高速公路隧道通行安全智慧管控系统

胡治国，罗 瑜，杨新辉，秦大为，李敬锋，曾钲淇，汤永成，吴振威

(广东飞达交通工程有限公司，广东 广州 610663)

0 引 言

近年来，党中央、国务院有关安全生产工作重要指示批示精神全面贯彻落实，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。而隧道安全通行涉及到隧道设施、机电设备、行驶车辆等多种要素，需要在大量的实际案例中找到满足各种隧道安全的管控方案。

1 现状问题

现阶段隧道安全管理主要存在以下问题急需解决：

重点营运车辆的异常行为缺乏预警；

隧道环境变化难以及时有效地感知；

机电设备设施的可用性无法保证；

机电设备可控性不稳定；

各机电子系统缺乏信息融合，难以实现互联互通；

联动预案缺乏智能引导，操作复杂、时效性差。

2 解决方案

2.1 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。

2.2 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，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1 系统架构图

(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。

2.3 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。

(1)重点营运车辆实时监测

重点运营车辆一旦进入路段，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。

(2)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”。事件数据统计汇总见图2。

图2 视频事件检测数据统计表

(3)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。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 h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。

(4)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。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。

(5)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。

3 系统特点

3.1 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。

3.2 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。

(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

4 应用案例

4.1 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 km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。

4.2 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 km隧道和18路路面约10 km，识别准确率大于90%，大大提高了业主的运营管理效率。

4.3 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月份部署实施了“重点营运车辆动态管控系统”，于2021年4月初部署实施了“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。

4.4 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。

4.5 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。由于人体视觉特点，进出隧道时容易形成“黑洞效应”及“白洞效应”，从而造成安全事故。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。

5 结束语

本文主要研究了高速公路隧道安全技术实现方案，对重点营运车辆的实时监管、设备状态的动态管控、隧道环境的感知及控制、交通事件的实时检测、设备控制的可视化等功能通过案例进行实验，可为隧道的运营管理提供参考解决方案。未来将对事件的紧急联动、设备的精细管理与控制做进一步的优化实验与探索，让隧道安全通行的整体解决方案做到人性化、智能化、数字化。