萬華文 黃 鵬

江西省交投集團路網(wǎng)運營公司 江西 南昌 330025

隨著城市化進程的不斷推進，隧道作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施扮演著至關(guān)重要的角色。傳統(tǒng)的隧道管理與監(jiān)控方式存在數(shù)據(jù)采集困難、實時性不高、異常事件處理不及時等問題。為了解決這些難題，云計算、邊緣計算和人工智能技術(shù)共同催生了一種創(chuàng)新性的解決方案——云邊協(xié)同智慧隧道建設(shè)方案。云邊協(xié)同智慧隧道解決方案的提出與實現(xiàn)，為隧道管理者提供新的思路，有助于提升隧道的管理水平和運營效率。同時，也可為智慧城市建設(shè)和交通運輸行業(yè)的發(fā)展注入新的活力。

1 公路隧道運營安全管理現(xiàn)狀

公路隧道作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其運營安全管理始終是公眾關(guān)注的焦點。目前，公路隧道建設(shè)管理雖然運用了智慧管理系統(tǒng)，但仍然存在如下問題：一是在隧道管理中，各種監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)被孤立地存儲在各自的數(shù)據(jù)煙囪中，數(shù)據(jù)無法進行有效的整合和綜合分析，造成信息的孤立和利用率的低下。二是在現(xiàn)有的隧道管理系統(tǒng)中，不同的設(shè)備采用不同的通信協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各設(shè)備之間難以實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)共享和交互，信息流動受限，難以形成一個協(xié)同的管理系統(tǒng)。三是管理系統(tǒng)中大量的硬件設(shè)備被安裝在隧道內(nèi)部，如監(jiān)控攝像頭、傳感器等。但是缺乏統(tǒng)一的管理平臺和可視化的展示方式，管理人員難以了解這些設(shè)備的具體狀態(tài)和工作情況，無法及時發(fā)現(xiàn)故障和異常。四是對隧道內(nèi)部的狀態(tài)感知能力較弱，無法實時獲得隧道內(nèi)部各個設(shè)備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等詳細信息，難以及時掌握隧道的工作情況和存在的潛在問題。五是設(shè)備的部署和升級需要耗費大量的時間和人力資源，未充分發(fā)揮智慧系統(tǒng)的功能，導(dǎo)致隧道智慧化升級難以進行，無法及時跟上科技發(fā)展的步伐。從整體上看，公路隧道運營管理領(lǐng)域雖然提出了智慧管理系統(tǒng)，但缺乏高效的信息共享，信息傳遞效率低下，協(xié)同工作困難，未實現(xiàn)信息技術(shù)助推隧道基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，亟需優(yōu)化智慧管理系統(tǒng)。

2 智慧隧道方案概述

2.1 智慧隧道建設(shè)目標(biāo)

基于開源鴻蒙的云邊協(xié)同智慧隧道建設(shè)管理方案主要是在云邊協(xié)同智慧隧道管理方案的基礎(chǔ)上融入我國自主自研的鴻蒙操作系統(tǒng)，真正意義上實現(xiàn)技術(shù)的獨立化與自控化，構(gòu)建全棧自主可控的基建產(chǎn)業(yè)鏈，打造強國綜合立體交通運輸網(wǎng)。本方案目標(biāo)如下：

（1）構(gòu)建智慧隧道一體化綜合管控平臺，利用開源鴻蒙等新技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)隧道全要素的實時感知，提升隧道的智能化水平。

（2）通過云端資源優(yōu)勢，實現(xiàn)隧道業(yè)務(wù)云端下發(fā)，邊緣快速部署和終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化接入能力，實現(xiàn)全設(shè)備的快速接入與管控，統(tǒng)一部署和維護各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)隧道的信息化管理。

（3）借助開源鴻蒙等技術(shù)，構(gòu)建綜合管控平臺，使各設(shè)備和系統(tǒng)能夠有效溝通和協(xié)同工作，實現(xiàn)隧道設(shè)備運維管控、應(yīng)急調(diào)度指揮等功能的集成化管理。

（4）通過智能化管理和控制，實現(xiàn)低碳節(jié)能目標(biāo)。利用開源鴻蒙等技術(shù)，結(jié)合邊緣計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對隧道設(shè)備和系統(tǒng)進行智能監(jiān)測和控制，優(yōu)化能源利用，降低能耗。

（5）提升隧道的安全性，通過實時感知和監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)部設(shè)備故障和異常情況，輔助應(yīng)急調(diào)度指揮工作，確保隧道的安全運行。

（6）提供統(tǒng)一的綜合管理平臺，簡化設(shè)備部署和升級流程，降低管理成本。實現(xiàn)隧道的快速個性化接入和多級集中管控，方便隧道管理人員進行操作和管理。

2.2 智慧隧道方案架構(gòu)

基于上述目標(biāo)，擬構(gòu)建智能、高效、協(xié)同、感知的一體化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備管控、事件識別、低碳節(jié)能等業(yè)務(wù)的無縫對接，同時將業(yè)務(wù)參數(shù)分層分級上傳到終端，保證隧道工程管理的有序及高效。

2.2.1 全協(xié)同

全協(xié)同是指通過在隧道系統(tǒng)中應(yīng)用開源鴻蒙等技術(shù)，實現(xiàn)各個設(shè)備之間的全面聯(lián)接。傳統(tǒng)的隧道設(shè)備多為各自獨立的系統(tǒng)，存在設(shè)備邊界難以打破的問題。采用開源鴻蒙等技術(shù)，克服傳統(tǒng)設(shè)備間協(xié)同困難的問題，將不同設(shè)備進行標(biāo)準(zhǔn)化集成，消除設(shè)備邊界，實現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通。同時，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將隧道內(nèi)的各種設(shè)備（如監(jiān)控攝像頭、傳感器等）連接到一個統(tǒng)一的綜合管控平臺[1]。通過傳感器等設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)進行傳輸和共享。隧道管理人員可以實時了解隧道內(nèi)部各個設(shè)備的狀態(tài)和運行情況。在全聯(lián)接的過程中，邊緣計算起著重要的作用。通過在邊緣設(shè)備上部署開源鴻蒙等技術(shù)，實現(xiàn)邊緣計算和數(shù)據(jù)處理的能力，將部分計算任務(wù)從云端遷移到邊緣設(shè)備上進行處理，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲和帶寬消耗，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和性能。最后，平臺集成監(jiān)控、報警、故障診斷等功能，實現(xiàn)對隧道設(shè)備的全面管理和控制。隧道管理人員通過該平臺查看各個設(shè)備的實時數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、警報信息等，及時做出決策和采取措施。

2.2.2 全智能

全智能即構(gòu)建隧道的“去人化”管控，利用人工智能技術(shù)對隧道設(shè)備進行智能化處理和優(yōu)化。通過使用開源鴻蒙等技術(shù)，將AI算法部署到邊緣設(shè)備上，實現(xiàn)邊緣計算和邊緣智能處理，提升隧道設(shè)備的智能化水平，實現(xiàn)隧道設(shè)備的自主決策、故障預(yù)警、故障診斷等功能。

2.2.3 全感知

通過開源鴻蒙等技術(shù)，實現(xiàn)對隧道環(huán)境的全面感知。利用傳感器、攝像頭等設(shè)備采集隧道內(nèi)部的各種數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、氣體濃度、車流量等信息[2]。通過邊緣計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M行處理和分析，實現(xiàn)對隧道內(nèi)部環(huán)境的全面了解和監(jiān)控。

2.2.4 全高效

全高效是指依托國產(chǎn)底座算力支撐，通過使用開源鴻蒙等技術(shù)將計算任務(wù)分配到底座設(shè)備上進行處理，以提高隧道系統(tǒng)的計算效率和性能。一是利用開源鴻蒙等技術(shù)，將計算任務(wù)智能地分配到底座設(shè)備上進行處理。開源鴻蒙作為一個輕量級、高效能的操作系統(tǒng)，具備良好的分布式計算和資源調(diào)度能力，能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)分發(fā)、并行計算和協(xié)同處理等功能，提高系統(tǒng)整體的計算效率[3]。二是根據(jù)任務(wù)特點和優(yōu)先級進行合理的分配。高優(yōu)先級和實時性要求較高的任務(wù)優(yōu)先分配到底座設(shè)備上進行本地計算，避免對云端計算造成壓力和延遲；較低優(yōu)先級或批量處理的任務(wù)通過底座設(shè)備與云端協(xié)同完成，充分利用分布式計算能力。由于計算任務(wù)分配到底座設(shè)備上進行處理，該系統(tǒng)具備更高的并發(fā)處理能力，可以實現(xiàn)更快的計算速度和更高的并行處理能力，提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度和吞吐量。

3 基于開源鴻蒙的云邊協(xié)同智慧隧道解決方案

3.1 端層

端層是指在智慧隧道系統(tǒng)中與用戶直接交互的終端設(shè)備，如監(jiān)控攝像頭、傳感器、顯示屏等。端層主要采用如下設(shè)計方式：首先，通過開源鴻蒙提供的設(shè)備接入框架，將各類終端設(shè)備的快速接入并實現(xiàn)統(tǒng)一管理。該框架支持多種通信協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備可以無縫集成到系統(tǒng)中。同時，對接入設(shè)備進行遠程配置、監(jiān)控和升級，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行和可靠性。其次，利用開源鴻蒙提供的數(shù)據(jù)采集和處理功能，對終端設(shè)備上生成的數(shù)據(jù)進行實時采集和處理。在終端設(shè)備上部署采集程序和算法模塊，實時獲取傳感器數(shù)據(jù)、圖像視頻流等信息，并進行實時分析和處理。實現(xiàn)對隧道內(nèi)部環(huán)境、車輛行駛狀態(tài)等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，為隧道管理決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持[4]。在數(shù)據(jù)處理中，將部分計算任務(wù)下放到終端設(shè)備進行處理，減輕云端的計算負擔(dān)。例如，在攝像頭設(shè)備上進行實時圖像分析和識別，檢測隧道內(nèi)的異常情況。最后，根據(jù)實際需求，定制顯示屏上的信息展示、報警提示等功能，并支持用戶通過觸摸、語音等方式與系統(tǒng)進行交互。通過結(jié)合開源鴻蒙的人機交互能力，提供便捷的操作方式，使得用戶能夠輕松地掌握和管理智慧隧道系統(tǒng)。

3.2 邊緣層

邊緣層設(shè)計中首先在智慧隧道系統(tǒng)中部署邊緣計算節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時處理和分析。邊緣計算節(jié)點提供強大的計算能力，用于接收、存儲和處理從終端設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)?；陂_源鴻蒙的邊緣計算框架，快速搭建和管理邊緣計算節(jié)點，同時支持多種通信協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)，使得不同設(shè)備能夠互聯(lián)互通。隨后，利用開源鴻蒙提供的實時數(shù)據(jù)處理能力，在邊緣計算節(jié)點上進行數(shù)據(jù)分析和處理。通過部署算法模塊和實時數(shù)據(jù)流處理程序，實時監(jiān)測隧道內(nèi)的各種情況，如環(huán)境變化、車輛行駛狀態(tài)等，快速發(fā)現(xiàn)并響應(yīng)隧道內(nèi)的交通擁堵、火災(zāi)、氣體泄漏等事件，提高安全性和效率。最后，結(jié)合開源鴻蒙的安全框架和機制，保證邊緣計算節(jié)點和終端設(shè)備的安全性。通過身份認證、數(shù)據(jù)加密和訪問控制等手段，保護邊緣層系統(tǒng)免受惡意攻擊和數(shù)據(jù)泄露的威脅。同時，開源鴻蒙注重隱私保護，在數(shù)據(jù)采集和處理過程中，嚴格遵守相關(guān)法規(guī)和隱私政策，保護用戶的個人隱私權(quán)益。

3.3 云端

基于開源鴻蒙的云邊協(xié)同智慧隧道解決方案的設(shè)計中，云控平臺是整個系統(tǒng)的中樞。其中，省中心平臺通過對隧道業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析，支持決策；橋隧所平臺進行業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實際承載和應(yīng)用，并依托能力支撐平臺的IOT物聯(lián)能力、邊緣計算能力和AI智能處理能力，具備設(shè)備物聯(lián)管控、業(yè)務(wù)應(yīng)用的靈活編排、數(shù)據(jù)智能分析挖掘和算法模型訓(xùn)練推送等功能。

首先，云端平臺為隧道智能運行提供一個業(yè)務(wù)、中樞、算力支撐的保障框架。智能運營中心IOC是針對集團層面，從運營與安全的角度全面提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，并對多維數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析與挖掘，利用可視化呈現(xiàn)，支持集團領(lǐng)導(dǎo)做出科學(xué)決策。能力支撐平臺包括IOT物聯(lián)模塊、邊緣計算模塊、智能處理模塊和開源鴻蒙應(yīng)用樞紐，這四個模塊的綜合支撐能夠協(xié)同運行業(yè)務(wù)應(yīng)用和云邊端。其中，IOT物聯(lián)模塊實現(xiàn)了端側(cè)設(shè)備的接入控制和數(shù)據(jù)協(xié)同；邊緣計算模塊實現(xiàn)了隧道邊緣一體機的資源調(diào)度和業(yè)務(wù)協(xié)同；智能處理模塊通過對數(shù)據(jù)的分析和模型訓(xùn)練下發(fā)，實現(xiàn)算力同鴻蒙樞紐實現(xiàn)對鴻蒙設(shè)備的統(tǒng)一管控賦能。此外，集團用戶可以通過應(yīng)用市場將各類隧道業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進行封裝和上架，能夠直接從云端下發(fā)應(yīng)用到隧道邊緣節(jié)點啟動，實現(xiàn)隧道業(yè)務(wù)應(yīng)用快速部署、個性化適配和統(tǒng)一運維，實現(xiàn)云邊協(xié)同、數(shù)據(jù)智能化、能力共享和全鏈條協(xié)同的目標(biāo)。

4 開源鴻蒙支持下的云邊協(xié)同智慧隧道方案優(yōu)勢

4.1 云邊協(xié)同，邊緣一體

云邊協(xié)同智慧隧道方案借助邊緣計算模塊，將計算任務(wù)從云端遷移到離用戶更近的邊緣設(shè)備上進行處理，降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高了實時性和響應(yīng)速度。邊緣設(shè)備通過使用分布式計算資源和本地存儲，能夠?qū)?shù)據(jù)進行實時處理和分析，減少了對云端的依賴。[5]由于邊緣設(shè)備可以在本地進行計算和決策，即使在臨時斷網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況下，也能夠保持基本的功能運行。這對于隧道智能系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性非常重要，保證了關(guān)鍵任務(wù)的連續(xù)性及可靠性。

4.2 自主自控

本方案采用開源鴻蒙操作系統(tǒng)作為底層平臺，實現(xiàn)了自主研發(fā)與自主控制。與其他商業(yè)操作系統(tǒng)相比，開源鴻蒙具有源代碼透明、可審計性高等特點，且該系統(tǒng)為我國自主自研，使得隧道管理部門能夠更好地了解和掌握系統(tǒng)運行情況，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自主可控。在此基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)在邊緣和云端之間的協(xié)同處理實現(xiàn)真正意義上的本地化處理，減少了隧道業(yè)務(wù)敏感數(shù)據(jù)的傳輸和存儲在云端的風(fēng)險，保障數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。此外，本方案具有較高的靈活性和可擴展性。隨著技術(shù)的發(fā)展和需求的變化，可以靈活添加或升級邊緣設(shè)備和云端功能模塊，滿足不斷演化的隧道管理需求。

4.3 事件自動識別

本方案集成了傳感器、監(jiān)控設(shè)備等感知設(shè)備，通過這些設(shè)備實時采集交通流量、氣象信息、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)，提供了豐富的接口和驅(qū)動支持，使得各種感知設(shè)備可以無縫集成，實現(xiàn)對隧道內(nèi)外環(huán)境的智能感知[6]。此外，開源鴻蒙操作系統(tǒng)支持與傳感器、監(jiān)控設(shè)備的即時通信和聯(lián)動，當(dāng)發(fā)生重大事件或異常情況時，可以及時向相關(guān)人員發(fā)送報警信息，輔助他們進行適時的處置和處理。

4.4 AI高效智能處理

開源鴻蒙操作系統(tǒng)提供了分布式計算支持，可以充分利用云端和邊緣設(shè)備的計算資源。這使得在云邊協(xié)同架構(gòu)下，可以進行大規(guī)模的AI模型訓(xùn)練和推理，實現(xiàn)對隧道內(nèi)部復(fù)雜數(shù)據(jù)的高效處理。本方案可通過訓(xùn)練AI模型，對隧道內(nèi)的各種事件進行智能識別，大大提高了處理速度和準(zhǔn)確性，減輕了人工干預(yù)的負擔(dān)。與此同時，通過不斷采集數(shù)據(jù)并進行模型訓(xùn)練，AI系統(tǒng)可以不斷優(yōu)化自身，提高識別準(zhǔn)確性和處理效率。持續(xù)學(xué)習(xí)和改進的能力使得隧道管理系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境和需求，降低了后續(xù)維護成本。

5 結(jié)束語

基于開源鴻蒙的云邊協(xié)同智慧隧道管理方案為隧道運營管理提供新的思路，通過整合邊緣計算、大數(shù)據(jù)分析和云端控制等技術(shù)，該方案實現(xiàn)了對隧道內(nèi)外環(huán)境的智能感知、事件自動識別和實時決策，提升了隧道的安全性和應(yīng)急響應(yīng)能力。開源鴻蒙支持下的云邊協(xié)同智慧隧道解決方案展現(xiàn)了技術(shù)與創(chuàng)新的力量，為隧道行業(yè)帶來了全新的發(fā)展機遇。隨著該方案的推廣應(yīng)用，隧道運營將變得更加高效、安全，為人們的出行和物流運輸提供保障。