基于開(kāi)源鴻蒙的云邊協(xié)同智慧隧道解決方案

萬(wàn)華文 黃 鵬

江西省交投集團(tuán)路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)公司 江西 南昌 330025

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，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(shí)時(shí)性不高、異常事件處理不及時(shí)等問(wèn)題。為了解決這些難題，云計(jì)算、邊緣計(jì)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(shí)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(yùn)營(yíng)效率。同時(shí)，也可為智慧城市建設(shè)和交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展注入新的活力。

1 公路隧道運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)安全管理始終是公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，公路隧道建設(shè)管理雖然運(yùn)用了智慧管理系統(tǒng)，但仍然存在如下問(wèn)題：一是在隧道管理中，各種監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)被孤立地存儲(chǔ)在各自的數(shù)據(jù)煙囪中，數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)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(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)共享和交互，信息流動(dòng)受限，難以形成一個(gè)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?cái)z像頭、傳感器等。但是缺乏統(tǒng)一的管理平臺(tái)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(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和異常。四是對(duì)隧道內(nèi)部的狀態(tài)感知能力較弱，無(wú)法實(shí)時(shí)獲得隧道內(nèi)部各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等詳細(xì)信息，難以及時(shí)掌握隧道的工作情況和存在的潛在問(wèn)題。五是設(shè)備的部署和升級(jí)需要耗費(fèi)大量的時(shí)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(jí)難以進(jìn)行，無(wú)法及時(shí)跟上科技發(fā)展的步伐。從整體上看，公路隧道運(yùn)營(yíng)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(shí)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(kāi)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(guó)自主自研的鴻蒙操作系統(tǒng)，真正意義上實(shí)現(xiàn)技術(shù)的獨(dú)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(qiáng)國(guó)綜合立體交通運(yùn)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(tái)，利用開(kāi)源鴻蒙等新技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隧道全要素的實(shí)時(shí)感知，提升隧道的智能化水平。

（2）通過(guò)云端資源優(yōu)勢(shì)，實(shí)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(shí)現(xiàn)全設(shè)備的快速接入與管控，統(tǒng)一部署和維護(hù)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)隧道的信息化管理。

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

（4）通過(guò)智能化管理和控制，實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能目標(biāo)。利用開(kāi)源鴻蒙等技術(shù)，結(jié)合邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)隧道設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)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(guò)實(shí)時(shí)感知和監(jiān)測(cè)，及時(shí)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(yùn)行。

（6）提供統(tǒng)一的綜合管理平臺(tái)，簡(jiǎn)化設(shè)備部署和升級(jí)流程，降低管理成本。實(shí)現(xiàn)隧道的快速個(gè)性化接入和多級(jí)集中管控，方便隧道管理人員進(jìn)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(shí)現(xiàn)設(shè)備管控、事件識(shí)別、低碳節(jié)能等業(yè)務(wù)的無(wú)縫對(duì)接，同時(shí)將業(yè)務(wù)參數(shù)分層分級(jí)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(guò)在隧道系統(tǒng)中應(yīng)用開(kāi)源鴻蒙等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(dú)立的系統(tǒng)，存在設(shè)備邊界難以打破的問(wèn)題。采用開(kāi)源鴻蒙等技術(shù)，克服傳統(tǒng)設(shè)備間協(xié)同困難的問(wèn)題，將不同設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化集成，消除設(shè)備邊界，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通。同時(shí)，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?cái)z像頭、傳感器等）連接到一個(gè)統(tǒng)一的綜合管控平臺(tái)[1]。通過(guò)傳感器等設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸和共享。隧道管理人員可以實(shí)時(shí)了解隧道內(nèi)部各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行情況。在全聯(lián)接的過(guò)程中，邊緣計(jì)算起著重要的作用。通過(guò)在邊緣設(shè)備上部署開(kāi)源鴻蒙等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的能力，將部分計(jì)算任務(wù)從云端遷移到邊緣設(shè)備上進(jìn)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(tái)集成監(jiān)控、報(bào)警、故障診斷等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道設(shè)備的全面管理和控制。隧道管理人員通過(guò)該平臺(tái)查看各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、警報(bào)信息等，及時(shí)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(duì)隧道設(shè)備進(jìn)行智能化處理和優(yōu)化。通過(guò)使用開(kāi)源鴻蒙等技術(shù)，將AI算法部署到邊緣設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算和邊緣智能處理，提升隧道設(shè)備的智能化水平，實(shí)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(guò)開(kāi)源鴻蒙等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chē)流量等信息[2]。通過(guò)邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guó)產(chǎn)底座算力支撐，通過(guò)使用開(kāi)源鴻蒙等技術(shù)將計(jì)算任務(wù)分配到底座設(shè)備上進(jìn)行處理，以提高隧道系統(tǒng)的計(jì)算效率和性能。一是利用開(kāi)源鴻蒙等技術(shù)，將計(jì)算任務(wù)智能地分配到底座設(shè)備上進(jìn)行處理。開(kāi)源鴻蒙作為一個(gè)輕量級(jí)、高效能的操作系統(tǒng)，具備良好的分布式計(jì)算和資源調(diào)度能力，能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)分發(fā)、并行計(jì)算和協(xié)同處理等功能，提高系統(tǒng)整體的計(jì)算效率[3]。二是根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)和優(yōu)先級(jí)進(jìn)行合理的分配。高優(yōu)先級(jí)和實(shí)時(shí)性要求較高的任務(wù)優(yōu)先分配到底座設(shè)備上進(jìn)行本地計(jì)算，避免對(duì)云端計(jì)算造成壓力和延遲；較低優(yōu)先級(jí)或批量處理的任務(wù)通過(guò)底座設(shè)備與云端協(xié)同完成，充分利用分布式計(jì)算能力。由于計(jì)算任務(wù)分配到底座設(shè)備上進(jìn)行處理，該系統(tǒng)具備更高的并發(fā)處理能力，可以實(shí)現(xiàn)更快的計(jì)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(kāi)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?cái)z像頭、傳感器、顯示屏等。端層主要采用如下設(shè)計(jì)方式：首先，通過(guò)開(kāi)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(shí)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(wú)縫集成到系統(tǒng)中。同時(shí)，對(duì)接入設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程配置、監(jiān)控和升級(jí)，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和可靠性。其次，利用開(kāi)源鴻蒙提供的數(shù)據(jù)采集和處理功能，對(duì)終端設(shè)備上生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理。在終端設(shè)備上部署采集程序和算法模塊，實(shí)時(shí)獲取傳感器數(shù)據(jù)、圖像視頻流等信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)部環(huán)境、車(chē)輛行駛狀態(tài)等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jì)算任務(wù)下放到終端設(shè)備進(jìn)行處理，減輕云端的計(jì)算負(fù)擔(dān)。例如，在攝像頭設(shè)備上進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像分析和識(shí)別，檢測(cè)隧道內(nèi)的異常情況。最后，根據(jù)實(shí)際需求，定制顯示屏上的信息展示、報(bào)警提示等功能，并支持用戶通過(guò)觸摸、語(yǔ)音等方式與系統(tǒng)進(jìn)行交互。通過(guò)結(jié)合開(kāi)源鴻蒙的人機(jī)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(jì)中首先在智慧隧道系統(tǒng)中部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時(shí)處理和分析。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)提供強(qiáng)大的計(jì)算能力，用于接收、存儲(chǔ)和處理從終端設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)?；陂_(kāi)源鴻蒙的邊緣計(jì)算框架，快速搭建和管理邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，同時(shí)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(kāi)源鴻蒙提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力，在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。通過(guò)部署算法模塊和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流處理程序，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的各種情況，如環(huán)境變化、車(chē)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(kāi)源鴻蒙的安全框架和機(jī)制，保證邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)和終端設(shè)備的安全性。通過(guò)身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和訪問(wèn)控制等手段，保護(hù)邊緣層系統(tǒng)免受惡意攻擊和數(shù)據(jù)泄露的威脅。同時(shí)，開(kāi)源鴻蒙注重隱私保護(hù)，在數(shù)據(jù)采集和處理過(guò)程中，嚴(yán)格遵守相關(guān)法規(guī)和隱私政策，保護(hù)用戶的個(gè)人隱私權(quán)益。

3.3 云端

基于開(kāi)源鴻蒙的云邊協(xié)同智慧隧道解決方案的設(shè)計(jì)中，云控平臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞。其中，省中心平臺(tái)通過(guò)對(duì)隧道業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，支持決策；橋隧所平臺(tái)進(jìn)行業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)際承載和應(yīng)用，并依托能力支撐平臺(tái)的IOT物聯(lián)能力、邊緣計(jì)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(tái)為隧道智能運(yùn)行提供一個(gè)業(yè)務(wù)、中樞、算力支撐的保障框架。智能運(yùn)營(yíng)中心IOC是針對(duì)集團(tuán)層面，從運(yùn)營(yíng)與安全的角度全面提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)多維數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析與挖掘，利用可視化呈現(xiàn)，支持集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)做出科學(xué)決策。能力支撐平臺(tái)包括IOT物聯(lián)模塊、邊緣計(jì)算模塊、智能處理模塊和開(kāi)源鴻蒙應(yīng)用樞紐，這四個(gè)模塊的綜合支撐能夠協(xié)同運(yùn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用和云邊端。其中，IOT物聯(lián)模塊實(shí)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(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)了隧道邊緣一體機(jī)的資源調(diào)度和業(yè)務(wù)協(xié)同；智能處理模塊通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和模型訓(xùn)練下發(fā)，實(shí)現(xiàn)算力同鴻蒙樞紐實(shí)現(xiàn)對(duì)鴻蒙設(shè)備的統(tǒng)一管控賦能。此外，集團(tuán)用戶可以通過(guò)應(yīng)用市場(chǎng)將各類隧道業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)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(diǎn)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)隧道業(yè)務(wù)應(yīng)用快速部署、個(gè)性化適配和統(tǒng)一運(yùn)維，實(shí)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(kāi)源鴻蒙支持下的云邊協(xié)同智慧隧道方案優(yōu)勢(shì)

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(jì)算模塊，將計(jì)算任務(wù)從云端遷移到離用戶更近的邊緣設(shè)備上進(jìn)行處理，降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高了實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度。邊緣設(shè)備通過(guò)使用分布式計(jì)算資源和本地存儲(chǔ)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，減少了對(duì)云端的依賴。[5]由于邊緣設(shè)備可以在本地進(jìn)行計(jì)算和決策，即使在臨時(shí)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(yùn)行。這對(duì)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(kāi)源鴻蒙操作系統(tǒng)作為底層平臺(tái)，實(shí)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(kāi)源鴻蒙具有源代碼透明、可審計(jì)性高等特點(diǎn)，且該系統(tǒng)為我國(guó)自主自研，使得隧道管理部門(mén)能夠更好地了解和掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)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(chǔ)在云端的風(fēng)險(xiǎn)，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(kuò)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(jí)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(dòng)識(shí)別

本方案集成了傳感器、監(jiān)控設(shè)備等感知設(shè)備，通過(guò)這些設(shè)備實(shí)時(shí)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(dòng)支持，使得各種感知設(shè)備可以無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)外環(huán)境的智能感知[6]。此外，開(kāi)源鴻蒙操作系統(tǒng)支持與傳感器、監(jiān)控設(shè)備的即時(shí)通信和聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)生重大事件或異常情況時(shí)，可以及時(shí)向相關(guān)人員發(fā)送報(bào)警信息，輔助他們進(jìn)行適時(shí)的處置和處理。

4.4 AI高效智能處理

開(kāi)源鴻蒙操作系統(tǒng)提供了分布式計(jì)算支持，可以充分利用云端和邊緣設(shè)備的計(jì)算資源。這使得在云邊協(xié)同架構(gòu)下，可以進(jìn)行大規(guī)模的AI模型訓(xùn)練和推理，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)部復(fù)雜數(shù)據(jù)的高效處理。本方案可通過(guò)訓(xùn)練AI模型，對(duì)隧道內(nèi)的各種事件進(jìn)行智能識(shí)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(fù)擔(dān)。與此同時(shí)，通過(guò)不斷采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行模型訓(xùn)練，AI系統(tǒng)可以不斷優(yōu)化自身，提高識(shí)別準(zhǔn)確性和處理效率。持續(xù)學(xué)習(xí)和改進(jìn)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(hù)成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于開(kāi)源鴻蒙的云邊協(xié)同智慧隧道管理方案為隧道運(yùn)營(yíng)管理提供新的思路，通過(guò)整合邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析和云端控制等技術(shù)，該方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道內(nèi)外環(huán)境的智能感知、事件自動(dòng)識(shí)別和實(shí)時(shí)決策，提升了隧道的安全性和應(yīng)急響應(yīng)能力。開(kāi)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(lái)了全新的發(fā)展機(jī)遇。隨著該方案的推廣應(yīng)用，隧道運(yùn)營(yíng)將變得更加高效、安全，為人們的出行和物流運(yùn)輸提供保障。