基于开源鸿蒙的云边协同智慧隧道解决方案

万华文 黄 鹏

江西省交投集团路网运营公司 江西 南昌 330025

随着城市化进程的不断推进，隧道作为重要的交通基础设施扮演着至关重要的角色。传统的隧道管理与监控方式存在数据采集困难、实时性不高、异常事件处理不及时等问题。为了解决这些难题，云计算、边缘计算和人工智能技术共同催生了一种创新性的解决方案——云边协同智慧隧道建设方案。云边协同智慧隧道解决方案的提出与实现，为隧道管理者提供新的思路，有助于提升隧道的管理水平和运营效率。同时，也可为智慧城市建设和交通运输行业的发展注入新的活力。

1 公路隧道运营安全管理现状

公路隧道作为重要的交通基础设施，其运营安全管理始终是公众关注的焦点。目前，公路隧道建设管理虽然运用了智慧管理系统，但仍然存在如下问题：一是在隧道管理中，各种监测设备和系统采集的数据被孤立地存储在各自的数据烟囱中，数据无法进行有效的整合和综合分析，造成信息的孤立和利用率的低下。二是在现有的隧道管理系统中，不同的设备采用不同的通信协议和接口标准，导致各设备之间难以实现有效的数据共享和交互，信息流动受限，难以形成一个协同的管理系统。三是管理系统中大量的硬件设备被安装在隧道内部，如监控摄像头、传感器等。但是缺乏统一的管理平台和可视化的展示方式，管理人员难以了解这些设备的具体状态和工作情况，无法及时发现故障和异常。四是对隧道内部的状态感知能力较弱，无法实时获得隧道内部各个设备和系统的运行状态、环境参数等详细信息，难以及时掌握隧道的工作情况和存在的潜在问题。五是设备的部署和升级需要耗费大量的时间和人力资源，未充分发挥智慧系统的功能，导致隧道智慧化升级难以进行，无法及时跟上科技发展的步伐。从整体上看，公路隧道运营管理领域虽然提出了智慧管理系统，但缺乏高效的信息共享，信息传递效率低下，协同工作困难，未实现信息技术助推隧道基础设施的建设，亟需优化智慧管理系统。

2 智慧隧道方案概述

2.1 智慧隧道建设目标

基于开源鸿蒙的云边协同智慧隧道建设管理方案主要是在云边协同智慧隧道管理方案的基础上融入我国自主自研的鸿蒙操作系统，真正意义上实现技术的独立化与自控化，构建全栈自主可控的基建产业链，打造强国综合立体交通运输网。本方案目标如下：

（1）构建智慧隧道一体化综合管控平台，利用开源鸿蒙等新技术，结合物联网、边缘计算、人工智能和大数据等技术，实现隧道全要素的实时感知，提升隧道的智能化水平。

（2）通过云端资源优势，实现隧道业务云端下发，边缘快速部署和终端设备标准化接入能力，实现全设备的快速接入与管控，统一部署和维护各业务系统，实现隧道的信息化管理。

（3）借助开源鸿蒙等技术，构建综合管控平台，使各设备和系统能够有效沟通和协同工作，实现隧道设备运维管控、应急调度指挥等功能的集成化管理。

（4）通过智能化管理和控制，实现低碳节能目标。利用开源鸿蒙等技术，结合边缘计算和物联网技术，对隧道设备和系统进行智能监测和控制，优化能源利用，降低能耗。

（5）提升隧道的安全性，通过实时感知和监测，及时发现隧道内部设备故障和异常情况，辅助应急调度指挥工作，确保隧道的安全运行。

（6）提供统一的综合管理平台，简化设备部署和升级流程，降低管理成本。实现隧道的快速个性化接入和多级集中管控，方便隧道管理人员进行操作和管理。

2.2 智慧隧道方案架构

基于上述目标，拟构建智能、高效、协同、感知的一体化管理系统，实现设备管控、事件识别、低碳节能等业务的无缝对接，同时将业务参数分层分级上传到终端，保证隧道工程管理的有序及高效。

2.2.1 全协同

全协同是指通过在隧道系统中应用开源鸿蒙等技术，实现各个设备之间的全面联接。传统的隧道设备多为各自独立的系统，存在设备边界难以打破的问题。采用开源鸿蒙等技术，克服传统设备间协同困难的问题，将不同设备进行标准化集成，消除设备边界，实现设备的互联互通。同时，利用物联网技术，将隧道内的各种设备（如监控摄像头、传感器等）连接到一个统一的综合管控平台[1]。通过传感器等设备采集的数据，将这些数据通过物联网进行传输和共享。隧道管理人员可以实时了解隧道内部各个设备的状态和运行情况。在全联接的过程中，边缘计算起着重要的作用。通过在边缘设备上部署开源鸿蒙等技术，实现边缘计算和数据处理的能力，将部分计算任务从云端迁移到边缘设备上进行处理，减少数据传输延迟和带宽消耗，提高系统的响应速度和性能。最后，平台集成监控、报警、故障诊断等功能，实现对隧道设备的全面管理和控制。隧道管理人员通过该平台查看各个设备的实时数据、状态信息、警报信息等，及时做出决策和采取措施。

2.2.2 全智能

全智能即构建隧道的“去人化”管控，利用人工智能技术对隧道设备进行智能化处理和优化。通过使用开源鸿蒙等技术，将AI算法部署到边缘设备上，实现边缘计算和边缘智能处理，提升隧道设备的智能化水平，实现隧道设备的自主决策、故障预警、故障诊断等功能。

2.2.3 全感知

通过开源鸿蒙等技术，实现对隧道环境的全面感知。利用传感器、摄像头等设备采集隧道内部的各种数据，如温度、湿度、气体浓度、车流量等信息[2]。通过边缘计算和物联网技术，将这些数据传输到云端进行处理和分析，实现对隧道内部环境的全面了解和监控。

2.2.4 全高效

全高效是指依托国产底座算力支撑，通过使用开源鸿蒙等技术将计算任务分配到底座设备上进行处理，以提高隧道系统的计算效率和性能。一是利用开源鸿蒙等技术，将计算任务智能地分配到底座设备上进行处理。开源鸿蒙作为一个轻量级、高效能的操作系统，具备良好的分布式计算和资源调度能力，能够实现任务分发、并行计算和协同处理等功能，提高系统整体的计算效率[3]。二是根据任务特点和优先级进行合理的分配。高优先级和实时性要求较高的任务优先分配到底座设备上进行本地计算，避免对云端计算造成压力和延迟；较低优先级或批量处理的任务通过底座设备与云端协同完成，充分利用分布式计算能力。由于计算任务分配到底座设备上进行处理，该系统具备更高的并发处理能力，可以实现更快的计算速度和更高的并行处理能力，提升系统的响应速度和吞吐量。

3 基于开源鸿蒙的云边协同智慧隧道解决方案

3.1 端层

端层是指在智慧隧道系统中与用户直接交互的终端设备，如监控摄像头、传感器、显示屏等。端层主要采用如下设计方式：首先，通过开源鸿蒙提供的设备接入框架，将各类终端设备的快速接入并实现统一管理。该框架支持多种通信协议和接口标准，不同厂商生产的设备可以无缝集成到系统中。同时，对接入设备进行远程配置、监控和升级，保证设备的稳定运行和可靠性。其次，利用开源鸿蒙提供的数据采集和处理功能，对终端设备上生成的数据进行实时采集和处理。在终端设备上部署采集程序和算法模块，实时获取传感器数据、图像视频流等信息，并进行实时分析和处理。实现对隧道内部环境、车辆行驶状态等数据的实时监测和分析，为隧道管理决策提供准确的数据支持[4]。在数据处理中，将部分计算任务下放到终端设备进行处理，减轻云端的计算负担。例如，在摄像头设备上进行实时图像分析和识别，检测隧道内的异常情况。最后，根据实际需求，定制显示屏上的信息展示、报警提示等功能，并支持用户通过触摸、语音等方式与系统进行交互。通过结合开源鸿蒙的人机交互能力，提供便捷的操作方式，使得用户能够轻松地掌握和管理智慧隧道系统。

3.2 边缘层

边缘层设计中首先在智慧隧道系统中部署边缘计算节点，实现数据的即时处理和分析。边缘计算节点提供强大的计算能力，用于接收、存储和处理从终端设备采集到的数据。基于开源鸿蒙的边缘计算框架，快速搭建和管理边缘计算节点，同时支持多种通信协议和接口标准，使得不同设备能够互联互通。随后，利用开源鸿蒙提供的实时数据处理能力，在边缘计算节点上进行数据分析和处理。通过部署算法模块和实时数据流处理程序，实时监测隧道内的各种情况，如环境变化、车辆行驶状态等，快速发现并响应隧道内的交通拥堵、火灾、气体泄漏等事件，提高安全性和效率。最后，结合开源鸿蒙的安全框架和机制，保证边缘计算节点和终端设备的安全性。通过身份认证、数据加密和访问控制等手段，保护边缘层系统免受恶意攻击和数据泄露的威胁。同时，开源鸿蒙注重隐私保护，在数据采集和处理过程中，严格遵守相关法规和隐私政策，保护用户的个人隐私权益。

3.3 云端

基于开源鸿蒙的云边协同智慧隧道解决方案的设计中，云控平台是整个系统的中枢。其中，省中心平台通过对隧道业务系统产生的数据进行分析，支持决策；桥隧所平台进行业务系统的实际承载和应用，并依托能力支撑平台的IOT物联能力、边缘计算能力和AI智能处理能力，具备设备物联管控、业务应用的灵活编排、数据智能分析挖掘和算法模型训练推送等功能。

首先，云端平台为隧道智能运行提供一个业务、中枢、算力支撑的保障框架。智能运营中心IOC是针对集团层面，从运营与安全的角度全面提供数据统计分析，并对多维数据进行关联分析与挖掘，利用可视化呈现，支持集团领导做出科学决策。能力支撑平台包括IOT物联模块、边缘计算模块、智能处理模块和开源鸿蒙应用枢纽，这四个模块的综合支撑能够协同运行业务应用和云边端。其中，IOT物联模块实现了端侧设备的接入控制和数据协同；边缘计算模块实现了隧道边缘一体机的资源调度和业务协同；智能处理模块通过对数据的分析和模型训练下发，实现算力同鸿蒙枢纽实现对鸿蒙设备的统一管控赋能。此外，集团用户可以通过应用市场将各类隧道业务应用系统进行封装和上架，能够直接从云端下发应用到隧道边缘节点启动，实现隧道业务应用快速部署、个性化适配和统一运维，实现云边协同、数据智能化、能力共享和全链条协同的目标。

4 开源鸿蒙支持下的云边协同智慧隧道方案优势

4.1 云边协同，边缘一体

云边协同智慧隧道方案借助边缘计算模块，将计算任务从云端迁移到离用户更近的边缘设备上进行处理，降低了数据传输延迟，提高了实时性和响应速度。边缘设备通过使用分布式计算资源和本地存储，能够对数据进行实时处理和分析，减少了对云端的依赖。[5]由于边缘设备可以在本地进行计算和决策，即使在临时断网或网络不稳定的情况下，也能够保持基本的功能运行。这对于隧道智能系统的可靠性和稳定性非常重要，保证了关键任务的连续性及可靠性。

4.2 自主自控

本方案采用开源鸿蒙操作系统作为底层平台，实现了自主研发与自主控制。与其他商业操作系统相比，开源鸿蒙具有源代码透明、可审计性高等特点，且该系统为我国自主自研，使得隧道管理部门能够更好地了解和掌握系统运行情况，实现对系统的自主可控。在此基础上，数据在边缘和云端之间的协同处理实现真正意义上的本地化处理，减少了隧道业务敏感数据的传输和存储在云端的风险，保障数据的安全性和隐私性。此外，本方案具有较高的灵活性和可扩展性。随着技术的发展和需求的变化，可以灵活添加或升级边缘设备和云端功能模块，满足不断演化的隧道管理需求。

4.3 事件自动识别

本方案集成了传感器、监控设备等感知设备，通过这些设备实时采集交通流量、气象信息、视频监控等数据，提供了丰富的接口和驱动支持，使得各种感知设备可以无缝集成，实现对隧道内外环境的智能感知[6]。此外，开源鸿蒙操作系统支持与传感器、监控设备的即时通信和联动，当发生重大事件或异常情况时，可以及时向相关人员发送报警信息，辅助他们进行适时的处置和处理。

4.4 AI高效智能处理

开源鸿蒙操作系统提供了分布式计算支持，可以充分利用云端和边缘设备的计算资源。这使得在云边协同架构下，可以进行大规模的AI模型训练和推理，实现对隧道内部复杂数据的高效处理。本方案可通过训练AI模型，对隧道内的各种事件进行智能识别，大大提高了处理速度和准确性，减轻了人工干预的负担。与此同时，通过不断采集数据并进行模型训练，AI系统可以不断优化自身，提高识别准确性和处理效率。持续学习和改进的能力使得隧道管理系统能够适应不断变化的环境和需求，降低了后续维护成本。

5 结束语

基于开源鸿蒙的云边协同智慧隧道管理方案为隧道运营管理提供新的思路，通过整合边缘计算、大数据分析和云端控制等技术，该方案实现了对隧道内外环境的智能感知、事件自动识别和实时决策，提升了隧道的安全性和应急响应能力。开源鸿蒙支持下的云边协同智慧隧道解决方案展现了技术与创新的力量，为隧道行业带来了全新的发展机遇。随着该方案的推广应用，隧道运营将变得更加高效、安全，为人们的出行和物流运输提供保障。