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隧道智能管控技术研究与探讨

发展现状以及未来方向

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赛文交通网 智能交通市场年会 智慧高速 高速公路

编者按:近日,在赛文交通网主办的第十二届(2023)中国智能交通市场年会-“第六届(2023)智慧高速产业发展论坛一技术创新运营与管理实践”论坛中,浙江交投高速公路运营管理有限公司技术研发部经理傅红阳发表了以《隧道智能管控技术研究与探讨》为主题的演讲。

傅红阳围绕智能化隧道从背景意义、研究应用、主要成效、思考与展望四个方面介绍了浙江省智能隧道的发展现状以及未来发展方向。

01、背景意义

浙江交投高速公路运营管理有限公司(简称浙高运)主要从事高速公路运营收费、监控指挥、清障施救、机电养护等运营管理,同时还肩负着政府还贷高速公路平台建设功能。

目前浙高运公司共管理18条高速公路,总里程达1933公里。设置隧道管理所57个,管理隧道总数375座,其中特长隧道28座,隧道总长达到795177延米。管理里程和隧道规模在全国名列前茅。

隧道管理的主要内容包括四个方面,首先是确保隧道设施设备的完好,其次是做好预防预警,第三是确保隧道异常事件能及时发现,最后是确保快速采取有效处置措施。

当前的隧道管理普遍存在“重建轻养”问题,主要体现在相关标准落后,现有机电设备配制不能满足隧道安全管控需求等,导致隧道管养智能化水平较低,综合防灾减灾能力弱,传统隧道运营管理面临重大的考验。

目前,传统隧道管控系统发展不足,存在着硬件标准不统一、系统联动性差、数据利用率不高、智能化程度低、设备管养难等一系列问题,而解决隧道运营管理难点问题的核心,在于融合应用智能管控技术,重点解决事故发生前的预防保障、事故发生时的及时发现、事故发生后的管控处置等三大主要场景。

02、研发应用 

针对隧道管控难题,浙高运公司长期以来积极开展各类研究,在安全管控、减灾防灾、低碳节能、智能运维等方面进行了大量探索与尝试。通过自主研究开发了“高瞳”、“高晓”、“高巡”等15项产品。2021年以来,浙高运公司陆续获批成立高速公路隧道数智安全技术浙江省工程研究中心、浙江交通集团隧道技术中心、企业研究院、浙江省博士后工作站等研发平台,为进一步实现隧道管控的数字化、智能化、专业化打下较好的基础。

浙高运公司基于物联网技术,以“交投云湖”为数据底座,打通事前预防、事中联动、事后处置等环节,打造“高速公路数智隧道”场景,有效降低事故发生率,减轻事故后果。

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在浙江高信技术公司的帮助下,浙高运开发了隧道管理综管平台,形成了“预防—发现—处置”的管控架构,其中事前预防功能包括隧道设备工况管理、设备智能运维、控速视觉诱导、高音一体化预警柱、高晓智慧情报板等内容。

事中发现模块则包括“高瞳”视频事件检测、隧道数字孪生、新型火灾报警系统、高橙可视紧急电话等内容。事后处置模块包含一键式预案联动、隧道入口智能管控、水幕柔性阻拦系统、风机智能联动管控、轨道救援机器人、数控消防箱等内容。

为实现事前预防,管控平台可以通过设备管理系统、远程工况监测系统实现隧道设施设备的远程管控和智能运维,确保设施设备的完好。

通过安装隧道控速视觉诱导系统,使得隧道车辆平均超速率下降13%,隧道平均车速偏离值下降5.5km/h。设置了高音一体化预警柱,可对隧道应急停车带违停车辆自动感知并警示劝离,并可与中控室双向语音交互。

同时拥有“高晓”智慧情报板,能按预设的场景对涉路施工作业等能自动识别自动显示,提醒过往车辆谨慎行驶。

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为实现隧道突发事件的快速发现,全面推广基于AI算法的图像识别技术的“高瞳”视频事件检测系统,实现了实时感知预警,发现率达到98.2%,准确率高达98.66%。同时还开发了隧道数字孪生系统、新型火灾报警系统以及“高橙”可视紧急电话等,保障了突发事件能第一时间得到发现。

为确保事件能得到快速处置,通过一键式预案联动,酌情起动入口管控系统、水幕柔性阻拦系统、风机联动系统、轨道救援机器人、数控消防箱等系统,还能在1分钟内实现交警、路政、救援和消防等部门的联勤联动,最大程度上缩短了预警出勤时间,提高了事故的处置效率。

03、主要成效

浙高运在技术和管理有诸多研究创新:

首先,依托“交投云湖”搭建隧道管控数字化平台,实现隧道管理系统数据共享,构建隧道统一数字底座,实现设备万物互联,打破系统信息孤岛,基于边缘智慧控制功能解决现有PLC系统协议私有及兼容性问题。

第二,开发了基于三维模型结合的隧道数字孪生技术、基于视频空间位置解析的车辆接力跟踪技术、基于深度学习的交通事件智能分析技术使得更高效、准确地发现和处置各类事件,提升隧道安全应急管控能力。

第三,融合公路隧道多系统联动控制,融合公路隧道环境监测系统、声光警示系统和后续阻拦系统的多系统联动控制,可有效降低隧道发生二次事故的风险。

第四,开发了基于图像多特征的隧道火灾烟雾图像检测方法,基于国产自研芯片的分布式定位缆式感温探测器开发与应用、基于火灾风险因子和防灾减灾能力两个维度的运营隧道火灾风险评估方法,形成了公路隧道火灾应急处置整体解决方案。

第五,开发了基于边缘智慧控制器一体化平台架构和功能,使得设备标准化、IP化,隧道全生命周期数字化监管,形成了高速公路机电设备运行监测数据团体标准等。

通过上述举措,在道路安全管控方面取得了较好成效,实现了事件主动发现率大于96%,准确率大于97%,隧道车辆平均超速率下降13%,隧道平均车速偏离值下降5.5km/h,平均异常事件发现时间小于15秒,一键联动报警时间小于1分钟,应急处置设备操作时间控制在20秒至30秒,年均人力成本节省10万元/洞。

04、思考与展望

目前隧道的智能化建设仍然存在着一些问题。第一,现有隧道设计标准与实际管理需求匹配不足,投建管养统筹不够。第二,既有隧道的技术改造提升,对先进性、实用性、经济性通盘考虑仍不足。第三,隧道低碳节能关键技术、隧道结构长期高精度监测识别等技术瓶颈仍期待解决。第四,隧道运营科技成果转化率不高,产业化水平较低 缺乏有效的实验验证平台。

为加快隧道的智能化建设,下一步,浙高运公司将依托“高速公路隧道数智安全技术浙江省工程研究中心”和“浙江交通集团隧道技术中心”平台,紧扣打造“世界一流的研究型隧道管理技术机构”目标和“隧顺安”品牌,创新运用大数据、人工智能、新能源等新兴前沿技术,实现隧道全过程数字管控和低碳节能,进而提供全方位更优质服务。

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