城市隧道运营安全智慧管控

一、方案概况

方案立足于长沙城市隧道运营痛点难点堵点问题，应用云边端协同技术，构建跨部门多业务融合的一体化管控平台。平台集运行状况监测、安全风险研判、应急协同管控于一身，汇聚各类交通数据、打通异构系统间的信息孤岛，平时对各类设施进行日常管理控制，事故时联动多类设施、多个部门按照预案快速处置，保障隧道安全风险和异常事件（如火灾、内涝、交通事故等）的精准定位和及时预警，综合决策、指挥调度保障隧道事故事件的研判分析与高效处置，提升“监测、预警、处置、控制、指挥、诱导”等环节的链式管理能力，降低运营和养护成本，提升管理效率和服务水平，保障长沙城市隧道运营安全。

二、需求背景

党的十九大报告提出“交通强国”发展战略，推动交通基础设施数字化、网联化、智能化发展；应急管理部及湖南省应急管理厅陆续下发《应急管理信息化建设任务书》，强调了生产安全监测预警、自然灾害监测预警、城市安全监测预警和应急处置现场实时动态监测的应用需求。

长沙市近年来隧道建设越来越多，加之隧道复杂的结构环境导致面临的情况更为复杂多变，内涝、火灾等安全风险时刻紧扣心弦。现阶段投入运营的隧道，存在以下问题：系统老化严重，无法针对设备进行实时监控；系统功能单一，缺乏事故事件智能化监测预警能力；事故处置手段落后，缺乏多部门协同联动处置手段。亟需紧抓数字化发展机遇，推进隧道向管理智能化、运营数字化、决策一体化转变。

三、技术架构

针对上述隧道存在问题，本方案依托云边端协同技术、新一代信息智能技术为管理人员提供智能、安全、高效的解决方案。通过终端设备的数据采集，系统智能识别出各类事件，并根据事件类别进行智能、高效的本地化实时管控和多部门协同处置。在云边端架构下，整个系统分为基础设施层、边缘管控平台、云控平台、移动端平台，如图3-1所示。

图3-1 智慧隧道运营管控系统架构图

3.1 基于AIOT技术的隧道运行状况实时监控技术

本方案利用自主研发的智慧隧道边缘控制器自动接入隧道机电设备，搭建新一代智慧隧道控制网，不间断地对隧道运行状况进行实时监控，实现5ms以下的终端访问时延，当网络出现问题甚至中断时，可以实现本地脱网自治和自恢复。

3.2 基于AI驱动的隧道运营安全动态监测预警技术

根据隧道机电设备运行特征、工作环境以及设备工作评估方法，构建隧道机电设备健康状况实时在线诊断系统，提前诊断评估设备健康状态，降低机电设备超负荷、超工作时限风险，降低设备损耗，减少运维支出20%以上。

基于AI事件识别技术，通过跨数据域融合与多传感器多数据进行事件空间聚合，构建隧道运营全域特征空间。依托数值驱动对隧道各类安全风险（内涝、火灾等）进行特征甄别，同时利用特征空间变化以及数值推理，预测事件态势，提高各类风险甄别准确率30%以上，降低事故发生率20%以上。

3.3 基于仿真技术的城市隧道防灾救援联动技术

利用城市隧道设计参数，划分隧道设备联动区段、事故救援区段，建立隧道全尺寸3D模型，确定人员安全疏散时间，同时分析隧道防灾救援联动控制系统组成及功能，设计包含隧道内不同位置发生事故后联动救援的应急预案并进行仿真演练，利用移动端平台及时联动应急管理部门快速协同救援，提高隧道事故救援效率25%以上。

3.4 基于云边端技术的智慧隧道运营管控系统

智慧隧道运营管控系统利用云边端协同技术构建隧道边缘管控平台、云控平台、移动端平台，提供多种控制级别、控制权限，实现隧道全方位多维度的安全监控。边缘管控平台利用物联网技术集成隧道所有机电设备，实现隧道运营状况实时监控，最大程度地优化数据获取、传输、存储和计算的速度，当隧道本地与监控中心断网时，支持本地自治；云控平台汇集隧道业务、监测、运营及报警状态，一图全面掌握隧道运行状况，实现事件智能预警，事故协同处置；移动端平台联动多个应急部门，实现事故救援的无缝连接。智慧隧道运营管控系统根据隧道全寿命周期不同用户、不同层面的使用需求，实现云、边、端三位一体，中心管控、本地自治。

四、应用效果

智慧隧道运营管控系统汇集隧道业务、监测及运营状态，一图全面掌握隧道运行状况，同时内置应急预案，发生事故时联动多个应急部门，快速处置。

目前该套解决方案已应用于长沙市望城区普瑞隧道，为双洞双向六车道隧道，总长1320延米，是望城区第一座重要的城市主干道隧道，自2020年12月应用以来，解决了系统功能单一的问题，实现了隧道运营一体化管控，大幅降低了隧道运营管控难度。普瑞隧道利用智慧隧道边缘控制器连接隧道内所有机电设备，通过机电设备健康状况实时在线诊断系统，对布设的感知设施运行状态、感知参数等数据进行接入，对管辖范围内的设备的启/停状况、正常、故障等运行状态进行实时智能监测，监测到故障时，提醒隧道监控人员及运维人员快速处置，减少现场运维人力和经费支出20%以上。

智慧隧道运营管控系统接入隧道多源量化数据（隧道路面液位、视频数据、温度数据、交通数据等），基于AI事件识别技术，利用数据特征聚合的方法，计算出相应的单一参数风险指数、监测类别风险指数、系统整体风险指数，触发相应的预警级别，实现隧道安全分风险的甄别及态势预测，提高各类风险甄别准确率30%以上，降低事故发生率20%以上，解决了人工利用视频判别事故困难、单一设备监测事故精度低的问题，获得了监控人员的一致好评。

智慧隧道云控平台可管辖多座隧道，对应急资源、应急部门进行数字化管理，根据隧道事故类型、等级的差异内置不同应急预案，联动隧道内机电设备，对接移动端平台，实现多部门业务联动，内嵌应急预案支持一键启动，实现事故监测-救援的无缝连接，提高隧道事故救援效率25%以上，大幅降低人员伤亡及财产损失，获得了望城区政府的高度认可。

五、特色亮点

本方案以工程需求为导向，坚持自主创新，在隧道运营一体化管控、安全风险甄别及防灾救援联动两个方面做出重大贡献，主要特色归纳如下：

1、研发了基于云边端技术的一体化管控系统

本方案以隧道基础设施为基础，以边缘管控平台为支撑，以云控平台为中枢，移动端平台为延伸，构建以数据驱动的隧道运营一体化管控系统，实现云、边、端三位一体，中心管控、本地自治，实现隧道全方位多维度的安全监控。

2、研发了隧道运营安全动态监测预警及防灾救援联动技术

融合设备运行数据、环境监测数据、交通运行数据，实时监测隧道机电健康状况，实现隧道安全分风险的甄别及态势预测，事故时一键启动应急预案，联动不同设备、不同应急部门快速处置。

六、企业简介

湖南联智科技股份有限公司（以下简称“联智科技”）是一家聚焦结构安全，以“让基础设施更安全”为企业使命，致力于基础设施质量检测与智能安全监测的高新技术企业。先后创建了“基础设施数字化监测与智慧管控湖南省工程研究中心”等6个科研平台；共承担重要科研项目22项，其中国家级科研项目1项，省部级科研项目19项；共拥有授权专利318项，其中发明专利68项；主持或参与编写标准16项，其中主持编写国家标准1项；科研成果获得省市级重要奖项总计17项。