三种隧道管控系统建设架构探究

隧道综合管控一体化平台[1]以先进的网络平台为架构，对各业务进行资源整合，实现数据共享，提高平台的整体运行效率；建立智能化隧道日常维护，加强隧道监控及自动事件检测，形成自动化和人工多种信息发布预案；建立高效、节能的控制系统，有效降低运营成本；建立应急救援及联动救援管理系统，提高隧道在事故事件情况下的救援效力。

综合管控一体化平台由感知层、传输层、数据管理层、业务层组成。[1]

综合管控一体化平台架构[1]

感知层主要包括交通信息采集系统、环境信息检测系统、视频事故检测系统、火灾检测及报警、电力监控系统、消防信息监测等.

传输层利用光纤网、物联网等多网络进行隧道内感知设备的传输.

数据管理层实现隧道底层数据的汇聚，对数据分析、处理、存储，为上层业务提供数据共享资源池，实现平台业务整合.

业务层是一个集成管理系统，系统中包含的管理信息覆盖大部分运营管理业务，并为管理人员提供一个集成化的统一管理操作平台，基于感知层、通信层、数据管理层构建起来的支持平台，建立起模块化的、可扩展的应用功能平台。业务模块包括：设备监测模块、隧道控制模块、隧道运行监测模块、AI视频分析模块、系统互联模块、危险品车辆运行监测模块等。

毫米波雷达在隧道内工作时，不受车辆通行所造成的震动、烟尘、油烟和黑白洞现象影响，故障率低，维护成本低。与目前市场上的其他感知设备相比，毫米波雷达在数字化、感知精度、感知颗粒度方面均有优势，且综合造价较低。

基于毫米波雷达实现精准感知隧道数字孪生安全管控系统[2]将隧道感知、预警、报警、管理、救援、巡视等多种功能和多个子系统进行协同联动，辅助交通管理部门进行交通态势的精准管控，以及交通信息的实时展示与发布，使隧道管理从被动到主动、以智能代人工。这不仅能够提升隧道安全和畅通保障能力，也能够提升隧道管理的工作效率。

数字孪生安全管控系统架构由感知控制层、技术及数据支撑层、应用层组成。[2]

隧道数字孪生安全管控系统架构[2]

感知层由CitRadra-TD380高精度毫米波雷达、高清抓拍卡口、监控摄像机、火灾检测摄像机、气象检测器等设备组成，其中毫米波雷达是最主要的感知设备，高清抓拍卡口是主要辅助设备，监控摄像机用以人工查看隧道内情况和违规抓拍。其他感知设备如火灾检测摄像机、气象检测器等负责各自检测部分，并将数据通过边缘计算服务器传输至数字孪生管控平台，作为报警和隧道管理依据。

技术及数据支撑层分为路侧数据层和中心数据层。路侧数据层以边缘计算服务器为节点，对隧道感知设备采集的数据进行分析、融合、处理、转发。中心数据层负责对边缘计算服务器传输过来的数据进行综合分析、筛选、过滤、处理，成为数字孪生平台的直接数据支撑，同时对所有数据进行存储，以便査询。

应用层是感知层和数据层的直观体现，也是管理和操作的直接平台。数字孪生管控平台是应用层的中心，采用模块化、窗口化方式，基于高精度地图信息，对隧道通行数据、路况数据、车辆目标数据、事故事件数据、设备数据、环境数据等进行详细展示，为管理决策者提供直观的道路通行状况、目标车辆信息和数据统计信息，同时釆用不同功能模块，为管理决策者提供丰富的应用功能。

数字孪生安全管控系统功能包括实景漫游模块、运行监控模块、全景回溯模块、事件管控智能诱导模块、气象感知模块、设备管控模块、模拟仿真模块。

智慧隧道是数字孪生技术的应用热点之一。基于数字孪生技术的智慧隧道一体化管控平台[3]能够将高速公路隧道内各类交通设施实体的状态信息、数据信息转化到可测、可视、可服务的三维隧道场景中，实现智慧隧道感知数据在三维管控平台中的数字刻画和设备远程智能控制，进而为隧道安全预警及处置提供新方案、新途径。基于数字孪生技术的智慧隧道一体化管控平台总体架构由感知层、传输层、数据层、支撑层、应用层组成。

感知层：通过感知设备实现数据的采集，将隧道环境数据、交通流量数据、火灾报警数据、交通事件数据、隧道设备状态等其他数据全面接入监控中心。

传输层：由隧道环网、视频监控专网、4G/5G等多种通信源组成的通信网络，负责数据的加密、传输和认证。

数据层：对多源异构的数据进行提取和融合，并将其转换成统一接口数据格式，实现各类数据与实体间的物理映射。

支撑层：提供隧道交通设施BIM+GIS引擎、工作流引擎及中间件等，为上层的应用服务提供支撑。

应用层：包含三维可视化、数据分析与呈现、智能通风与照明、信息发布、应急处置等应用业务。

智慧隧道一体化管控平台基于“可测、可视、可控、可服务”多维度管控理念，面向高速公路隧道及隧道群，功能涵盖二三维一体化监控、智能通风/照明控制、智能交通诱导、策略配置、数据分析与呈现、信息发布、告警预警、预案联动等，通过各子系统间的数据交互，实现对隧道机电设备的全/半自动控制和手动控制功能，可直观感受隧道机电设备呈现的三维状态，并能在突发事件发生时对异常情况进行三维模拟，便于提供合理的智能化预案联动策略，确保隧道内的行车安全，发挥隧道的数字化、精准化、智能化管控效能，提高隧道的运行效率和管理水平。