電話(huà)等方式上報(bào)；(4)分析收集到的漏報(bào)、誤報(bào)等視頻數(shù)據(jù)，明確漏報(bào)、誤報(bào)的原因，同時(shí)不斷調(diào)整參數(shù)重新訓(xùn)練，直至訓(xùn)練模型達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，提高識(shí)別準(zhǔn)確率。該子系統(tǒng)還支持根據(jù)不同場(chǎng)景選擇相應(yīng)模式人工檢測(cè)，快速提供事件的證據(jù)。

2.2.6 照明控制

根據(jù)需要可單個(gè)或批量控制多個(gè)隧道群開(kāi)關(guān)燈，或自動(dòng)根據(jù)時(shí)間段、光線(xiàn)強(qiáng)度及預(yù)案設(shè)置進(jìn)行燈光的控制，解決人工控光難題。隧道照明、亮度控制的方式有三種，時(shí)序模式控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)控制和手動(dòng)預(yù)案執(zhí)行模式。預(yù)留自動(dòng)控制程序，若設(shè)置有光強(qiáng)檢測(cè)器，則既可采用自動(dòng)調(diào)節(jié)控制也可采用時(shí)序模式控制。

2.3 決策指揮子系統(tǒng)

隧道決策指揮子系統(tǒng)分為隧道報(bào)表、應(yīng)急響應(yīng)、決策分析、事件處置、指揮調(diào)度等模塊。隧道報(bào)表功能可以有效提取設(shè)備故障、預(yù)警、交通信息、環(huán)境信息、視頻事件等數(shù)據(jù)的特征信息，并進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析，形成直觀圖標(biāo)展示，為事件處置提供知識(shí)支撐；應(yīng)急響應(yīng)提供應(yīng)急組織及人員；決策分析是根據(jù)車(chē)流量、環(huán)境、實(shí)時(shí)視頻等數(shù)據(jù)為事件提供快速分析和決策；事件處置是協(xié)同管理事件流程；指揮調(diào)度是遠(yuǎn)程協(xié)作、調(diào)度資源以快速處理事件。

事件上報(bào)或預(yù)警時(shí)自動(dòng)匹配周?chē)鷶z像機(jī)查看真實(shí)性，并跟蹤事件進(jìn)展和實(shí)時(shí)狀態(tài)，自動(dòng)匹配相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案聯(lián)動(dòng)處置，以短信、電話(huà)、App等多形式快速通知相關(guān)部門(mén)；自動(dòng)匹配事件應(yīng)急圈內(nèi)的設(shè)備、資源，快速聯(lián)動(dòng)情報(bào)板發(fā)布、廣播預(yù)警、排障隊(duì)派單、拖車(chē)調(diào)配、交通信號(hào)燈控制等。同時(shí)根據(jù)分析處置過(guò)程和原因，生成處置報(bào)告。

2.4 智能運(yùn)維子系統(tǒng)

隧道智能運(yùn)維子系統(tǒng)是實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，上報(bào)故障或工作異常的設(shè)備，運(yùn)維人員接到報(bào)警后快速核實(shí)其真實(shí)性，對(duì)設(shè)備維修并記錄維修過(guò)程，以防因設(shè)備故障造成交通事故或影響交通控制。主要功能有在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、設(shè)備巡檢、設(shè)備運(yùn)維大數(shù)據(jù)分析等，建立高效的隧道設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)維系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)圍繞“設(shè)備控制自動(dòng)化、預(yù)案聯(lián)動(dòng)智能化、跨區(qū)域跨部門(mén)業(yè)務(wù)協(xié)同化”，深入研究了高速公路隧道管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有效解決了隧道協(xié)同管理困難、聯(lián)動(dòng)控制緩慢、事件處置滯后等棘手問(wèn)題，有效保障交通出行和運(yùn)營(yíng)指揮調(diào)度。