边缘计算在高速隧道的应用

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摘要：高速公路隧道内机电设备种类众多，各机电子系统之间相互独立，隧道运行情况的全局监控和统一控制缺乏，隧道内事件感知不主动、事件发现不及时，隧道本地的自动监测和控制缺乏、自动化和智能化程度低。针对以上问题，表文介绍了边缘计算在高速隧道中的应用，提出了软硬件一体化的智慧隧道解决方案。该方案能够对隧道内各种设备进行统一监测和控制，阻止有起火风险的高温车辆进入隧道，对隧道内车辆进行ＡＩ事件监测，对隧道内交通事件、环境事件进行自动和快速处置。

关键词：智慧隧道；边缘计算；ＴＳＮ网络：事件检测：车辆跟踪；应急预案

监测隧道运行情况、保障隧道安全畅通是高速公路隧道日常运管工作的重点。但是，隧道机电设施设备种类多，交通监测和环境监测设备生成的数据、报警信息，在空间和时间上相隔离；缺乏统一系统，对隧道所有机电设施设备进行监测和控制；部分机电设备的故障状态无法自动感知，需要人工巡检发现。此外，隧道运行情况的全局监控和远程管控手段缺乏，隧道现场的自动监测、控制闭环缺乏，自动化、智能化程度低。传统ＰＬＣ控制设备使用过程中，智慧算法和设备联动策略少，现场编程复杂，升级固件、更换设备麻烦，购买成本高，养护成本高。遇到突发事件时，能够生成异常事件报警信息的设施设备之间无法相互关联，事件无法及时发现，事件告警重复、干扰决策，事件应急处置预案无法根据业主需求调整，设备无法根据事件等级进行分阶段、分步骤控制，用户自定义小微事件（调光、通风等）无法自动联动，网络断联时隧道现场瘫痪、设备无法控制。

一、智慧隧道解决方案

软硬件一体化的智慧隧道解决方案，从隧道运营管理者的业务需求出发，将各机电子系统的功能整合在统一的业务界面上，使不同交通监测和环境监测设备生成的数据、报鳖信息在空间、时间上形成关联，打通系统间的隔阂，实现数据共享，方便集中管理、监测和控制。本方案在隧道现场采用边缘智能控制器，实现自动业务控制；在隧管所／变电所采用中心智能控制柜，实现人工或自动控制；在监控中心釆用智慧隧道运管平台，采取人工决策方式；在发生突发事件时，根据事件分级机制，按照事件影响大小，进行及时快速处置，避免事件影响扩大。智慧隧道解决方案由隧道运管平台、隧道感知系统、隧道控制系统三部分组成，如下图所示。智慧隧道运管平台部署在监控中心，实现对全部隧道运行情况的日常监测、对突发事件处置过程的跟踪和监管、对重大事件的决策和指挥。隧道现场智能感知系统部署在隧道现场，在隧道传统机电设施设备的基础上，引人多种智能感知设备和安全提示设备，实现入隧前的车辆监控提醒、入隧后的车辆跟踪、事件发生后的快速处置等功能。多个边缘智能控制器（ＥＣＮ）对视频及各种监测数据进行分区段接人、分析和建模，使原本割裂的信息在地理位置（空间）和事件发展（时间）上形成联系，从而反映出隧道当前运行状况和态势，并实时监测通行环境、跟踪在隧车辆、辨别异常事件、发出安全窖示。隧道智能控制系统由中心智能控制柜（ＣＣＮ）和边缘智能控制器组成，ＣＣＮ控制柜部署在隧管所／变电所，ＥＣＮ控制器部署在隧道现场。在隧管所／变电所，带触控屏的ＣＣＮ控制柜对隧道设施设备进行控制，直接处置突发事件。在隧道现场，ＥＣＮ控制器根据隧道环境和交通流的监测结果，自动调节和控制相应区段设施设备，如小微事件诱导、通风系统调节、照明系统调节等。在发生重大事故时，可直接人工介人、接管。智慧隧道解决方案的产品清单如表１所示。

二、方案优点

（一）接入全部隧道设备，设备运行状态自动感知本方案接人监控摄像机、情报板、紧急电话／广播、交通信号灯、车道指示器、ＣＯ／ＶＩ检测器、风速／风向检测器、光强检测器、风机、照明、横洞卷帘门、液位水位等设备，２４小时不间断对隧道设备进行自动巡检，当发现设备故障时，一键派单给设备养护人员。

（二）集成全部隧道子系统，实现数据融合、集中监测和控制隧道运管平台集成几乎所有隧道子系统，包括通风系统、照明系统、交通控制系统、视频监控系统、火灾报警系统、电力监控系统、紧急电话及广播系统等，且旧系统仍可正常使用。平台将各个机电子系统的功能整合在统一的业务界面上，使不同交通监测和环境监测设备产生的数据、报警信息在空间、时间上形成关联，打通系统间的隔阂，实现数据共享，方便集中管理、监测和控制。

（三）兼容传统ＰＬＣ控制模式ＥＣＮ控制器可与传统ＰＬＣ管控模式共存，也可替代ＰＬＣ。ＥＣＮ控制器支持对接所有采集设备、控制设备、检测设备，统一接口和传输协议，支持智慧算法和设备联动策略，现场编程简单，可远程升级固件，更换设备简单，釆购成本低，养护成本低。

（四）ＴＳＮ高可靠网络隧道智能控制系统将ＴＳＮ和ＳＤ（软件定义）的特性相结合，为隧道构建起一套高有效带宽、高可靠性、超低延迟、可规划的确定性网络，解决传统以太网存在的无序抢占、网络拥塞、抖动丢包、延迟较大、网络风暴等问题。

（五）ＡＩ实时事件监测，事件自动去重和归一化处理本方案配合隧道监控摄像机，可识别停车、逆行、拥堵、行人、摩托车、抛洒物、火灾、路障、变道、施工等事件，可对异常告警进行综合判断、过滤、合并、分级。

（六）事件分级管控，小微事件自动控制本方案在隧道现场采用ＥＣＮ控制器，在隧管所／变电所采用中心智能控制柜，在监控中心采用智慧隧道运管平台。发生小微事件时，隧道现场本地自动化控制；发生重大事故时，人工接人和接管。所有事件执行的策略，都由运管平台下发给ＥＣＮ控制器和ＣＣＮ控制柜，用户可以对自动执行策略进行自定义配置。在隧道运管平台与ＣＣＮ控制柜网络断联、ＣＣＮ控制柜与ＥＣＮ控制器网络断联的情况下，ＥＣＮ控制器仍可对小微事件进行自动控制。此外，可以停用小微事件自动执行功能，设置为所有事件由监控员手动确认执行。推荐对小微事件进行如下现场自动控制：紧急停车带停车，由隧道广播自动提醒；行人由隧道广播自动提醒；车辆高温预警由情报板自动提醒；通风系统根据隧道ＣＯＶＩ值自动调节；照明系统，根据光强调节或定时自动调节。

（七）險道外车辆高温預警，隧道内重点营运车辆行驶状态ｍｕ本方案可在隧道洞外探测行驶车辆温度，快速发现有起火隐患的车辆，并诱导车辆在隧道洞外应急车道停车；对于未停车的超温车辆和驶人隧道的两客一危车辆，进行全程车辆跟踪，判断行车行为是否正常。同时，ＡＩ实时事件监测覆盖隊道全程，可及时发现交通异常事件。

（八）智能应急预案本方案可根据运营方的管理流程，定制应急预案，如交通事故预案、火灾预案、恶劣天气预案、施工预案等，并分阶段地控制设备。事件处置完成、交通恢复畅通后，可对设备进行一键复位操作。基于边缘计算的智慧隧道解决方案产品特点如表２所示。

三、方案应用

临夏高速公路某隧道试用了上文所述的基于边缘计算的智慧隧道解决方案，实现了日常监控、事件预防、应急处置等业务的全方位管理，具体使用效果举例如下。例１：某日上午８点，智能控制器通过ＡＩ人工智能识别出车辆违停交通事件，而后自动与广播系统联动，语音告知车辆尽快驶离。例２：在隧道日常养护施工期间，监控员对系统预置的隧道施工预案进行更改选择，从而远程更改了隧道人口情报板内容，调整了信号灯和车道指示器状态，打开了隧道加强照明灯，并打开了车行横洞通道。例３：某日上午１２点，平台弹出车辆高温预警界面。监控员通过车辆跟踪界面，对高温车辆在隧洞内的行车情况进行实时査看，并通过广播系统提醒司机尽快驶离隧洞、到洞外停车带检修车辆。例４：某日下午３点，一辆轿车在隧道内自燃，隧道综合运管平台通过监测及时发现、及时告薔并精准定位位置。监控员査看实时视频画面，并广播告知司机消防器材位置、使用方法。在司机自救的同时，平台已将事件自动推送给养护、路政、交警、救灾等部门和人员。相关部门来到事发现场时，明火已基本被扑灭。此次事故未造成人员伤亡，后续事项得到妥善处置。待事件处置完毕、交通恢复畅通后，相关人员依照平台的灾后恢复流程，对隧道内设备进行一键复位操作。

四、结束语

本方案通过系统集成、人工智能、边缘计算、物联网、大数据、ＴＳＮ网络等技术手段，针对隧道运营管理中的安全畅通、提质升级、降本增效等需求，搭建软硬件一体化的智慧隧道运管平台，实现隧道事件预防、日常监控、应急处置、日常养护等全方位业务管理，提高对隧道运行情况的监测能力和对突发事件的处置水平，使隧道运营管理更高效、公众出行更安全、交通运输更畅通。

作者:韦卫 单位:兰州朗青交通科技有限公司