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中国智能交通协会

数字孪生助力隧道全方位升级

2022-06-24   来源:中国智能交通协会


上海电科智能系统股份有限公司


  我国是世界上城市隧道数量最多、建设规模最大的国家,高速公路隧道在城市交通中发挥的作用越来越大。2019年3月,交通运输部发布《公路隧道提质升级行动技术指南》,要求全国各级公路部门开展普通国省道隧道提质升级行动,进一步完善隧道交通工程与附属设施,分类开展隧道病害处置,严格隧道交(竣)工验收,更好地为公众提供安全便捷的出行服务。
  如何借助数字孪生技术加强隧道安全风险感知、构建智慧隧道监管运营等问题也应运而生。AI、数字孪生等新技术和机器人、雷达等新产品,开始在智慧隧道领域的建设应用中展露头角,助力推进隧道智慧化建设发展。

  近年来,电科智能积极开拓创新,探索基于云计算、大数据、人工智能、5G、北斗、数字孪生等各项新兴技术的智慧隧道应用场景,基于自主研发、开放的交通超体-隧道数字孪生人工智能辅助云控平台,为用户提供实现运营数据可视化监测、重点指标评估、协调联动管理、应急指挥调度、智能化运维养护、公共信息服务等功能一体的智慧隧道(群)解决方案,满足了智慧隧道监控中数字化、智控化、可视化、无人化的最新需求。
  以实现隧道管理精细化感知、智能化调控、一体化应急及全生命周期运维为目标,电科智能从隧道综合监控的智慧基础设施、隧道全要素采集的智慧感知、隧道安全提升的智慧化应用三大方面出发,构建感知、预警、联动、分析、决策、控制业务闭环体系,为用户提供“管理、运维、监测、控制、指挥、调度”的一体化协同管理模式,适用于隧道运行状态监测、设备联动控制、应急指挥调度、故障运维抢修、数据决策分析等多种业务场景,实现隧道内全要素实时动态监测、全生命周期设施设备运维管理、全过程事件事故跟踪处理、火灾消防联动和交通运行一体化,确保统一指挥、统一调度、高效处置,提升隧道应急处置能力,有效降低隧道安全风险隐患。


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  传统隧道机电监控整合——隧道机电设备综合监控系统
  针对长距离的封闭区间隧道日常运营过程中机电设备种类繁多,统一管理困难,系统之间较为独立等问题,电科智能将交通信号、信息发布、火灾消防、通风、给排水、照明、电力等设备整合至一个平台中,构建机电设备自动控制和科学管理的隧道机电设备综合监控体系,统一监视、监控和管理各专业机电设备的运行状态。
  面向日常监控场景下,实时显示道路拥堵状况、交通流变化趋势、交通异常事件,实现对隧道全域运行态势的动态监测。
  面向事故、火灾、爆炸等应急场景下,提供事发点位提醒,上下游视频图像动态查看,专家应急预案自动联动,设备一键控制等功能,提高隧道的整体防灾、消灾和车辆通过的能力。
  除日常和应急监控场景之外,还能够对隧道内机电设备资产信息、全生命周期配置信息、故障报警信息、运维监管信息等进行全过程收集与管理,提供设备故障预警分析结果,延长设备使用寿命。从本质上提升隧道机电设备管理智慧化水平,有效降低隧道的营运成本,提高隧道安全性和应急应变能力,增强整体交通承载能力。

  智慧隧道传感感知升级——人工智能和全要素感知系统
  基于视频AI的全覆盖监控和交通异常事件识别。隧道内几乎不受黑夜、恶劣天气等环境影响,在这类固定场景下,通过100~150m左右间距布设的定焦摄像机,实现对隧道日常运行状态的全覆盖监控,结合出入口、车辆横道等处的卡口设备,利用先进的AI图像分析、目标跟踪识别等技术,实现交通运行状态参数,车辆特征信息等数据的有效采集,交通事故、行人/非机动车、逆行、交通拥堵、能见度等交通异常事件的精准识别。
  基于光谱热成像的车辆超温预警。大型车辆在长距离下坡进入隧道、隧道限速相比于普通道路较低,从而导致车辆急刹减速,存在超温起火的安全隐患。通过隧道口的卡口以及光谱热成像温度检测设备,实时监测隧道入口处车辆的轮胎温度状况,结合车辆特征与温度数据的提取与融合,对车辆温度的智能分级,自动联动交通诱导屏、音柱等声光报警装置,实现对车辆超温事件的声光预警。
  隧道结构健康监测。隧道结构在长期运行过程中,易发生隧道主体沉降、整体结构倾斜、结构形变等问题,隧道结构健康监测即在隧道相应位置预埋或明装各类传感器设备,对隧道结构应变、温度、沉降、振动、拼接缝变化等情况进行实时动态监测,结合设施安全性、耐久性、适用性等评价指标,实现对隧道结构健康与安全的监控、异常自动预警和设施服役性能预测。
  智慧隧道管控服务升级——伴随式诱导服务系统
  隧道全程可变智能提示灯带系统。在驶入和驶出隧道时,存在黑洞和白洞效应,影响驾驶人员视线,可在隧道壁两侧安装环状视线诱导装置,通过改变不同的发光位置、红黄绿不同颜色、闪频等组合来实施面向重大安全事故、占道障碍、长距离上下坡等不同场景下的针对性引导策略,实现“道路边缘轮廓强化”、“渐进式危险预警”、“安全车距确认”、“自走式速度诱导”等功能,缓解和减轻驾驶人员心理压力,降低可能潜在的安全隐患。
  智慧隧道管控应用软件升级——中心数字化智慧化软件系统
  融合应急指挥系统。针对应急事件处置、监控指挥调度、施工养护作业、联勤服务保障等多用户业务系统场景,构建协调联动的融合应急指挥系统,提供全过程信息交互(融合对接视频会议系统、无线单兵设备、车载视频)、资源调度、记录监管等功能。


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  辅助决策支持系统。通过对隧道内各类数据的大数据分析和研判,实现可以掌握隧道运营各要素运行动态的数据应用分析能力。
  全生命周期设备运行维护与保障系统。综合利用云计算、大数据、物联网感知、人工智能等技术,紧紧围绕交通设施运维的三大要素“人-物-事”(人—交管部门、运维服务提供商、设备提供商、监理单位、其他部门,物—交通设施、信息、系统,事—资产资源管理、故障预警、运维活动管理、绩效评估),打造交通设施运维全过程跟踪保障模式,创建全新的运维业态。


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  交通流动态数字孪生。通过隧道对交通流数据的全程感知,结合车辆唯一身份信息,实时隧道监测区域内每个目标实时位置和移动轨迹的全程跟踪,通过将各个感知点数据的融合,将非结构化的隧道交通流信息转换成区域内全结构化的时空维度数据。


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  隧道能源监测及能耗分析。通过对隧道能耗的生产和使用情况,以及包括照明、风机等各类分项用电等情况进行动态监测和统计分析,实现能源的全方位、精细化的监控和管理。通过对采集到的大量的能耗数据进行分析,帮助隧道改进用能管理制度,实现降低能耗,也为管理人员制定节能措施、规划节能方案提供决策依据。