楊 華

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 晉中 030600)

智慧型公路隧道的有關(guān)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)

楊 華

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 晉中 030600)

在當(dāng)前我國(guó)的服役公路隧道發(fā)展過程中，其在規(guī)模方面和管理方面有著一定的難度，針對(duì)此現(xiàn)象，提出了智慧型公路隧道這一新型的概念，在此基礎(chǔ)上建立了感知層、通信層、計(jì)算層、應(yīng)用層和用戶層這五個(gè)架構(gòu)，并對(duì)三維數(shù)字化可見技術(shù)、公路隧道病害的在線檢測(cè)和診斷技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析同挖掘技術(shù)、火災(zāi)在線指數(shù)的模擬和自動(dòng)滅火技術(shù)、公路隧道中對(duì)主動(dòng)交通安全管控技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，使得智慧型公路隧道的運(yùn)營(yíng)管理成本得以降低，進(jìn)而得以穩(wěn)健發(fā)展。

公路隧道,架構(gòu),關(guān)鍵技術(shù)

在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，社會(huì)不斷進(jìn)步的宏觀背景之下，國(guó)家公路網(wǎng)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，逐漸形成了四通八達(dá)的公路網(wǎng)。而截至到目前，我國(guó)的公路交通基礎(chǔ)設(shè)施方面也實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模建設(shè)為主到建管養(yǎng)運(yùn)安并重的方向過渡。對(duì)公路隧道的合理運(yùn)營(yíng)以及科學(xué)管理在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展方面起到了不可替代的作用。

1 智慧型公路隧道的含義

在傳統(tǒng)的公路隧道交通工程設(shè)施系統(tǒng)中主要涉及到了照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、逃生通道等。但是在當(dāng)前工程技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的情況下，公路隧道在其交通工程設(shè)施系統(tǒng)方面也有了新的內(nèi)涵。

我們所說的這種智慧型公路隧道，實(shí)際上就是指通過全壽命周期這一理念來作為指導(dǎo)，同相對(duì)先進(jìn)的云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新時(shí)代的信息技術(shù)有機(jī)的融合在公路隧道運(yùn)營(yíng)管理中。即采用更為動(dòng)態(tài)的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路隧道中全方位圖像的構(gòu)建，與此同時(shí)結(jié)合多元化的數(shù)據(jù)、人工智能、圖像分析等技術(shù)對(duì)隧道以及環(huán)境方面涉及到的人、車、路予以協(xié)同管控，進(jìn)而在一定程度上提高公路隧道的通行能力，更好的提高公路隧道的運(yùn)營(yíng)安全，真正的做到對(duì)其消耗電能方面的控制，合理有效的降低運(yùn)營(yíng)成本，更高效的延長(zhǎng)公路隧道的服役期限。

在當(dāng)前智慧型公路隧道中所使用的掌控平臺(tái)有養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)、信息服務(wù)平臺(tái)等，這一系列平臺(tái)的存在更好的演繹了公路隧道交通工程設(shè)施。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，智慧型公路隧道同傳統(tǒng)的相比，其通過對(duì)圖像的分析與處理能夠更好的感知公路隧道中的人車路以及各方面的環(huán)境信息，在一定程度上擴(kuò)大了感知范圍，更好的解決了傳統(tǒng)公路隧道運(yùn)營(yíng)管理中所存在的要素缺少完整性以及信息缺少對(duì)稱性等問題。與此同時(shí)，智慧型公路隧道通過采用大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的技術(shù)，對(duì)一些海量的信息都能夠予以更為具體的分析，從而實(shí)現(xiàn)了由重視管理到管理和服務(wù)并重的過渡、實(shí)現(xiàn)了由粗放式到精細(xì)式的過渡。

綜上可知，智慧型公路隧道具有著極其的感知度、極深的融合度，擁有決策方面的優(yōu)化性、控制方面的協(xié)同性以及管理方面的高效性等特點(diǎn)，其更致力于提升公路的安全性。

2 智慧型公路隧道的有關(guān)架構(gòu)

在智慧型公路隧道方面所涉及到的架構(gòu)主要包括了五個(gè)層面，即感知層、通信層、計(jì)算層、應(yīng)用層和用戶層。

就感知層來講，其是實(shí)現(xiàn)全景交通所要依據(jù)的基礎(chǔ)。在這一層面中主要涉及到了攝像機(jī)、電子卡口、公路隧道交通違法抓拍設(shè)備等，這些設(shè)備都是用來實(shí)現(xiàn)對(duì)公路隧道人、車、路和環(huán)境等方面的信息的感知。

就通信層來講，其是指通過藍(lán)牙、LED可見光通信等作為主要的短程通信來實(shí)現(xiàn)對(duì)末梢通信以及3G/4G等為主的傳感，從而來更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)所有交通信息的傳輸。而通信層的主要工作就是將獲得的原始數(shù)據(jù)上傳到大數(shù)據(jù)中心中，或者是下發(fā)到相關(guān)的平臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制等。

就計(jì)算層來講，其依據(jù)擁有著網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算、虛擬化等特點(diǎn)的云計(jì)算這一平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上對(duì)大量的分布式予以整合計(jì)算，進(jìn)而獲得有著更大的計(jì)算能力和儲(chǔ)存能力。在計(jì)算層有中間件、知識(shí)庫等來作為技術(shù)支持。

就應(yīng)用層來講，其主要是以運(yùn)營(yíng)管理方面的業(yè)務(wù)來作為核心的，從而構(gòu)建出了智能掌控、養(yǎng)護(hù)管理、信息服務(wù)等平臺(tái)。同傳統(tǒng)的公路隧道涉及到的公路設(shè)施相比，這種智慧型的公路隧道在對(duì)平臺(tái)應(yīng)用方面更具有功能的強(qiáng)大性、科學(xué)的策略性以及優(yōu)化的決策性。

就用戶層來講，智慧型的公路隧道具有著更為開放的互聯(lián)網(wǎng)式的體系，這其中一方面涉及了公路隧道運(yùn)營(yíng)管理方面的企業(yè)、使用者，一方面還涉及到了政府的相關(guān)部門，即公安部門、交通部門、環(huán)保部門等。由于用戶之間具有著一定的差異性，因此在級(jí)別和權(quán)限方面也就存在著不同，從而獲得相應(yīng)的服務(wù)。

3 智慧型公路隧道涉及到的關(guān)鍵技術(shù)

就我國(guó)當(dāng)前公路隧道運(yùn)營(yíng)管理的現(xiàn)狀角度來講，在對(duì)智慧型公路隧道進(jìn)行建設(shè)的過程中，還需要對(duì)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)予以創(chuàng)新。

3.1 三維數(shù)字化可見技術(shù)

通過高精確性的測(cè)繪地理信息同多源數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合，在一定程度上將公路隧道空間和其交通設(shè)施等所涉及到的全要素所包含的信息，用多角度、多時(shí)態(tài)的三維數(shù)字化可見技術(shù)得以充分的展現(xiàn)，這無疑不是對(duì)公路隧道在養(yǎng)護(hù)維護(hù)方面、應(yīng)急指揮等方面提供了極大的便利。

3.2 對(duì)公路隧道病害的在線檢測(cè)以及診斷

通過對(duì)圖像分析、智能傳感等技術(shù)的充分利用使得公路隧道病害可以實(shí)現(xiàn)在線的檢測(cè)，并能夠同離線的檢測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)施工檔案資料等予以有機(jī)的結(jié)合，對(duì)其成因予以有針對(duì)性的分析，同時(shí)還能對(duì)公路隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)安全與否進(jìn)行分析，并針對(duì)所出現(xiàn)的問題提出具有可行性的解決計(jì)劃。

3.3 大數(shù)據(jù)分析同挖掘技術(shù)的有機(jī)結(jié)合

大數(shù)據(jù)在公路隧道中所體現(xiàn)的特點(diǎn)有信息量大、處理速度快、形態(tài)多樣性、真假共存性、價(jià)值豐富性、形態(tài)可見化等。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是這其中在涵蓋了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的同時(shí)還涵蓋了半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。那么針對(duì)怎樣從海量的公路隧道數(shù)據(jù)中獲得更為有效的信息這一問題，還需要更深一步的探究。就比如說在交通量和電能的消耗方面進(jìn)行的分析、公路隧道中對(duì)駕駛員駕駛行為的分析等。

3.4 火災(zāi)在線指數(shù)的模擬和自動(dòng)滅火技術(shù)

以在線所監(jiān)測(cè)到的火災(zāi)指數(shù)為準(zhǔn)，立足于指數(shù)模擬技術(shù)對(duì)溫度場(chǎng)予以更直觀的展示，同時(shí)將煙氣場(chǎng)等相對(duì)重要的火情信息以動(dòng)態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)公路隧道火災(zāi)予以推演，在一定程度上為人員的疏散以及通風(fēng)排煙、自動(dòng)滅火等工作提供具有決策性的支持。就當(dāng)前公路隧道方面涉及到的消防設(shè)施大部分都是滅火器和消火栓，而只有一少部分配備了自動(dòng)泡沫噴霧式滅火設(shè)施，就此現(xiàn)象分析可得，在今后的發(fā)展過程中還需要研發(fā)出成本相對(duì)較低、效率相對(duì)較高的公路隧道自動(dòng)滅火器材。

3.5 公路隧道中對(duì)主動(dòng)交通安全管控技術(shù)的應(yīng)用

立足于車輛隧道協(xié)同安全控制這一技術(shù)，使得平臺(tái)和車輛之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息交流，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)公路隧道中主動(dòng)交通安全管控技術(shù)的應(yīng)用，就比如說對(duì)駕駛?cè)诵旭偹俣鹊目刂?，?duì)隧道內(nèi)排隊(duì)的預(yù)警等，最大化的減少公路隧道中出現(xiàn)的交通事故。

4 結(jié)語

就我國(guó)怎樣運(yùn)營(yíng)管理好公路隧道這一問題出發(fā)，同當(dāng)前時(shí)代最新的信息應(yīng)用技術(shù)與我國(guó)公路隧道運(yùn)營(yíng)管理方面的現(xiàn)狀進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，在此情況下提出了智慧型公路隧道這一新型的概念，與此同時(shí)還建立了相關(guān)的架構(gòu)。智慧型公路隧道是在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)下所發(fā)展而來的，并已經(jīng)成為了今后其運(yùn)營(yíng)管理方面的發(fā)展趨勢(shì)。在三維數(shù)字可見化、公路隧道主動(dòng)交通安全管控等關(guān)鍵技術(shù)取得成功后，這種智慧型公路隧道一定程度上降低了運(yùn)營(yíng)管理的成本，并向著經(jīng)濟(jì)化、社會(huì)化、生態(tài)化的方向發(fā)展。

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Concept,architectureandkeytechnologiesofintelligenthighwaytunnel

YangHua

(ShanxiLuqiaoJinzhongConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

In the development process of the existing highway tunnel in China, there is a certain difficulty in its scale and management, so in view of this phenomenon, this paper puts forward the new concept of intelligent highway tunnel, and then set up on the basis of the perception layer, communication layer, application layer, layer calculation the five layer architecture and the user, then the 3D digital visible technology, the highway tunnel disease online detection and diagnosis technology, big data analysis and mining technology, online simulation and automatic fire extinguishing technology index, highway tunnel on the main traffic safety control technology is studied, finally the reduced wisdom the highway tunnel operation and management cost, and then to the healthy development.

highway tunnel, architecture, key technologies

2017-10-05

楊 華(1969- ),女,工程師

1009-6825(2017)35-0173-02

U455

A