基于OpenHarmony智能控制器的隧道智慧运维应用

景峻、李杰、桑中山、马玉楼、张英潮、宋增磊

（山东高速信息集团有限公司，山东 济南 250101）

0 引言

公路交通建设一直是我国基础建设的重中之重。随着公路建设向内陆山地地区的不断推进，隧道工程的建设也越来越多。据统计，自21 世纪以来，我国公路隧道数量年均增长高达20%。截至2022 年底，全国公路隧道数量和总里程分别达到24850 处和26784km。这使得我国成为世界上隧道建设数量和里程排名前列的国家。虽然隧道工程建设面临着艰巨的挑战，但也因此促进了隧道工程技术的发展，隧道的运维管理工作也越来越受到各级部门的重视。

随着5G、量子计算、移动互联、云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术与交通运输行业的加速融合，“智慧高速（Smart Highway）”建设显得尤为必要。传统高速公路与智慧高速公路最大的区别在于，智慧高速公路通过构建及时准确的感知系统、畅通互联的网络系统、快速安全的决策系统和即时广泛的管理服务系统，能够实现高速公路的快速、安全、智能和绿色发展，满足新时期人民群众高质量出行的需求。

山东高速信息集团通过对基于OpenHarmony 物联网等技术的研究，成功推出一套智慧运维解决方案，以鸿蒙智能控制器为基础，适用于现役高速公路隧道。该解决方案优化了设备连接流程，降低了运维复杂难度。该成果已在杭山东隧道的运营中取得初步成效。

1 鸿蒙智能控制器

目前，传统隧道内机电设备的控制主要通过PLC完成。然而，在市场上占主导地位的PLC 大多由国外厂家生产，系统开放程度低，存在严重的壁垒问题；缺乏统一的开发语言和行业标准，导致协议数据难以互联互通，数据孤岛效应明显；复用能力差，低水平重复建设多；随着物联网、人工智能等新技术的发展，数据融合难度进一步增大，复用能力差，低水平重复建设更为突出。同时，由于PLC 的状态信息多为简单的开关量，隧道机电设备与PLC 之间需要大量电缆进行控制和信息采集，难以反映设备的真实运行状况，增加了运维巡检人员的负担和巡检工作量。

该项目提出了一种新的解决方案，即采用基于OpenHarmony 开源系统的智能控制器替代隧道内PLC 设备。鸿蒙控制器是一款物联网控制器，运行基于鸿蒙操作系统的固件，具有智能化、高效能、安全可靠等特点，还支持多种通讯协议与设备进行通信。设备连接如图1 所示。

图1 设备连接示意图

智能控制器具备工业环境部署能力，可广泛应用于隧道内环境检测系统、通风照明系统、消防系统、交通诱导系统的监控与控制。除此之外，智能控制器还完全具备普通PLC 的控制采集功能。目前，智能控制器已经实现了对多种设备的状态采集和控制，例如车道指示器、风机、卷帘门、交通信号灯、CO/VI 检测器、风速风向检测器、光强检测器和风机震动检测器等。设备基于OpenHarmony 开源操作系统，相较于传统的PLC 系统具备更强的开发性和可演进性。

OpenHarmony 是一个由开放原子开源基金会（OpenAtom Foundation）孵化及运营的开源项目，是一个侧重于分布式终端设备的智能化、现代化操作系统，操作系统具备完整的功能。OpenHarmony 开源发布，能够实现对源码的安全质量检验，且由国内自主开源组织运营，源码托管于国内开源社区，能够实现完全的自主可控。

2 综合管控

济青中线杭山东智慧隧道综合管控平台（见图2）是一款集隧道设备日常管理、参数采集、火灾报警、电力监控、隧道内情报板发布等于一体的综合化管理平台。该平台能够实时操控隧道内设备（如车道指示器、风机、照明灯、卷帘门等）、实时监测设备状态、电力仪表数据，并具备发布洞内情报板等功能。用户可以通过浏览器完成隧道状态监测、运维管理、应急处置等工作流程。该系统采用模块化结构设计，具备完善的应急响应预案，支持多场景部署及迁移，支持分布式部署，可以实现隧道管理所就地控制、管理分中心远程决策指挥，以及监测成果和预警信息综合管理展示[1]。

图2 智慧隧道综合管控平台

该平台采用先进的信息技术和传感器技术，能够实现对隧道中的交通流、安全、环境等多方面情况的监测和管控。

交通流监测：通过雷视一体感知等设备，实时监测隧道内的车流、人流等信息，分析交通流量、密度、速度等，提供交通流量可视化数据分析与监控。

安全监控：通过安装视频监控设备、火灾报警设备等，实时监控隧道内的安全状况，发生交通事故、火灾等安全事件时，平台会及时报警并进行应急处理。

气象环境监测：通过安装环境监测设备，实现对隧道内COVI 等污染物浓度的监控，保障隧道内的空气质量，防止因污染引起健康问题。

照明控制：通过可调节光照的灯控系统，实现对隧道内照明的控制，节能降耗，提高安全性。

事件管理：通过事件管理系统，实现对隧道内交通事故、突发事件的分类、记录和处理，并提供事件分析报告。

数据分析：通过数据采集、处理和分析，得到隧道内交通流、安全事件等大数据，为交通管理部门提供科学的数据支持，有助于优化交通运行。

隧道数字孪生模型以高精地图数据和服务为基础，通过场景空间位置信息还原，可实现隧道实时状态的数字孪生场景构建与隧道真实场景复现（见图3）。包含道路标线、道路区域、各类机电设施的真实纹理模型搭建，对车道指示器、风机、风速风向检测器等主要设备位置进行准确标定等。将实时感知数据传输至模型中，即可实时显示设备状态和数据[2]。

图3 数字孪生场景图

3 智能运维

基于开源鸿蒙的智能运维体系，能够实现机电状态实时监测、机电设备智能管养。中心管理人员结合养护方案和综合管控平台对机电设备进行健康检查，制定针对性的巡检计划，能够降低巡检投入，提升工作效率（见图4）。

图4 智能巡检计划制定

隧道设备控制由原PLC 集中式控制转为鸿蒙控制器分布式控制，能够减少控制器单点故障对设备的影响范围。同时，采用OpenHarmony 轻量系统的鸿蒙控制器，其具有高实时性和高稳定性优点。鸿蒙控制器能够主动上传设备状态，真正做到秒级响应。

鸿蒙智能本地控制器支持更为便捷的智能巡检功能。巡检员在隧道内使用手持终端通过NFC 标签“碰一碰”与控制器直连，可以快速获取机电状态（见图5），并现场确认机电状态是否正常。在应急处置的极端场景下（传输中断），获得授权的应急人员可以在隧道内通过手持终端“碰一碰”控制器对机电设备进行控制，实现临时管控。此外，在隧道机电设备维修之后，获得授权的维修人员通过手持终端连接控制器，可以实现对机电设备的功能检查[3]。在这种工作模式下，运维工作效率可提升一倍。

图5 碰一碰手机巡检

除上述功能外，鸿蒙智能控制器还具有以下优势：

第一，鸿蒙智能本地控制器支持对CPU、内存等使用情况的有效监控，便于对控制器自身的监控和维护；采用国内主流的编程环境和语言，便于二次开发和升级。

第二，鸿蒙智能本地控制器扩展演进性强。未来，鸿蒙控制器、鸿蒙化的机电设备、鸿蒙化的车机系统和鸿蒙化的手机终端等，通过鸿蒙独有的分布式软总线有效融合，可实现车—隧、人—隧之间的实时数据交互和智能联动，更精准地感知隧道内的车流和事件，加快异常事件的处置速度、响应速度[4]。

通过杭山东隧道试点，可以形成智能化机电设施和机电系统的架构、接口协议、互联互通、安全、物模型等隧道智能化机电系统全方位的系列标准，有助于加速公路交通产业数字化和智能化转型，构建行业新生态，促进核心产业链发展，进一步促进山东交通产业的高质量发展。

4 结语

针对传统隧道机电运维控制复杂的问题，提出基于OpenHarmony 智能本地控制器的综合管控平台，该平台能够自动进行设备巡检，管理人员可根据巡检结果发布巡检任务，通过NFC“碰一碰”智能巡检，能够简化隧道机电巡检、控制等操作，提升运营管理水平，降低管养难度。在以上研究和应用的基础上，该项目将持续充分发掘OpenHarmony 开源社区资源，为智能本地控制器赋予更多实用功能。