邊緣計(jì)算在高速隧道的應(yīng)用

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摘要：高速公路隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備種類眾多，各機(jī)電子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，隧道運(yùn)行情況的全局監(jiān)控和統(tǒng)一控制缺乏，隧道內(nèi)事件感知不主動(dòng)、事件發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，隧道本地的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制缺乏、自動(dòng)化和智能化程度低。針對(duì)以上問(wèn)題，表文介紹了邊緣計(jì)算在高速隧道中的應(yīng)用，提出了軟硬件一體化的智慧隧道解決方案。該方案能夠?qū)λ淼纼?nèi)各種設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和控制，阻止有起火風(fēng)險(xiǎn)的高溫車輛進(jìn)入隧道，對(duì)隧道內(nèi)車輛進(jìn)行ＡＩ事件監(jiān)測(cè)，對(duì)隧道內(nèi)交通事件、環(huán)境事件進(jìn)行自動(dòng)和快速處置。

關(guān)鍵詞：智慧隧道；邊緣計(jì)算；ＴＳＮ網(wǎng)絡(luò)：事件檢測(cè)：車輛跟蹤；應(yīng)急預(yù)案

監(jiān)測(cè)隧道運(yùn)行情況、保障隧道安全暢通是高速公路隧道日常運(yùn)管工作的重點(diǎn)。但是，隧道機(jī)電設(shè)施設(shè)備種類多，交通監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備生成的數(shù)據(jù)、報(bào)警信息，在空間和時(shí)間上相隔離；缺乏統(tǒng)一系統(tǒng)，對(duì)隧道所有機(jī)電設(shè)施設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；部分機(jī)電設(shè)備的故障狀態(tài)無(wú)法自動(dòng)感知，需要人工巡檢發(fā)現(xiàn)。此外，隧道運(yùn)行情況的全局監(jiān)控和遠(yuǎn)程管控手段缺乏，隧道現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制閉環(huán)缺乏，自動(dòng)化、智能化程度低。傳統(tǒng)ＰＬＣ控制設(shè)備使用過(guò)程中，智慧算法和設(shè)備聯(lián)動(dòng)策略少，現(xiàn)場(chǎng)編程復(fù)雜，升級(jí)固件、更換設(shè)備麻煩，購(gòu)買成本高，養(yǎng)護(hù)成本高。遇到突發(fā)事件時(shí)，能夠生成異常事件報(bào)警信息的設(shè)施設(shè)備之間無(wú)法相互關(guān)聯(lián)，事件無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，事件告警重復(fù)、干擾決策，事件應(yīng)急處置預(yù)案無(wú)法根據(jù)業(yè)主需求調(diào)整，設(shè)備無(wú)法根據(jù)事件等級(jí)進(jìn)行分階段、分步驟控制，用戶自定義小微事件（調(diào)光、通風(fēng)等）無(wú)法自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)斷聯(lián)時(shí)隧道現(xiàn)場(chǎng)癱瘓、設(shè)備無(wú)法控制。

一、智慧隧道解決方案

軟硬件一體化的智慧隧道解決方案，從隧道運(yùn)營(yíng)管理者的業(yè)務(wù)需求出發(fā)，將各機(jī)電子系統(tǒng)的功能整合在統(tǒng)一的業(yè)務(wù)界面上，使不同交通監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備生成的數(shù)據(jù)、報(bào)鱉信息在空間、時(shí)間上形成關(guān)聯(lián)，打通系統(tǒng)間的隔閡，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，方便集中管理、監(jiān)測(cè)和控制。本方案在隧道現(xiàn)場(chǎng)采用邊緣智能控制器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)業(yè)務(wù)控制；在隧管所／變電所采用中心智能控制柜，實(shí)現(xiàn)人工或自動(dòng)控制；在監(jiān)控中心釆用智慧隧道運(yùn)管平臺(tái)，采取人工決策方式；在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，根據(jù)事件分級(jí)機(jī)制，按照事件影響大小，進(jìn)行及時(shí)快速處置，避免事件影響擴(kuò)大。智慧隧道解決方案由隧道運(yùn)管平臺(tái)、隧道感知系統(tǒng)、隧道控制系統(tǒng)三部分組成，如下圖所示。智慧隧道運(yùn)管平臺(tái)部署在監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)全部隧道運(yùn)行情況的日常監(jiān)測(cè)、對(duì)突發(fā)事件處置過(guò)程的跟蹤和監(jiān)管、對(duì)重大事件的決策和指揮。隧道現(xiàn)場(chǎng)智能感知系統(tǒng)部署在隧道現(xiàn)場(chǎng)，在隧道傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)施設(shè)備的基礎(chǔ)上，引人多種智能感知設(shè)備和安全提示設(shè)備，實(shí)現(xiàn)入隧前的車輛監(jiān)控提醒、入隧后的車輛跟蹤、事件發(fā)生后的快速處置等功能。多個(gè)邊緣智能控制器（ＥＣＮ）對(duì)視頻及各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)段接人、分析和建模，使原本割裂的信息在地理位置（空間）和事件發(fā)展（時(shí)間）上形成聯(lián)系，從而反映出隧道當(dāng)前運(yùn)行狀況和態(tài)勢(shì)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通行環(huán)境、跟蹤在隧車輛、辨別異常事件、發(fā)出安全窖示。隧道智能控制系統(tǒng)由中心智能控制柜（ＣＣＮ）和邊緣智能控制器組成，ＣＣＮ控制柜部署在隧管所／變電所，ＥＣＮ控制器部署在隧道現(xiàn)場(chǎng)。在隧管所／變電所，帶觸控屏的ＣＣＮ控制柜對(duì)隧道設(shè)施設(shè)備進(jìn)行控制，直接處置突發(fā)事件。在隧道現(xiàn)場(chǎng)，ＥＣＮ控制器根據(jù)隧道環(huán)境和交通流的監(jiān)測(cè)結(jié)果，自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制相應(yīng)區(qū)段設(shè)施設(shè)備，如小微事件誘導(dǎo)、通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)、照明系統(tǒng)調(diào)節(jié)等。在發(fā)生重大事故時(shí)，可直接人工介人、接管。智慧隧道解決方案的產(chǎn)品清單如表１所示。

二、方案優(yōu)點(diǎn)

（一）接入全部隧道設(shè)備，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)感知本方案接人監(jiān)控?cái)z像機(jī)、情報(bào)板、緊急電話／廣播、交通信號(hào)燈、車道指示器、ＣＯ／ＶＩ檢測(cè)器、風(fēng)速／風(fēng)向檢測(cè)器、光強(qiáng)檢測(cè)器、風(fēng)機(jī)、照明、橫洞卷簾門、液位水位等設(shè)備，２４小時(shí)不間斷對(duì)隧道設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)巡檢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)，一鍵派單給設(shè)備養(yǎng)護(hù)人員。

（二）集成全部隧道子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、集中監(jiān)測(cè)和控制隧道運(yùn)管平臺(tái)集成幾乎所有隧道子系統(tǒng)，包括通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、緊急電話及廣播系統(tǒng)等，且舊系統(tǒng)仍可正常使用。平臺(tái)將各個(gè)機(jī)電子系統(tǒng)的功能整合在統(tǒng)一的業(yè)務(wù)界面上，使不同交通監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、報(bào)警信息在空間、時(shí)間上形成關(guān)聯(lián)，打通系統(tǒng)間的隔閡，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，方便集中管理、監(jiān)測(cè)和控制。

（三）兼容傳統(tǒng)ＰＬＣ控制模式ＥＣＮ控制器可與傳統(tǒng)ＰＬＣ管控模式共存，也可替代ＰＬＣ。ＥＣＮ控制器支持對(duì)接所有采集設(shè)備、控制設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備，統(tǒng)一接口和傳輸協(xié)議，支持智慧算法和設(shè)備聯(lián)動(dòng)策略，現(xiàn)場(chǎng)編程簡(jiǎn)單，可遠(yuǎn)程升級(jí)固件，更換設(shè)備簡(jiǎn)單，釆購(gòu)成本低，養(yǎng)護(hù)成本低。

（四）ＴＳＮ高可靠網(wǎng)絡(luò)隧道智能控制系統(tǒng)將ＴＳＮ和ＳＤ（軟件定義）的特性相結(jié)合，為隧道構(gòu)建起一套高有效帶寬、高可靠性、超低延遲、可規(guī)劃的確定性網(wǎng)絡(luò)，解決傳統(tǒng)以太網(wǎng)存在的無(wú)序搶占、網(wǎng)絡(luò)擁塞、抖動(dòng)丟包、延遲較大、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等問(wèn)題。

（五）ＡＩ實(shí)時(shí)事件監(jiān)測(cè)，事件自動(dòng)去重和歸一化處理本方案配合隧道監(jiān)控?cái)z像機(jī)，可識(shí)別停車、逆行、擁堵、行人、摩托車、拋灑物、火災(zāi)、路障、變道、施工等事件，可對(duì)異常告警進(jìn)行綜合判斷、過(guò)濾、合并、分級(jí)。

（六）事件分級(jí)管控，小微事件自動(dòng)控制本方案在隧道現(xiàn)場(chǎng)采用ＥＣＮ控制器，在隧管所／變電所采用中心智能控制柜，在監(jiān)控中心采用智慧隧道運(yùn)管平臺(tái)。發(fā)生小微事件時(shí)，隧道現(xiàn)場(chǎng)本地自動(dòng)化控制；發(fā)生重大事故時(shí)，人工接人和接管。所有事件執(zhí)行的策略，都由運(yùn)管平臺(tái)下發(fā)給ＥＣＮ控制器和ＣＣＮ控制柜，用戶可以對(duì)自動(dòng)執(zhí)行策略進(jìn)行自定義配置。在隧道運(yùn)管平臺(tái)與ＣＣＮ控制柜網(wǎng)絡(luò)斷聯(lián)、ＣＣＮ控制柜與ＥＣＮ控制器網(wǎng)絡(luò)斷聯(lián)的情況下，ＥＣＮ控制器仍可對(duì)小微事件進(jìn)行自動(dòng)控制。此外，可以停用小微事件自動(dòng)執(zhí)行功能，設(shè)置為所有事件由監(jiān)控員手動(dòng)確認(rèn)執(zhí)行。推薦對(duì)小微事件進(jìn)行如下現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制：緊急停車帶停車，由隧道廣播自動(dòng)提醒；行人由隧道廣播自動(dòng)提醒；車輛高溫預(yù)警由情報(bào)板自動(dòng)提醒；通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)隧道ＣＯＶＩ值自動(dòng)調(diào)節(jié)；照明系統(tǒng)，根據(jù)光強(qiáng)調(diào)節(jié)或定時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（七）險(xiǎn)道外車輛高溫預(yù)警，隧道內(nèi)重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛行駛狀態(tài)ｍｕ本方案可在隧道洞外探測(cè)行駛車輛溫度，快速發(fā)現(xiàn)有起火隱患的車輛，并誘導(dǎo)車輛在隧道洞外應(yīng)急車道停車；對(duì)于未停車的超溫車輛和駛?cè)怂淼赖膬煽鸵晃＼囕v，進(jìn)行全程車輛跟蹤，判斷行車行為是否正常。同時(shí)，ＡＩ實(shí)時(shí)事件監(jiān)測(cè)覆蓋隊(duì)道全程，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)交通異常事件。

（八）智能應(yīng)急預(yù)案本方案可根據(jù)運(yùn)營(yíng)方的管理流程，定制應(yīng)急預(yù)案，如交通事故預(yù)案、火災(zāi)預(yù)案、惡劣天氣預(yù)案、施工預(yù)案等，并分階段地控制設(shè)備。事件處置完成、交通恢復(fù)暢通后，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行一鍵復(fù)位操作。基于邊緣計(jì)算的智慧隧道解決方案產(chǎn)品特點(diǎn)如表２所示。

三、方案應(yīng)用

臨夏高速公路某隧道試用了上文所述的基于邊緣計(jì)算的智慧隧道解決方案，實(shí)現(xiàn)了日常監(jiān)控、事件預(yù)防、應(yīng)急處置等業(yè)務(wù)的全方位管理，具體使用效果舉例如下。例１：某日上午８點(diǎn)，智能控制器通過(guò)ＡＩ人工智能識(shí)別出車輛違停交通事件，而后自動(dòng)與廣播系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，語(yǔ)音告知車輛盡快駛離。例２：在隧道日常養(yǎng)護(hù)施工期間，監(jiān)控員對(duì)系統(tǒng)預(yù)置的隧道施工預(yù)案進(jìn)行更改選擇，從而遠(yuǎn)程更改了隧道人口情報(bào)板內(nèi)容，調(diào)整了信號(hào)燈和車道指示器狀態(tài)，打開(kāi)了隧道加強(qiáng)照明燈，并打開(kāi)了車行橫洞通道。例３：某日上午１２點(diǎn)，平臺(tái)彈出車輛高溫預(yù)警界面。監(jiān)控員通過(guò)車輛跟蹤界面，對(duì)高溫車輛在隧洞內(nèi)的行車情況進(jìn)行實(shí)時(shí)査看，并通過(guò)廣播系統(tǒng)提醒司機(jī)盡快駛離隧洞、到洞外停車帶檢修車輛。例４：某日下午３點(diǎn)，一輛轎車在隧道內(nèi)自燃，隧道綜合運(yùn)管平臺(tái)通過(guò)監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)告薔并精準(zhǔn)定位位置。監(jiān)控員査看實(shí)時(shí)視頻畫面，并廣播告知司機(jī)消防器材位置、使用方法。在司機(jī)自救的同時(shí)，平臺(tái)已將事件自動(dòng)推送給養(yǎng)護(hù)、路政、交警、救災(zāi)等部門和人員。相關(guān)部門來(lái)到事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，明火已基本被撲滅。此次事故未造成人員傷亡，后續(xù)事項(xiàng)得到妥善處置。待事件處置完畢、交通恢復(fù)暢通后，相關(guān)人員依照平臺(tái)的災(zāi)后恢復(fù)流程，對(duì)隧道內(nèi)設(shè)備進(jìn)行一鍵復(fù)位操作。

四、結(jié)束語(yǔ)

本方案通過(guò)系統(tǒng)集成、人工智能、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、ＴＳＮ網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段，針對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)管理中的安全暢通、提質(zhì)升級(jí)、降本增效等需求，搭建軟硬件一體化的智慧隧道運(yùn)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)隧道事件預(yù)防、日常監(jiān)控、應(yīng)急處置、日常養(yǎng)護(hù)等全方位業(yè)務(wù)管理，提高對(duì)隧道運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)能力和對(duì)突發(fā)事件的處置水平，使隧道運(yùn)營(yíng)管理更高效、公眾出行更安全、交通運(yùn)輸更暢通。

作者:韋衛(wèi) 單位:蘭州朗青交通科技有限公司