高速公路隧道通行安全智慧管控系統(tǒng)

胡治國，羅 瑜，楊新輝，秦大為，李敬鋒，曾鉦淇，湯永成，吳振威

(廣東飛達(dá)交通工程有限公司，廣東 廣州 610663)

0 引 言

近年來，黨中央、國務(wù)院有關(guān)安全生產(chǎn)工作重要指示批示精神全面貫徹落實(shí)，全面提升了公路隧道防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力，預(yù)防和減少了公路隧道交通事故特別是重特大交通事故的發(fā)生。近5年，交通運(yùn)輸部先后開展全國公路隧道安全隱患排查治理、安全風(fēng)險(xiǎn)防控、提質(zhì)升級3次專項(xiàng)行動(dòng)，可見黨和國家對于隧道安全通行的重視。而隧道安全通行涉及到隧道設(shè)施、機(jī)電設(shè)備、行駛車輛等多種要素，需要在大量的實(shí)際案例中找到滿足各種隧道安全的管控方案。

1 現(xiàn)狀問題

現(xiàn)階段隧道安全管理主要存在以下問題急需解決：

重點(diǎn)營運(yùn)車輛的異常行為缺乏預(yù)警；

隧道環(huán)境變化難以及時(shí)有效地感知；

機(jī)電設(shè)備設(shè)施的可用性無法保證；

機(jī)電設(shè)備可控性不穩(wěn)定；

各機(jī)電子系統(tǒng)缺乏信息融合，難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通；

聯(lián)動(dòng)預(yù)案缺乏智能引導(dǎo)，操作復(fù)雜、時(shí)效性差。

2 解決方案

2.1 總體架構(gòu)

本系統(tǒng)將隧道中的設(shè)備設(shè)施狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)(照度、亮度、有毒氣體濃度、積水等)、交通參數(shù)(車流量、車速)、重點(diǎn)營運(yùn)車輛狀態(tài)、消防保障系統(tǒng)狀態(tài)、通信傳輸系統(tǒng)狀態(tài)等影響隧道安全通行的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行深度數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘，建立可即時(shí)插拔及靈活配置的數(shù)據(jù)中臺，在統(tǒng)一的控制平臺上進(jìn)行統(tǒng)一展示、統(tǒng)一告警、統(tǒng)一處置，形成互聯(lián)互通的一體化動(dòng)態(tài)管控平臺。系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

2.2 方案思路

(1)多元感知

通過高清卡口抓拍、視頻事件識別、雷達(dá)監(jiān)測、重點(diǎn)營運(yùn)車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)測、智能消防測控、RSU路側(cè)識別、環(huán)境、氣象監(jiān)測、紅外熱成像等手段形成多元感知方案，對隧道環(huán)境、設(shè)備及進(jìn)入隧道的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤管控，提供有效的預(yù)警機(jī)制。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

(2)多源數(shù)據(jù)融合

當(dāng)有事件發(fā)生時(shí)，通過多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、多重校驗(yàn)、綜合研判，多元、多角度、多方式同時(shí)檢測與判斷隧道安全事件，提高檢測速度及判斷準(zhǔn)確性。

(3)精準(zhǔn)處置

根據(jù)安全管理模型進(jìn)行分級處理、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，針對不同路段不同管理方定制應(yīng)急聯(lián)動(dòng)預(yù)案、提高事件處置的靈活性。

2.3 主要功能

本解決方案的核心功能主要是圍繞實(shí)時(shí)感知環(huán)境變化、保障基礎(chǔ)機(jī)電設(shè)備可用可控、全面監(jiān)控重點(diǎn)運(yùn)營車輛、應(yīng)急處置聯(lián)動(dòng)控制來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)重點(diǎn)營運(yùn)車輛實(shí)時(shí)監(jiān)測

重點(diǎn)運(yùn)營車輛一旦進(jìn)入路段，通過“重點(diǎn)營運(yùn)車輛管理系統(tǒng)”中的車輛靜態(tài)信息可獲取車牌號、貨品類別(精準(zhǔn)救援)、運(yùn)證時(shí)效以及車輛的動(dòng)態(tài)軌跡信息等。進(jìn)入隧道前，路段主線上的車輛動(dòng)態(tài)軌跡信息只要結(jié)合“AI視頻事件識別系統(tǒng)”，就能對車輛異常行駛狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測并及時(shí)告警；進(jìn)入隧道后，結(jié)合進(jìn)出隧道口的高清卡口、AI視頻事件識別、雷達(dá)監(jiān)測等多元感知手段，通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、多重校驗(yàn)、綜合研判，能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)營運(yùn)車輛行使?fàn)顟B(tài)異常，并自動(dòng)在監(jiān)控中心大屏進(jìn)行彈窗告警提醒，為路段管理方提供實(shí)時(shí)有效、及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警機(jī)制。

(2)實(shí)時(shí)感知隧道環(huán)境變化

通過多元化的感知設(shè)備對隧道內(nèi)風(fēng)速風(fēng)向、能見度、亮度照度、一氧化碳、煙霧等環(huán)境參素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到某個(gè)環(huán)境參數(shù)超過閾值時(shí)則即時(shí)告警。

通過AI視頻事件識別功能，對進(jìn)入隧道的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻識別，當(dāng)有車輛超速、違停、逆行、拋灑物體、氣體泄漏、起火等事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)告警。事件確認(rèn)后將會(huì)在PC端、監(jiān)控中心大屏端、移動(dòng)端進(jìn)行聯(lián)動(dòng)事件處置。目前我們的視頻事件識別已具備：車輛停止、車輛逆行、違規(guī)行人、拋灑物、路障等多種事件識別以及煙霧檢測、車流量統(tǒng)計(jì)、交通參數(shù)檢測、車輛信息識別等功能。在2020年路達(dá)組織的9家廠家參與的現(xiàn)場測試中，我們的技術(shù)得分第一名；2020年“小谷圍”AI算法專題賽以技術(shù)評分第三名進(jìn)入決賽，最后獲得“優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)”。事件數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總見圖2。

圖2 視頻事件檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

(3)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測

隧道內(nèi)的主要設(shè)備有：環(huán)境設(shè)備(照度、亮度、一氧化碳、能見度、風(fēng)向風(fēng)速)、視頻設(shè)備(攝像機(jī))、消防設(shè)備(風(fēng)機(jī)、卷簾門、消防栓、高低位水池、滅火器、煙霧傳感器、報(bào)警器)、照明設(shè)備、交通指示設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備(服務(wù)器、交換機(jī)、中繼設(shè)備、光電纜、緊急電話)、電力設(shè)備等。隧道內(nèi)設(shè)備狀態(tài)保持正?？捎檬撬淼腊踩幕A(chǔ)保障，也是路段管理方的主要責(zé)任。本系統(tǒng)可以24 h不間斷自動(dòng)對隧道設(shè)備進(jìn)行巡檢，也可以按區(qū)域、設(shè)備類型、時(shí)段等進(jìn)行手動(dòng)定向巡檢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)一鍵派單給設(shè)備養(yǎng)護(hù)人員，設(shè)備養(yǎng)護(hù)人員可以通過移動(dòng)APP接收任務(wù)，設(shè)備修復(fù)好后在APP上可以直接反饋給管理系統(tǒng)，管理人員確認(rèn)后關(guān)閉問題。

(4)設(shè)備控制可視化

設(shè)備遠(yuǎn)程控制包括對隧道內(nèi)攝像機(jī)角度及縮放控制、交通指示燈控制、智能調(diào)光控制、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速控制、卷簾門升降控制、消防設(shè)備控制等。本系統(tǒng)可以對設(shè)備進(jìn)行單個(gè)或批量控制，控制后將有現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的視頻自動(dòng)彈出，節(jié)省了監(jiān)控員主動(dòng)調(diào)用設(shè)備視頻的時(shí)間，大大提高管理效率。

(5)應(yīng)急處置聯(lián)動(dòng)控制

深度整合事件檢測、重點(diǎn)營運(yùn)車輛、卡口、火災(zāi)報(bào)警等系統(tǒng)，構(gòu)建“監(jiān)測—預(yù)警—處置—聯(lián)動(dòng)”的安全管控業(yè)務(wù)閉環(huán)，根據(jù)不同路段業(yè)主的管理制度建立不同的應(yīng)急預(yù)案，融合路段附近的消防、交警、路政、拯救、醫(yī)院、修理、加油站等資源。當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)能夠快速執(zhí)行預(yù)案、調(diào)動(dòng)資源、聯(lián)合控制。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

3.1 通行狀態(tài)實(shí)時(shí)感知

結(jié)合門架、卡口、視頻分析、重點(diǎn)營運(yùn)車輛、雷達(dá)、路測單元等數(shù)據(jù)綜合評估評判斷每個(gè)隧道的通行狀態(tài)，給運(yùn)營人員提供參考，方便運(yùn)營人員及時(shí)處理道路擁堵等交通事件。

3.2 安全要素全方位監(jiān)測

重點(diǎn)營運(yùn)車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)測、AI視頻事件分析、光纜電纜檢測、環(huán)境檢測、隧道機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測等多種手段對安全要素進(jìn)行全方位監(jiān)測。

(1)告警準(zhǔn)確率高

各子系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)分析、告警多重校驗(yàn)、綜合研判，提高告警準(zhǔn)確率。

(2)應(yīng)急處置與聯(lián)動(dòng)控制

根據(jù)安全管理模型進(jìn)行分級處理、應(yīng)急處置，針對不同路段不同管理方定制應(yīng)急處置預(yù)案，提高事件處置的靈活性；可聯(lián)動(dòng)控制事件關(guān)聯(lián)的設(shè)備，達(dá)到及時(shí)響應(yīng)、快速處置的效果。

(3)高內(nèi)聚、松耦合架構(gòu)

各子系統(tǒng)之間具有高內(nèi)聚、松耦合的特點(diǎn)，每個(gè)子系統(tǒng)均可獨(dú)立安裝使用，也可以聚合使用。

(4)高擴(kuò)展性

系統(tǒng)功能目前主要應(yīng)用場景是高速公路隧道，但基于現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)物特點(diǎn)補(bǔ)充相應(yīng)的感知設(shè)備即可快速擴(kuò)展到大型橋梁、高邊坡、長陡坡、軟基等特殊結(jié)構(gòu)物等場景，也可以在高速公路全線全覆蓋應(yīng)用。

4 應(yīng)用案例

4.1 紫惠高速“隧道通行安全管控系統(tǒng)”

紫惠高速隧道安全管控系統(tǒng)于2020年實(shí)施，包含重點(diǎn)營運(yùn)車輛管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、AI視頻事件識別、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、智慧消防管控等多個(gè)子系統(tǒng)，覆蓋了3個(gè)隧道約3.4 km隧道(雙向)，現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，為隧道安全提供了可靠、高效、精準(zhǔn)的統(tǒng)一管控平臺。

4.2 新陽高速“AI視頻事件識別系統(tǒng)”

新陽高速的“AI視頻事件識別系統(tǒng)”項(xiàng)目于2019年實(shí)施，總共包含64路，4臺服務(wù)器，覆蓋了5個(gè)約3 km隧道和18路路面約10 km，識別準(zhǔn)確率大于90%，大大提高了業(yè)主的運(yùn)營管理效率。

4.3 揭惠高速“特長隧道?；奋囕v實(shí)時(shí)監(jiān)測”系統(tǒng)

揭惠高速為了對小北山等隧道內(nèi)的危化品車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，于2021年2月份部署實(shí)施了“重點(diǎn)營運(yùn)車輛動(dòng)態(tài)管控系統(tǒng)”，于2021年4月初部署實(shí)施了“視頻事件檢測系統(tǒng)”，對通過隧道的重點(diǎn)營運(yùn)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。2021年4月30日中午12點(diǎn)22分，揭惠高速小北山2隧道往惠來方向K20+670處發(fā)生車輛著火。隧道視頻事件識別檢測系統(tǒng)第一時(shí)間檢測到事件并及時(shí)告警，使運(yùn)營管理人員第一時(shí)間知曉并及時(shí)處理，成功快速地處置這一緊急事件，避免了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失。在2021年上半年廣東省交通廳組織的“運(yùn)輸行業(yè)科技興安和案例宣教創(chuàng)新案例”征集活動(dòng)中，揭惠高速的《特長隧道?；奋囕v事故應(yīng)急演練教材》被評為安全宣教優(yōu)秀精品課件“特別優(yōu)秀案例”獎(jiǎng)。

4.4 仁新高速“特長隧道風(fēng)機(jī)控制方案”

仁新高速“特長隧道風(fēng)機(jī)控制方案”于2018年在青云山特長隧道實(shí)施。根據(jù)特長隧道的長度、地理地貌、周邊環(huán)境、氣候特點(diǎn)以及隧道火災(zāi)成災(zāi)原理，對隧道風(fēng)機(jī)的類別、安裝位置、安裝技術(shù)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，對隧道可能的火災(zāi)場景進(jìn)行模擬和分析，設(shè)計(jì)出火災(zāi)情景下風(fēng)機(jī)的控制方式及逃生救援預(yù)案。經(jīng)過多次現(xiàn)場模擬演練，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、設(shè)備可用可控、可高效聯(lián)動(dòng)控制，為青云山隧道安全保駕護(hù)航。

4.5 新博高速“智能調(diào)光系統(tǒng)”

新博高速“智能調(diào)光系統(tǒng)”于2020年實(shí)施。由于人體視覺特點(diǎn)，進(jìn)出隧道時(shí)容易形成“黑洞效應(yīng)”及“白洞效應(yīng)”，從而造成安全事故。基于此進(jìn)行智能調(diào)光方案設(shè)計(jì)及實(shí)施，當(dāng)有車輛即將進(jìn)入或駛出隧道時(shí)，智能調(diào)光系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制隧道口的亮燈數(shù)量及光亮強(qiáng)度，減少洞內(nèi)外的亮度差，減少視覺滯后帶來的偏差，達(dá)到隧道內(nèi)安全行駛及環(huán)保節(jié)能的效果。

5 結(jié)束語

本文主要研究了高速公路隧道安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，對重點(diǎn)營運(yùn)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)管、設(shè)備狀態(tài)的動(dòng)態(tài)管控、隧道環(huán)境的感知及控制、交通事件的實(shí)時(shí)檢測、設(shè)備控制的可視化等功能通過案例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可為隧道的運(yùn)營管理提供參考解決方案。未來將對事件的緊急聯(lián)動(dòng)、設(shè)備的精細(xì)管理與控制做進(jìn)一步的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)與探索，讓隧道安全通行的整體解決方案做到人性化、智能化、數(shù)字化。