高速公路隧道数智化管控系统关键技术设计与应用浅析

设计与应用浅析

山东正晨科技股份有限公司 邮编:250101

摘要：随着交通运输的发展，高速公路建设越来越重要，而隧道是高速公路中不可或缺的一部分。基于智能系统顶层设计的专业实践，顺应工程领域的未来发展方向，也是新时代隧道工程建设发展必然趋势。适应新形势下隧道建设需要，将智慧管控技术应用于隧道建设，从技术应用层面和管理层面促进与隧道建设的融合，将智慧管控当作生产工具用于促进隧道的工程信息化管理，有助于提高隧道建设质量，将成为隧道工程领域的重要课题。

关键词：高速公路隧道；数智化管控；关键技术； 引言

为了推进智慧交通基础设施建设，逐步实现我国公路隧道智能化、信息化、集成化、绿色节能化，需要充分利用大数据、人工智能、５Ｇ、物联网等技术在信息采集、传播、分析、挖掘和展示方面的优势，发挥数据价值。

1隧道数智化管控系统的背景

截至2021年底，我国高速公路里程已突破16万km，因我国幅员辽阔，地理环境多样，多山地区高速公路桥隧比较高，隧道既是公路建设过程中的重点控制工程，又是公路运营安全管理的重中之重。随着公路隧道里程的增加，其安全运营问题显得越来越突出，隧道的监视与控制管理已成为公路隧道安全稳定运行领域非常重要的课题。近年来，为加强运营管理，降低高速公路隧道运营安全风险，提高事故应急处置和救援水平，各高速公路运营主管单位将新兴信息技术广泛应用于隧道运营管理，通过数字化、智能化手段来提高隧道管控能力。传统定义中

的隧道智能化监控系统采用分级管理的模式，基于数据采集与网络传输，建立统一管理平台，从而实现对多平台、多系统中的所有系统设备有序的协调与管理，为高速公路隧道安全运营提供保障。其系统模块主要包括：隧道视频集群监控、交通流监测、隧道交通运行控制、火灾自动报警、隧道照明、通风、紧急电话、环境监测、能源管理及供配电等子系统。随着公路建设中隧道里程的不断增加和自动控制理论的逐步成熟，欧洲、美国、日本等西方发达国家相继开始进行先进隧道控制系统的研究。借助于计算机网络技术、通讯技术、图像处理技术和自动控制技术的发展，公路隧道监视与控制系统的自动化水平得到了大幅提升。

2适用范围及工艺原理

本技术涉及一种智慧隧道综合管控系统，是一种适用于高速公路的智慧隧道综合管控系统。隧道施工的全过程智慧管控是一项生产建设管理技术，包括视频监控、传感探测、实时显示、射频识别等技术领域，集采集上传、自动化软件分析处理、及时预警、及时分析处理、远程监控于一体，提供各级监管和监控。通过各子系统的传感器采集数据信息，利用物联网传输技术将数据信息发送至监控中心，监控中心采用数据存储技术存储接收到的信息，智能管理系统采用计算机技术、网络技术、信息技术、视频技术，可实现隧道音频、图像、数据的融合，集成可实现远程监控、数据分析、调度、指挥的管理系统平台，在超长隧道建设中进行全方位监控和全方位预警。

3隧道数智化管控系统的设计思路

a）多元融合、智能感知针对隧道环境与交通状态，利用视频摄像机、雷达、设备运行监控装置、环境感知设备等构建融合联动的多元感知体系，实现对隧道环境、设备状态以及异常情况的动态感知。感知体系能够对隧道内外交通流状态、运行速度、事件事故、车辆信息、环境信息、设备信息等数据进行实时采集并建立隧道多元信息数据库。通过高精度大数据资源支撑隧道精细化管控，构筑隧道一体化多元感知体系。b）数字孪生、全息再现通过构建隧道真实场景下细节刻画信息的孪生模型，以及隧道基础设施和机电系统的真实模型，利用多传感器融合感知数据，实现隧道全要素模型和信息的高精还原，描绘出隧道中车辆和机电系统真实的运行状态，并可对后续发展进行高仿真度模拟推演，实现隧道监控管

理高精度和高真实度还原与运行状况回溯，便于隧道管理部门在空间与时间两个层面对隧道安全与运行状况进行分析与监管。

4隧道数智化管控系统关键技术设计与应用浅析 4.1关键技术设计

（1）传感器技术：传感器是隧道数智化管控系统的核心技术之一，能够实时监测隧道内的温度、湿度、烟雾等参数，及时发现异常情况，并通过网络传输到监控中心。

（2）通信技术：隧道数智化管控系统需要实现实时监控和数据传输，因此通信技术显得尤为重要。采用高速、稳定的通信网络，能够确保系统的实时性和可靠性。

（3）视频监控技术：隧道内的视频监控系统能够实时监测车辆和行人的行动，及时发现异常情况，保障隧道的安全性。

（4）智能控制技术：智能控制技术能够根据不同情况自动调节隧道内的照明、通风、空调等设备，提高设备的利用率，同时也能够缩短人工操作时间。

4.2 应用

（1）指挥调度模块

指挥调度的核心在于事件预案的展示和执行。本平台使用了多类事件处置逻辑，实现预案的査找、执行。预案按执行方式，可以划分为日常运行预案、事故处置预案等。预案按基础类型，可以划分为隧道交通控制预案、隧道通风预案、隧道照明预案等。平台支持将基础类型预案加以组合，形成针对特定地点、特定事件的综合预案，包括火灾预案、交通事故预案、设备故障预案等。每个预案均包括如下部分：事件输人和确认、资源调度査洵、处理方案、紧急救援过程监管、信息发布、事件清除、事件处理评估等。上级部门、路巡、养护、收费站、救援单位等相关部门人员信息被添加到预案的通知列表。预案与设备控制模块联动，在预案下发时，平台自动通过短信、电话方式通知对应人员。

（2）智能调光控制系统

该系统在不改变隧道照明现有线路的情况下，实现隧道照明设备自动组网，实现对每一盏灯的快速故障定位和预防性养护，实现对任一盏、一路、一自定义分组、一自定义分区及全区灯光开关的即时或定时远程控制与管理，根据时间、天气、车流量等条件设定方案，实现按需照明。对具备控制条件之灯具，该系统实现其开关控制和调光控制。用户能在图形化隧道平面图上査看、査询和控制ＬＥＤ隧道照明灯具的状态。该系统同时具备与现场控制器的远程通信访问和通信故障报警功能，通过自动采集隧道洞内外光照度和洞外车流量，实现对每一盏灯的智能调光控制。

（3）智能巡检机器人

针对隧道空间有限、机电设备运行环境恶劣、日常运维不便、人工巡检安全性差等问题，基于工业互联网平台和边缘计算平台的隧道智能巡检机器人可以针对隧道结构、隧道内的机电设备以及突发事件进行检测，实行全天候的智能化实时巡检、机电设备保洁维护、AI智能故障判断、大数据隧道病害趋势预测、应急事故抢险救援等功能，增强隧道运营管理的安全性与便捷性，降低能耗和日常维护运营成本，提高隧道智能化管控水平。通过引入物联网技术和人工智能技术，隧道巡检机器人能够实现交通状况、路面异常的监测，机电设备保洁养护等功能，同时，隧道机器人可以和隧道内的综合监控系统以及结构健康监测系统进行联动，对隧道主体、附属设施定期巡检、拍照、记录。另外，通过智能识别、环境监测、视频回传、实时对讲、人机互动等功能实现辅助隧道突发事件应急处置与救援的目标。

（4）隧道云智库

通过对信息的采集和梳理，构建关于隧道内机电设备运维管养相关的知识库，利用知识库的大数据精准化、多元化的分析能力通过隧道数智化管控系统这个载体来快速准确地发现故障隐患，并根据过往处理情况或其他隧道同类情况主动给出合理的处置方案，并可以在新的故障情况下出现时进行自主学习，不断完善知识库的内容，使得隧道内运维管养能力获得质的提升。

结束语

高速公路隧道安全运营是各级交通运输主管部门和运营主体最为关注的焦点之一。随着数字交通关键技术的不断突破，新兴技术不断成熟并应用于隧道安全运用管理实践，提出了智慧隧道一体化管控平台的建设。通过构建云、边、端三层架构的隧道数智化管控系统，使前端硬件系统和后端管理软件都具备更强的扩展性和兼容性；智慧数智化管控系统架构简化、施工简单、维护便捷并可同时适应不同的隧道和隧道群，提高隧道的运营管理效率，减少成本支出。在未来，全目标、全要素、全流程的数智化管控体系将引领高速公路隧道运营管理走向精细化、自动化、智慧化，将进一步提升隧道运营安全管理水平和应急处置能力，更好地服务经济发展和公众出行。

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