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赛文交通网 智能交通 智慧交运

编者按：9月26日，在赛文交通网主办的“2023年智慧隧道应用场景建设与发展”线上研讨会上，江西省交通投资集团有限责任公司项目办副主任费伦林作了《隧道运营与行车安全智慧管控实践》主题报告。

该报告介绍了依托大广高速江西省南康至龙南段扩容工程，开展了提升隧道运营与行车安全智慧管控实践的相关研究。通过集成高速公路车道级安全行车诱导装备、隧道内的安全行车诱导、结构安全健康监测、智能巡检机器人、隧道与特长纵坡交织复杂路段的引导技术，实现通过自主研发以提升公众在隧道安全行车水平的目标。

大庆至广高速公路是国家高速公路网中的“纵5线”，也是江西省高速公路规划网“4纵6横8射”公路主骨架中的“第三纵”。

大广高速公路南康全龙南段路线全长142.8公里，路线经过赣州市的南康区、信丰县、全南县、龙南县4个县（区）双向六车道高速公路，项目总投资199.58亿元，设计限速120km/h。全线隧道共8 座，总长 20公里/单幅。

我们通过智慧交通产品的开发、系统集成技术的研发，实现在智慧高速公路建设中提升隧道内行车公众出行安全能力，降低高速公路公众出行安全事故、避免隧道内安全事故的二次伤害事故，不断地提升公众出行的安全感、获得感和幸福感。

隧道运营与行车安全智慧管控技术主要包括六方面内容，即高速公路车道级安全行车诱导装备、提升隧道安全行车的诱导集成装备、隧道结构安全健康监测技术、隧道智能巡检机器人（事件+结构安全监测）、特长纵坡路段安全行车集成装备以及软件平台，包含隧道智能控制系统、二维隧道、三维隧道、新技术产品应用、提升公众出行服务信息的综合发布等。

总体设计结构图

1 高速公路车道级安全行车诱导装备

车道级的安全行车诱导装备主要是在特殊路段以及入隧道口路段，对安全驾驶行为以及公众出行的司乘人员的违章行为，如超速、慢速、压线等进行提醒和诱导。

在承担隧道内事故发布技术方面，首先实现的是车道级技术，包括对车辆超速、超限、未系安全带、接打电话、逆向、倒车等问题；其次是对车道级低速行驶与警告，包括抛洒物警告、保持车距等方面进行控制。

2 隧道安全行车诱导集成装备

隧道安全行车诱导集成装备作为核心技术问题，主要设计构思是在隧道入口处做了一组视觉效果较好的发布系统，可向公众提示一些有意义的信息；在行驶至隧道中间段时，可进行隧道信息的发布，包括超速、压线等行为提示；在隧道出口端时，能够比较有效进行路面风向等气象信息的采集，并及时提供给司乘人员。

管理系统的主优先级从高到低划分为控制中心发布信息；隧道管理发布信息；车辆违规、速度信息以及通用展示信息。

信息发布的优先级规则为自动识别信息类型，根据事件的主优先级和从优先级自动排序、自动抢占，高优先级的信息会直接覆盖低优先级信息进行抢占。

常用的隧道管理发布信息包含自系统+隧道摄像机、监测传感器等+结构安全监测+光纤光栅火灾报警+自动巡检机器人+两客一危识别与监管等，通过将这些内容进行整合，实现边缘化的智能，在任何时间都能够正常运行，无需控制中心进行干预。

通过车道级的行车诱导可引导司乘人员进入隧道。在隧道内如有抛洒物、危险信息二次伤害、施工情况发生时，可通过投影以及情报板来进行有效的信息发布。

3 隧道全生命周期结构安全监测与评估

隧道全生命周期的结构的安全监测主要是针对如何实现隧道全生命结构安全的考虑。

首先是隧道全生命周期结构安全监测顶层设计，我们打通了施工、运营和养护“三个环节”，数据无缝衔接，克服“BIM+GIS+监测数据”综合展示的难题，实现科学建、管、养、运；采用标准编码实现施工、运维多源信息的映射，实现智能评估和灾害溯源，并进行三维展示，有利于后续的多维度联动综合研判，提升预警真实性，避免单一误报。

在施工阶段，我们研发了新一代全生命周期隧道变形监测系统来监测拱顶沉降和收敛，通过设备研究实现全生命周期的数据采集。

由于现阶段传感器等基础性技术都较为成熟，因此我们的创新点主要是通过智能预警的研发模型来考虑，即如何实现最佳的状况、最准确性的模型判断来实现最好的预警技术。

我们创新研发了隧道智能预警研判模型，通过监测数据自身合理性判定、结合数据变化速率、累计变化量和测点空间结构进行联动组合分析，结合数据变化规律和结构特性进行综合研判，模拟“人脑”分析综合研判。

我们设想采用监测项分组的思路，如对同一个监测项的所有传感器分为一组，同一监测项按照同一截面分组，不同监测项按照同一截面分组，根据数据合理范围、变化斜率、数据趋势、同周期数据变化规律等监测项数据之间的关联性，监测数据与结构特性之间的关联。

其优势在于能够深度适用异构数据预警分析，应用场景广，可实现根据不同的项目自定义配置联动模型参数，适用性极强，且多维度联动综合研判，能够提升预警真实性，避免单一误报三级预警，对应不同的响应机制。

这种算法模型与传统形式相比，创新点在于首次研发了异常数据智慧识别新模式。我们首次研发了一体化数据异常识别核心算法，通过嵌入平台实时对隧道监测数据 （如中断、趋势异常毛刺等）进行精准识别诊断自动监测及反馈系统问题，多维度联动综合研判，提升预警真实性，避免单一误报，极大提升了数据的准确性、稳定性传输，奠定了结构健康综合评估技术基础。

由原先的阀值比对到现在的综合预判，是我们此次设计开发比较大的创新点。

4 隧道智能巡检机器人（事件装备及智慧管控+结构监测）

我们与同济大学进行合作研发了隧道智能巡检机器人。以往的智慧巡检机器人主要是以事件检测为主，我们利用物联网、人工智能、无线传输等新技术，实现隧道结构病害智能检测、环境状态在线智能感知、人员疏散实时智能引导等功能，提升隧道防灾能力和检测效率。

结构方面，实现了衬砌裂缝、渗漏水和剥落病害的高精度感知、快速定位和一张图可视化表达，裂缝宽度识别精度0.2-0.3mm，渗漏水和剥落病害面积识别精度可达0.04㎡，病害定位精度厘米级。

我们此次在技术装备的研发上进行突破，在隧道里面的控制技术方面，采用了工业测控执行器，通过运用先进控制技术，实现隧道机电设备的智能化控制和监控无盲区，监控中心、变电所、隧道内、设备本地都实现控制的无缝衔接，既保障日常的运维巡检，也确保发生意外能够第一时间应急响应，通过隧道机电无线运维软件，提升隧道机电设备的管理、巡检、检修、鼓掌排查等管理水平。相较传统PLC有更好的集中控制性功能，整合性也更强。

同时采用了智能风机安全管理系统，主要包含监测传感器、数据采集器、分析处理器及软件，能完成风机全工况（运行振动、隧道风激振、停运静态沉降等）监测与报警、故障诊断、松动监测与综合安全报警，更准确、更灵敏、更可控。

此外，我们也采用了隧道监控，包括交通、通风、照明、视频、紧急电话和火灾报警等系统情况，收集、统计、分析各种数据信息，达到对隧道设备、道路安全、隧道环境等进行有效监测管理。

同时我们尝试进行了设备智能控制终端的开发。设备智能控制终端主要通过隧道监控系统环境质量、通风系统、给排水消防系统、照明系统、交通引导等系统集中进行监控与控制，降低隧道机电工程现场布线施工成本，管理人员通过“碰一碰”功能，快速建立手持终端与智能控制终端的蓝牙连接，实现设备维护、应急下的现场控制。

软件控制方面，可通过数据大屏、二维隧道、三维隧道等多种展现形式实现对隧道集中监管的直观显示，满足不同层级用户查不同业务操作的需求。

5 隧道与特长纵坡交织路段安全行车集成装备

出隧道后，我们面临的是特长纵波与隧道交织的复杂情况。特长纵坡路段安全行车集成装备系统主要由超速检测、超温预警、定向声信息提示、路侧光电行车诱导、可变情报板等硬件设备及预警软件、信息发布功能组成。对过往特长纵坡的车辆速度、轮胎温度、轴载车牌进行实时监测、起到预警及引导等作用。

特长纵坡安全行车集成装备系统结构图

6 智慧隧道未来的可能

一是隧道的智慧感知。如今隧道内有非常多的传感器、监测设备，如何将这些设备进行整合，降低投资成本，我们认为可以考虑仿生机器人的技术应用。

移动、便捷、轻量化、高算力仿生机器人，本体智能的灵活性可使隧道智能监测、感知更加趋向于“类人感知”。

同时，仿生机器人搭载应急救援、人员救助、交通事件感知、气象环境感知、灾害感知和通讯基站等功能，可实现边缘计算和移动感知的伴随式服务理念，在未来“赋予高速隧道更高级智慧”。

二是更加舒适的隧道行车视觉环境。隧道一旦发生事故难以控制，且二次事故非常多，因此行业目前对于隧道建设非常重视。

如何提高行车视觉效果？个人认为，需要隧道照明需要提供“光学价值”，同时也要提供“美学价值”。

同时，要解决好隧道壁对人们视线阻挡而产生的视觉压迫感的“视觉亮化”，营造一种美学的“环境光”。

最后，要解决好隧道进出口处可能产生视觉上的“黑洞、白洞效应”的“视觉缓释段量化”技术。

三是高标准的主动发光标识。在交通安全设施上面有所突破，如是否能让隧道内的交通标志牌看上去更加明显是行业一直在思考的问题。主动发光标识可为出行者提供更加准确、清晰的标识，提供更加有效的行车路径引导。

此外，隧道内的机电辅助设施以及交安等设施是否能通过更好的模式，在隧道壁、电缆沟或通过机电方面的智慧化照明，使隧道内的行车视觉效果更好，我认为这也是未来值得我们深入研究和探讨的内容。

四是提升隧道应急车道停车智慧化诱导技术。提升隧道应急车道停车智慧化诱导技术，对应急车道实现中控基站、语音阵列、智慧地灯、照明技术和视角等技术进行融合，提升隧道应急车道停车智慧化诱导水平。

通过与车道级安全行车诱导、提升隧道安全行车的诱导集成装备进行整合联动，实现提升公众隧道路段安全通行的信息发布能力，降低隧道行车事故发生率。

五是提升公众出行服务信息的综合发布能力。目前在智慧交通的建设过程中，大多更加注重运营养护阶段的管理，但在公众出行智慧化服务方面的建设目前较为薄弱。我们通过智慧隧道装备方面的研究提升公众出行的安全性、安全感、获得感以及幸福感。

我们建议，在高速公路情报板(含F屏)、服务区中央大屏、收费站入口端的LED屏以及车道级安全行车诱导装备、提升隧道安全行车集成装备中心级的信息提示服务技术，形成高速公路较为系统的公众出行信息发布，为公众出行提供更多的服务信息与安全信息。通过对项目运营管理系统进行融合开发，实现提升公众出行信息发布能力。

希望通过我们的努力，让智慧高速在公众出行中更加安全，在美好出行和美丽高速公路建设上有更大的突破。