山区高速公路隧道机电运营系统智慧化升级改造及应用研究案例

　　一、总体介绍

　　在“交通强国”战略与“双碳”目标的双重驱动下，山区高速公路隧道机电运营系统的绿色化、智慧化转型成为行业发展的关键课题。贵州作为西南山区省份，高速公路桥隧比高达60%-80%，部分路段甚至超80%，隧道机电运营系统能耗高、智能化水平低、运维成本高、供应链安全风险等问题突出，严重制约了高速公路高质量发展。

　　为此，贵州高速公路集团有限公司凯里营运管理中心联合贵州新思维科技有限责任公司、成都金隧自动化工程有限责任公司，共同开展“山区高速公路隧道机电运营系统智慧化升级改造及应用研究”项目。项目聚焦山区隧道特殊地形、复杂气候等痛点，通过自主研发与技术集成，构建“感知-传输-决策-控制”一体化智慧机电运营体系，实现隧道机电运营100%国产可控、绿色节能与智能运维，为西南山区乃至全国同类项目提供可复制、可推广的技术方案。

　　项目于2022年5月启动，2024年7月完成，先后在G76厦蓉高速、G60沪昆高速等12条高速公路的500余个隧道落地应用，覆盖里程超3000公里，相关成果获1项发明专利、2项实用新型专利、9项软件著作权，发表论文7篇，制定团体标准3项，荣获“第四届中国工业互联网大赛三等奖”“贵州省职工‘五小’优秀创新成果”等荣誉。

　　二、主要做法

　　(一)突破核心技术，构建智慧化技术体系

　　1.基于系统论的设备模块优化设计

　　针对传统隧道灯具能耗高、控制精度低等问题，采用系统论方法论，研发可控型LED照明灯具与智慧机电运营宽带电力载波单灯控制器。通过“二次配光”“逆光照明”技术创新，解决电光转换效率低、散热差等难题;集成NB-IoT低功耗通信技术，实现单灯精准控制与状态监测，灯具最大功耗从120W降至100W，光通量利用率从45%提升至73%，寿命延长至70000小时以上。

　　
山区高速公路隧道机电运营系统智慧化升级改造及应用研究案例报告图1：高速公路隧道智慧机电运营设备示意图

　　
山区高速公路隧道机电运营系统智慧化升级改造及应用研究案例报告图2：高速公路隧道自控型LED照明灯具原理图

　　
山区高速公路隧道机电运营系统智慧化升级改造及应用研究案例报告图3：隧道机电运营信息采集模块与系统示意图

　　
山区高速公路隧道机电运营系统智慧化升级改造及应用研究案例报告图4：综合监控与管理边缘控制平台示意图

　　2.国产操作系统环境感知平台研发

　　依托开源鸿蒙系统，研制隧道环境信息感知模块，集成光照度、车流量、气象等多类传感器，实现隧道内外数据采集密度提升30%、精准度提升15%。平台突破国外技术制约，100%实现国产化自主可控，有效保障交通基础设施供应链安全，为智慧交通领域国产操作系统应用提供典型示范。

　　3.“端-边-云”协同综合监控平台搭建

　　融合边缘计算技术，设计全链条“端到平台”综合监控与管理边缘控制平台，整合原有7个分散平台、47套子系统，实现照明、通风、消防、情报板等设备集中控制。平台支持远程网络、本地WiFi、4G多方式调控，响应延迟缩短50%以上，隧道突发事件操控效率提升35%。

　　4.人工智能节能控制系统应用

　　基于机器学习算法，构建智慧化节能控制系统，可根据车流量、洞外亮度、路面色温等动态调节照明策略，实现“车到即亮、车过暗”。系统集成多家事件检测数据，打破数据孤岛，构建分中心-区域路网二级调度架构，隧道事故率下降30%，行人违规上高速事件下降60%。

　　
山区高速公路隧道机电运营系统智慧化升级改造及应用研究案例报告图5：基于人工智能的智慧化高速公路机电运营节能控制系统架构图

　　(二)强化成果转化，推进规模化应用推广

　　1.分层推广应用

　　项目分“试点-优化-推广”三阶段推进：先在G76厦蓉高速水格段、G60沪昆高速玉凯段开展试点验证，优化技术参数与控制策略;再向安顺、贵阳、毕节等区域中心所辖路段扩展;最终覆盖贵州省12条重点高速公路，形成“以点带面、全省覆盖”的应用格局。

　　2.定制化服务适配

　　针对不同隧道长度、交通量差异，提供定制化解决方案：对长隧道(如贵遵高速大娄山隧道，长10.5公里)强化多源数据融合与应急联动;对小交通量隧道优化节能策略，仅维持基础照明;对气候复杂路段(如多雨、多雾区域)增强环境适应性设计，设备工作温度范围扩展至-40℃-75℃。

　　3.建立协同运维机制

　　联合“一路三方”(高速交警、综合执法、营运中心)建立事件检测处置联席会议制度，开展行人上高速视频事件检测轮流值班;开发沉浸式应急演练系统，结合VR技术模拟隧道火灾、交通事故场景，培训运管人员超200人次，提升突发事件处置能力。

　　(三)完善保障体系，夯实项目实施基础

　　1.组织保障

　　成立以凯里营运管理中心副主任杜益文为组长的项目领导小组，统筹技术研发、施工建设与应用推广;组建跨单位技术团队，涵盖高速公路运营、软件开发、自动化工程等领域专家34人，确保技术攻关与工程落地高效协同。

　　2.标准规范

　　参与制定《公路隧道运营管理技术规程》(T/CECSG:Q11-01-2024)、《工业互联网标识解析化工装备数据规范》(T/GSIA003-2023)等3项团体标准，明确隧道智慧机电运营系统设计、施工、验收全流程要求，推动行业规范化发展。

　　3.人才培养

　　依托项目培养技术人才32人，其中高级工程师4人、正高工程师1人，一级建造师3人，形成“研发-应用-推广”全链条人才梯队，为智慧交通技术持续创新提供人力支撑。

　　三、取得成效

　　(一)经济效益显著，降本增效成果突出

　　4.直接经济效益

　　2023年项目累计实现电费节约1250.17万元，其中凯里营运管理中心所辖路段节约460.51万元，贵阳中心节约383.87万元，安顺中心节约116.92万元，毕节中心节约288.87万元。按全省推广测算，每年可节省用电费用3855.6万元。

　　5.长期成本优化

　　通过设备寿命延长(从30000-55000小时提升至70000小时以上)、运维效率提升(平均无故障工作时间从15000小时增至30000小时)，年均减少设备更换与运维成本约1200万元;人工巡检频次降低60%，节省人力成本超300万元/年。

　　(二)社会效益明显，助力交通高质量发展

　　1.提升运营安全水平

　　项目实施后，隧道事故率下降30%，行人违规上高速事件下降60%，突发事件响应时间缩短35%。如G60沪昆高速凯麻段隧道，通过智能照明调节与事件检测，夜间交通事故发生率降低42%，为公众出行提供更安全保障。

　　2.推动技术自主可控

　　基于国产操作系统的感知平台与控制系统，打破国外技术垄断，保障高速公路关键基础设施供应链安全，相关成果获贵州省公路学会评价“总体达到国内领先水平”，为交通领域国产化替代提供标杆。

　　3.促进产业协同创新

　　项目带动贵州新思维科技、成都金隧自动化等企业技术升级，形成“研发-制造-应用”产业闭环，相关技术可推广至城市道路、矿山隧道等领域，预计带动产业链产值超5亿元。

　　(三)生态效益显著，践行绿色发展理念

　　1.节能减排成效

　　隧道机电运营能耗同比下降16%，2023年减少二氧化碳排放2.24万吨;采用LED节能灯具与智能调光策略，单公里能耗从400kW/h降至300kW/h，年均节约标准煤约1.2万吨，助力“双碳”目标实现。

　　2.保护区域生态环境

　　通过减少化石能源消耗与热辐射，降低隧道周边生态环境压力;项目施工采用模块化安装，减少对山区地形地貌破坏，符合西南地区生态脆弱性保护要求。