智慧高速公路隧道誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)建設(shè)與研究

段海澎　韓紀(jì)紅　凌浩　葉勇

摘要：面臨著日趨復(fù)雜的公路路況，結(jié)合公路隧道在交通工程方面的特點(diǎn)，對(duì)于能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)異常情況，以及對(duì)發(fā)生事件迅速開展處理和救援工作的要求越來越高，對(duì)因信息共享不充分、無有效業(yè)務(wù)處理閉環(huán)而導(dǎo)致無法積累價(jià)值信息等問題的解決越來越迫切。結(jié)合隧道內(nèi)部自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)施，建立以專家誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)為輔助手段的智慧高速公路隧道誘導(dǎo)系統(tǒng)，能夠幫助管理部門整合信息資源，為迅速制定應(yīng)急解決方案提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

Abstract：? Faced with increasingly complex road conditions， combined with the characteristics of highway tunnels in traffic engineering， there is an increasing demand for timely detection of abnormal conditions inside the tunnel， as well as rapid handling and rescue of incidents， and insufficient information sharing. The solution to problems such as the inability to accumulate value information without the closed loop of effective business processing is becoming more and more urgent. Combined with the internal automation monitoring facilities of the tunnel， the establishment of the intelligent highway tunnel guidance system with the expert-induced knowledge base as an auxiliary means can help the management department to integrate the information resources and provide a valuable reference for the rapid development of emergency solutions.

關(guān)鍵詞：隧道;誘導(dǎo);知識(shí)庫(kù);信息系統(tǒng)

Key words： tunnel;induction;knowledge base;information system

中圖分類號(hào)：U491.116? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）33-0195-03

0? 引言

隨著高速公路路況日趨復(fù)雜，人們需要有關(guān)部門能夠及時(shí)提供道路交通信息和相應(yīng)的交通誘導(dǎo)信息，以便行駛安全及線路規(guī)劃的需要。目前，我國(guó)隧道的交通管理模式基本上依賴于人為實(shí)現(xiàn)管理和控制工作，雖然相關(guān)部門已逐漸建立各種信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，但各系統(tǒng)之間仍存在信息孤島現(xiàn)象，未形成一個(gè)有效的信息分享和處理閉環(huán)。當(dāng)緊急事件發(fā)生時(shí)，無法自動(dòng)處理或給管理者提供一套或幾套有效的應(yīng)急管理方案，決策者無法獲得有價(jià)值的理論依據(jù)，只能根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷，無法實(shí)現(xiàn)“智慧”的目標(biāo)。因此，智慧高速公路知識(shí)庫(kù)的智能信息系統(tǒng)建設(shè)與研究具有理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

1? 誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)原理

誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)是一系列針對(duì)已發(fā)生事件的歷史誘導(dǎo)方案的結(jié)構(gòu)化經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并且通過方案實(shí)施后的實(shí)際效果，對(duì)知識(shí)庫(kù)中的歷史方案進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)方案的不斷優(yōu)化。誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)是根據(jù)實(shí)際交通狀態(tài)及事件信息，結(jié)合隧道自身工程設(shè)計(jì)情況，選擇不同誘導(dǎo)控制策略和誘導(dǎo)控制模式的組合方案，通過調(diào)整交通和道路參數(shù)，達(dá)到誘導(dǎo)目的，提高行車安全和交通效率，降低事故發(fā)生率。（圖1）

1.1 誘導(dǎo)控制與策略

主要的誘導(dǎo)策略可歸納為三種：隧道入口控制（包括入口調(diào)節(jié)、入口關(guān)閉）、可變速度控制、車道使用控制（包括車道關(guān)閉控制、可逆車道變向控制）。這三種誘導(dǎo)與控制策略可單獨(dú)使用，也可因?qū)嶋H情況進(jìn)行組合使用。

1.2 誘導(dǎo)與控制模式

隧道在運(yùn)營(yíng)過程中，當(dāng)發(fā)生事件時(shí)，為進(jìn)行有效的交通疏導(dǎo)和管制，道路使用情況可能需要在不同的交通管理模式（主要針對(duì)車道控制管理模式）之間進(jìn)行切換，達(dá)到誘導(dǎo)隧道內(nèi)外車輛的目的。

針對(duì)單個(gè)車道的控制模式分為正向開放、反向開放、關(guān)閉三種。誘導(dǎo)與控制模式即所有車道控制模式的排列組合（排除因考慮車道行駛方向等實(shí)際問題而導(dǎo)致執(zhí)行不合理的組合）。各工程因設(shè)計(jì)情況的不同，其誘導(dǎo)與控制模式均有所差異。

1.3 不同狀態(tài)下的交通誘導(dǎo)與控制

隧洞交通狀態(tài)分為正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、擁擠/阻塞狀態(tài)（該狀態(tài)可根據(jù)隧道運(yùn)營(yíng)情況及工程設(shè)計(jì)情況進(jìn)行等級(jí)細(xì)化）、交通事故狀態(tài)（該狀態(tài)可根據(jù)事故情況進(jìn)行等級(jí)細(xì)化）、火災(zāi)事故狀態(tài)。根據(jù)歷史發(fā)生事件總結(jié)不同狀態(tài)下交通誘導(dǎo)與控制策略和交通誘導(dǎo)模式的組合方案。

1.4 誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)

根據(jù)歷史發(fā)生事件所總結(jié)的不同交通運(yùn)營(yíng)狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的交通誘導(dǎo)方案和誘導(dǎo)信息，形成結(jié)構(gòu)化知識(shí)，進(jìn)而建立隧道交通誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)。

誘導(dǎo)方案的推理及生成則根據(jù)實(shí)際發(fā)生的事件信息，結(jié)合已有的誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)信息，進(jìn)而判定該事件所使用的誘導(dǎo)方案及誘導(dǎo)信息。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

智慧高速公路隧道誘導(dǎo)系統(tǒng)首先將前端檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)到的視頻圖像信息、道路環(huán)境信息、氣象信息進(jìn)行信息采集;再根據(jù)實(shí)時(shí)信息一方面根據(jù)視頻圖像進(jìn)行事件自動(dòng)檢測(cè)，另一方面針對(duì)惡劣交通天氣、CO濃度超標(biāo)、能見度低等異常環(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)控，并結(jié)合誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行誘導(dǎo)方案推理;最終將生成的誘導(dǎo)方案通過設(shè)備進(jìn)行可視化展示，為出行人提供交通誘導(dǎo)提示。（圖2）

總結(jié)為信息獲取、誘導(dǎo)信息生成、誘導(dǎo)信息發(fā)布三個(gè)步驟。

①信息獲取。由于誘導(dǎo)系統(tǒng)必須能夠非常清楚的了解道路運(yùn)行狀態(tài)，如路段、氣象、道路環(huán)境、異常事件等信息，才能形成符合實(shí)際狀況的誘導(dǎo)方案。

②誘導(dǎo)信息生成。根據(jù)歷史發(fā)生事件信息以及相應(yīng)的應(yīng)急解決方案，建立交通誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，對(duì)誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)中信息進(jìn)行評(píng)價(jià)，自動(dòng)優(yōu)化誘導(dǎo)方案，同時(shí)，建立交通流預(yù)測(cè)知識(shí)庫(kù)，對(duì)未來交通流進(jìn)行推理預(yù)測(cè)，并結(jié)合交通誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)，推理出有參考價(jià)值的交通誘導(dǎo)方案及誘導(dǎo)信息。

③誘導(dǎo)信息發(fā)布。通過誘導(dǎo)信息發(fā)布接口，將信息發(fā)布至前方信息發(fā)布屏、可變情報(bào)板等外場(chǎng)設(shè)備，為出行者提供及時(shí)、有效的誘導(dǎo)信息服務(wù)。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧高速公路隧道誘導(dǎo)系統(tǒng)總體架構(gòu)分為設(shè)備層、接入層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、支撐層、應(yīng)用層六個(gè)層級(jí)，如圖3所示。

設(shè)備層主要包括視頻監(jiān)控、傳感器、情報(bào)板、信號(hào)燈等其他場(chǎng)外設(shè)備，用于進(jìn)行視頻圖像信息獲取、氣象檢測(cè)、能見度檢測(cè)、環(huán)境檢測(cè)，以及誘導(dǎo)相關(guān)信息發(fā)布。

網(wǎng)絡(luò)層提供對(duì)底層設(shè)備的接入，接入方式包括互聯(lián)網(wǎng)、3G/4G/5G、通信專網(wǎng)。

接入層主要提供適配協(xié)議，將各設(shè)備統(tǒng)一接入，并便于標(biāo)準(zhǔn)化管理。

數(shù)據(jù)層通過接入層將視頻及事件、傳感器數(shù)據(jù)等信息保存至服務(wù)器或者數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供對(duì)系統(tǒng)的權(quán)限、日志的管理，提高系統(tǒng)安全性。主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)、地理數(shù)據(jù)庫(kù)。

支撐層包括事件觸發(fā)機(jī)制、事件檢測(cè)機(jī)制、誘導(dǎo)模型、預(yù)測(cè)模型等服務(wù)，是構(gòu)建核心應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

應(yīng)用層主要為用戶提供PC端/APP端相關(guān)可視化信息服務(wù)功能，包括設(shè)備管理、事件管理、監(jiān)測(cè)信息管理、誘導(dǎo)方案管理以及系統(tǒng)管理。

2.3 功能設(shè)計(jì)

智慧高速公路隧道誘導(dǎo)信息系統(tǒng)具備設(shè)備統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理、事件統(tǒng)一精細(xì)化管理、方案統(tǒng)一規(guī)范化管理等應(yīng)用功能，同時(shí)接入運(yùn)行監(jiān)測(cè)平臺(tái)、視頻監(jiān)控與應(yīng)急指揮平臺(tái)。（圖4）

①設(shè)備管理。設(shè)備管理主要用于將所有接入的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一管理，包括前端監(jiān)測(cè)設(shè)備和外場(chǎng)設(shè)備。由于設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可能會(huì)影響到誘導(dǎo)方案初始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及信息發(fā)出的可行性，因此將設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理，幫助用戶及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提高所生成誘導(dǎo)方案的準(zhǔn)確性。

②事件管理。針對(duì)檢測(cè)到的事件信息和人工上報(bào)事件進(jìn)行綜合信息維護(hù)管理。針對(duì)檢測(cè)到的事件進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，并對(duì)事件進(jìn)行嚴(yán)重程度判定。經(jīng)過一定量的信息積累后，可對(duì)易發(fā)事故段進(jìn)行重點(diǎn)管理和事件預(yù)測(cè)。

③監(jiān)測(cè)信息管理。監(jiān)測(cè)信息管理主要包括以GIS地圖形式展示各路段的設(shè)備運(yùn)行情況、路段事件的功能模塊，以及對(duì)氣象、道路環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理功能模塊，為交通智能誘導(dǎo)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

④誘導(dǎo)方案管理。方案管理主要用于對(duì)基于誘導(dǎo)知識(shí)庫(kù)所產(chǎn)生的一系列事件誘導(dǎo)方案進(jìn)行操作和管理，以及實(shí)際誘導(dǎo)方案管理、誘導(dǎo)方案知識(shí)庫(kù)相關(guān)規(guī)則配置管理。事件發(fā)生后，通過系統(tǒng)的事件觸發(fā)機(jī)制，根據(jù)誘導(dǎo)方案知識(shí)庫(kù)及實(shí)際交通狀態(tài)信息，自動(dòng)生成誘導(dǎo)方案。對(duì)所生成的誘導(dǎo)方案信息，根據(jù)事件的嚴(yán)重程度，進(jìn)行信息自動(dòng)發(fā)布或進(jìn)行人工干預(yù)操作。

⑤系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理用于用戶賬號(hào)、組織機(jī)構(gòu)、角色及菜單權(quán)限管理，還包括系統(tǒng)日志記錄、相關(guān)配置等信息管理。

⑥相關(guān)平臺(tái)接入。系統(tǒng)可與運(yùn)行監(jiān)測(cè)平臺(tái)等相關(guān)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)各平臺(tái)種的信息交換，保證平臺(tái)之間信息充分共享。

3? 結(jié)語

高速公路隧道事故處理過程中，各路段公路管理部門已積累了很多應(yīng)急解決方案，只有將這些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化，提高信息之間的關(guān)聯(lián)度，并進(jìn)行充分合理地利用，才能夠?yàn)楣饭芾碚咛峁┯行лo助決策的信息，同時(shí)也為后續(xù)高速公路建設(shè)提供更加具有參考價(jià)值的依據(jù)。

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