AI融合“云-网-边-端”数智化隧道集中监控系统

　　一、总体介绍

　　高速公路隧道及隧道群的运营管理涉及多个方面，包括通风、照明、交通安全、防灾救援等。目前，高速公路隧道及隧道群的运营管理方面仍存在一些问题，如安全风险高、应急响应难度大、管理效率低下等。

　　本项目通过对高速公路区域隧道集中监控管理模式的研究，建设一体化的隧道群集中监控管理体系，以隧道监控业务集约化管理思想为核心，优化路段、片区、路网的隧道监控资源，提高隧道管理能力和应急处置效率，保障高速公路隧道安全、稳定及有序运行。通过隧道集中监控系统的建设，构建新型隧道管理体系，提升隧道运营水平，降低运维成本，做到“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”，推进隧道管理的决策科学化，决策能力现代化，加快隧道管理的数字化转型。

　　主要工作包括：一是建立隧道监控管理体系。以特长隧道和重点隧道群为重点，实行集中监控。长度超5000米的特殊隧道设独立监控点，其余隧道就近整合接入。二是全面推广隧道集中监控系统，融合信息化、大数据、物联网、人工智能技术，实现机电设备实时监测、远程控制与联动，提供智能化管理服务，实现“交通可视化、运营智能化、指挥决策科学化”目标。

　　二、主要做法

　　2.1 隧道集中监控管理体系的构建

　　2.1.1 集中监控点建设原则

　　通过优化整合隧道监控资源，以特长隧道和重点隧道群为监控重点，立足全局，统筹兼顾，实行集中监控管理。隧道集中监控点的设置方法为：

　　(1)管辖路段含特长隧道或重点隧道群的管理所，设立集中监控点，统一接入辖区内所有隧道监控。

　　(2)无重点隧道的路段，就近接入相邻监控点;无法接入的，经审批可单独设点。

　　(3)未集中接入的隧道，统一由路网分中心监管。

　　(4)特大桥等特殊桥梁的桥梁监控视频就近接入至管理所隧道集中监控点。

　　(5)新通车路段的隧道监控和特殊结构桥梁监控，按照上述隧道集中监控点设置方法设置。

　　(6)监控席位设置原则，特殊隧道监控点或监控摄像头数量超过200台的监控点配备2个监控坐席，其他监控点配备1个监控坐席。

　　2.1.2 层级管理架构

　　隧道监控工作实行统一管理、分级负责的管理模式，采用“省级集团公司—各地市级运营分公司—隧道集中监控点”三个业务管理层级进行统筹规划。

　　省级集团公司层级管理：掌握全省隧道运行态势，实现设备状态、事件事故、安全风险的全局感知与智慧分析。

　　各地市级运营分公司层级管理：监督所辖监控点运行，开展轮巡、应急协同与数据分析。

　　隧道集中监控点层级管理：负责隧道日常监控、异常预警、工单处置与应急预案执行，实现“监、管、控”一体化。

　　2.2 隧道集中监控系统的建设

　　2.2.1 建设内容

　　本系统基于“集团公司—运营分公司—隧道集中监控点”三个业务管理层级进行开发和建设，实现隧道设备状态可监、可控，各子系统联动和应急处置等隧道业务管理需求，为隧道集中监控调整工作提供有力的信息化支撑，聚焦五大核心功能，主要包括：

　　(1)一体化监控：整合视频、通风、照明、消防等子系统，实现统一平台接入与联动控制。

　　(2)智能化运维：通过物联网实时采集设备状态，支持故障预警、远程巡检与工单闭环管理。

　　(3)智慧化应急：建立事件预警、预案联动、协同指挥、事后回溯的全流程处置机制。

　　(4)节能化运行：实现照明、通风智能调控与能耗在线监测，降低运营成本。

　　(5)数字化养护：构建隧道“构件级”数字孪生模型，支持全生命周期资产管理和技术状况动态评估。

　　隧道集中监控信息化系统按照“三个一”的总体架构进行建设。一个云大脑：集团-分公司级系统，实现信息汇聚、状态分析与智慧决策;一个边缘管手：监控点软件，实现设备精准管控与日常监管;一套标准指令：统一数据规范，确保上下级互联互通。

　　2.1.2 系统架构

　　(1)总体架构

　　系统采用“业务+数据”双线驱动，构建“隧道集中监控点—运营分公司—集团公司”三级协同体系，如图1。包含本地业务子系统与集团-分公司管理子系统(隧道云脑)，实现运行监测、辅助决策与安全管控一体化，达成“隧道交通可视化、日常运营智能化、指挥决策科学化”的目标。

　　
图1.总体架构图

　　(2)软件功能架构

　　系统基于微服务架构，采用B/S模式，按权限模块化配置功能，自下而上分为数据感知、数据汇聚、智慧应用、智慧对象四层。

　　在边缘侧，通过部署具备边缘计算能力的物联网统一通信系统，支持多协议接入与设备模型适配，实现隧道设备数据的高效采集与本地处理，为智能应用提供支撑。具体软件功能架构见下图：

　　
图2.软件功能架构图

　　2.1.3 系统功能

　　(1)集团/分公司层级功能

　　综合看板：集成隧道分布、事件事故、设备状态、环境参数等数据，实现可视化展示与统计分析，识别高风险时段与区域，支撑安全决策。

　　运营监控：实时监测通风、照明、消防、电力、交通诱导等系统运行状态，采集环境与设备数据，记录控制日志，全面掌握隧道运行态势。

　　(2)隧道集中监控点层级功能

　　运营态势：实时推送电力、环境、设备、事件等运营指标，支持异常自动报警。突发事件发生时，可快速调用预案或手动控制信号灯、风机、广播、情报板等，实现协同调度，平台自动记录处置全过程。

　　运营监控：实现机电系统一体化集中管控，支持“所见即所得”的数字化运营，覆盖照明、通风、视频、消防等全要素监控。

　　设备监测：通过统一接口接入设备数据，建立标准化设备台账，支持状态巡检、故障预警与工单上报，实现闭环管理。

　　应急管理：支持应急预案数字化配置与分级响应，实现事件自动联动与过程回溯。处置完成后可进行事件归类分析与复盘，提升应急能力。

　　三、取得成效

　　项目已在湖南高速集团35个隧道集中监控点部署应用，接入隧道599座(672.34公里)，对接24类机电设备与子系统(如照明、通风、消防、视频等)，总量达40871项。系统支撑了集团、分公司、监控点隧道集中监控业务，实现隧道监控一体化集中管理。

　　3.1 经济效益

　　(1)减轻隧道监控、养护岗位的人力投入。通过隧道监控业务的集约化管理，优化路段、片区及路网的监控资源，减少监控员和养护巡查人员配置。系统应用后，养护检查效率提升50%。采用靶向维修策略，及时制定保养修复方案，防止病害扩散，提高养护资金使用效率，运营养护成本降低至少10%。

　　(2)节能增效。通过智能调光策略的应用，实现按需照明通风、按需供能、按需服务、节能增效。系统的节能效果与洞外亮度及车流量相关，基本能在原有用电量基础上节能20-60%。以炎陵2号隧道为例，实施隧道跟随式照明调光系统后，月均节能成效超过30%以上。

　　(3)快速通行带来的通行费增收。通过智慧化的应急事件处理预案和先进技术的应用(如视频事件分析、火灾报警等)，事件检测准确率大于90%，应急响应时间小于2分钟，有效减少拥堵，提升通行能力，从而增加通行费收入。

　　3.2 社会效益

　　(1)提升隧道通行安全水平：通过视频事件自动检测、火灾智能预警、多系统联动响应，实现快速发现与高效处置，大幅降低事故率，保障公众生命财产安全，提升社会安全感。

　　(2)改善公众出行体验：优化隧道内照明、通风与应急疏导，减少滞留，提升驾乘人员的舒适度与通行效率，增强公众对高速公路服务的满意度。

　　(3)形成可复制推广的智慧交通建设范式：探索出低成本、高实效、易推广的智慧隧道建设路径，为全国高速公路数字化转型提供“湖南样板”，具行业示范价值。

　　(4)推动交通基础设施绿色低碳发展：通过智能节能调控，显著降低能耗与碳排放，助力交通运输领域“双碳”目标实现，体现公共基础设施的可持续发展理念。