現狀

智慧隧道建設熱潮下的“智慧”之爭
對智慧隧道的發力建設起源于國家對智慧高速的大力支持。自2010年以來，國務院、國家發改委、工信部等多部委陸續印發了支持、規范智慧公路行業的發展政策，各省市也隨之陸續發布了相關發展目標。隧道是高速公路的重要組成部分，成為智慧高速建設中的核心環節之一。但由于此前智慧隧道的建設先例較少，因此各地的建設標準和要求各異。2018年，交通運輸部劃定了九個智慧公路試點地區，為智慧高速的建設按下了快進鍵，智慧隧道也遍地開花。目前，北京、上海、山東、浙江、江蘇、四川、新疆等多地的高速公路中均已啟動智慧隧道的建設，部分項目已建成投入使用。
在各地加載著諸多技術的智慧隧道持續開工建設，并承載著人們對隧道安全、高效、智能的美好愿景，在喝彩和掌聲中陸續投入使用的背后，對于智慧隧道是否“智慧”的質疑之聲也逐漸增多。

尤其是在2021年鄭州“720”特大暴雨災害中，建成剛兩個月、號稱“會思考、會說話”的鄭州京廣路智慧隧道在關鍵時刻“失智失語”后，對于智慧隧道的質疑之聲甚囂塵上。在災害發生前的媒體宣傳報道中，鄭州京廣路隧道被認為是鄭州最為完善的智慧隧道，其“智慧化”特點主要有六大模塊，分別是綜合業務展示模塊、隱患事故感知模塊、隧道定位/導航模塊、應激管理模塊、信息多渠道發布模塊、移動APP模塊，能夠為設備問題、惡劣天氣、突發情況提供早識別、早發現、早跟蹤、早處置的應急處置工作基礎。

但遺憾的是，看似強大的智慧隧道在災難來臨時沒有擔負起它應有的職責。經歷者反映沒有收到有關道路安全的提示或預警，路邊沒有看到封路或禁止通行的標志，車輛如常地駛入。特大暴雨讓隧道的排水功能檢測、應急管理模塊停擺，京廣路隧道成為暴雨期間鄭州市積水最為嚴重的地段之一，造成巨大的人員及財產損失。至此之后，相較于從前對智慧隧道的熱捧，行業內外開始更為理性地看待這一熱點。在本屆中國高速公路信息化大會上，與會專家對此次災難造成的嚴重后果表示痛惜的同時，也指出行業內應該反思：智慧隧道的智行之路，應該如何走下去？

痛點

不解決“真問題”難有“真智慧”
在尋求智慧隧道的解題思路之前，應該先找到目前智慧隧道建設中的癥結所在。隨著部分智慧高速項目建設逐漸接近尾聲，各地也交出了自己的智慧隧道項目答卷。這些融合了云計算、大數據等新技術的智慧隧道為交通出行帶來改善的同時，在實際使用中也遇到一些問題。中咨泰克集團國內機電工程事業部總工夏長青對部分問題進行了總結。

• 智慧隧道在建設中存在只注重新技術、高端設備的使用，忽略設備的相融性、實用性。一些項目為了追求輿論噱頭，盲目堆砌高端設備、新興技術、系統平臺，忽略了需求導向和問題導向，部分設備和功能成為“雞肋”。
• 各子類系統處于各自分立、沒有整合的狀態，且未形成實時聯動。隧道場景中的設備極其復雜，包括照明、通風、指示標示、監控、檢測、消防等，盡管很多設備已實現智能化，但設備與設備之間產生的數據不能互聯、互通，難以支撐設備之間的智慧調控。
• 部分隧道系統保障體系的穩定性差，缺乏科學、合理、可操作性強的應急預案。在極端條件下，如供電、通信等基礎系統的穩定性無法保障，導致信息的采集、分析和傳輸無法實現，整個系統失去牢固地基，瞬間傾覆。 
• 行業缺少成熟的方案供推廣，還處于盲人摸象階段。盡管近年來不斷有建成案例，且各地建設方案也有趨同趨勢，但仍然缺少標準規范的指導，尚未形成可供全行業推廣的成熟方案。

智慧隧道在建設過程中出現的問題固然與軟硬件設備、所采用技術的局限性等客觀條件有關，但部分地區過度追求所謂的“智慧化建設”，忽視了隧道建管養實際需求的現實情況也廣被行業內外詬病。在項目上馬之前，關于智慧隧道的靈魂拷問值得深思：隧道在運營管理中有哪些常見問題需要解決？建設智慧隧道的目的是什么？ 
作為公路路網中監管難度最高的路段，隧道是公路場景中難啃的“黑盒子”。繁雜的機電設備加上特殊的環境因素，使得隧道建設需要解決多項難題，這也是智慧隧道建設的基礎需求所在。湖南省交通規劃勘察設計院有限公司智慧交通與數字技術設計研究院院長李永漢指出了隧道在建設中需要解決的部分痛點。

• 隧道與普通道路環境相比存在較大的差異。隧道環境構造比較特殊，處于狹長地帶，較為封閉，隧道內無應急車道、無白晝黑夜，這些特殊性對交通安全造成影響。
• 隧道內發生事故的嚴重程度高于普通路段。在運營管理中應更加注重對交通擁堵、隧道火災、違法變道、交通事故、行人入侵、車輛逆行、路面拋撒、停車占道、非機動車檢測等場景的高效預測與處置。
• 由于隧道內的業務場景復雜，存在“數據孤島”，各個數據離散化，難以支持高效決策。
• 隧道運營安全相關監管機制體系尚不完善，交安、監控等設施損壞后維護不及時。
• 目前隧道內人工巡查基本以事后特情處置為主，缺乏對洞內“兩客一危”重點車輛實時監控，無法實時識別交通風險及評估交通安全態勢采取對應措施。

作為傳統隧道的升級版，智慧隧道只有回歸初心，腳踏實地、因地制宜地解決上述隧道建管養過程中的痛點、難點，才能讓“智慧”二字不再懸浮于概念，找到智慧隧道真正的破題、解題思路，實現運行安全舒暢、出行便捷舒適、管理高效智能、道路綠色經濟的目標。

破題

問題導向下的新技術支撐
在厘清智慧隧道當下在建管養方面的實際需求及痛點、難點基礎上，智慧隧道的破題思路可以從智慧管控、智慧防災、低碳節能、智慧養護四大方向去思考。

智慧管控針對在隧道運營和管理過程中遇到的實際問題：積累了大量的設施、車輛、運行、管理、環境等信息，但對數據的開發和利用不夠；缺少主動安全預警與控制誘導的智能化手段，對異常事件發生時的交通組織與快速救援效率不高；交通事件只知關聯關系，不知因果，以及多系統孤島式運行，難協同等，湖南省交通科學研究院有限公司智慧交通事業部副總經理曹佳寶認為，可以通過采集前端設備數據進行融合計算分析，實現全天候、全要素隧道運行狀態監測，輔助管理人員及時掌握隧道運行狀況。根據隧道內實時交通狀態執行主動管控策略，注重事前主動預防，激發道路運能，提升應急處置能力，以達到隧道內的安全高效運營目的。
從車輛、斷面、路段、路網四個層級,在隧道內采用速度和諧、動態車道分配、極端天氣響應、動態車距誘導等手段進行安全管控，采取擁堵響應處置、匝道控制等手段進行效率管控，為管理方提供可視、可控、可處置的管理平臺，為出行者提供及時有效的信息服務。整合電子監控、事件檢測、照明控制、風機控制等九類機電設備系統。模擬系統可通過PLC控制各個子系統，制定多套隧道應急管控預案，包括隧道內車輛故障、隧道施工、隧道火災、危化品泄漏等應急管控預案。同時，對隧道監控、應急處置、安全監測、節能損耗、資產養護等全方位業務統一管理，打破各自系統之間的阻隔，實現數據和資源的有效整合、聯動、協調。通過隧道風險識別、風險主動管控、應急協同聯動、智慧管控平臺等實現安全、提質、穩流和均量的管控目標。

低碳節能

高速公路隧道的高能耗、尾氣排放造成的環境污染問題越來越受到運管部門的關注，而隧道的照明和通風是運營管理費用中最大的日常開支之一，也是智慧隧道實現低碳運營的關鍵。
隧道照明智慧調光系統是實現照明節能的方式之一。采用物聯網隨車調光方式，在保障安全的情況下實現對公路隧道照明系統“與車相隨”的按需自動照明控制，達到節能效果。采用“云-網-邊-端”技術架構，基于無線組網技術，將端側亮度、車檢、隧道事件、燈具監測等數據實時采集并傳輸至邊緣計算網關，進行多源數據融合分析，根據計算結果，調光設備漸次動態調節燈具亮度、色溫，實現隧道內按需照明的同時，也避免了“黑洞”“白洞”效應，達到“車來燈亮、車走燈暗、燈隨車走”的安全節能照明效果。隧道內的通風系統可通過數據采集、分析、聯動、報警、管理一體化系統，實現對尾氣排放等內部環境狀況、通風等進行實時監測；與風機進行聯動控制，實現隧道中廢氣含量過高時風機自動啟動通風；與煙感設備進行聯動預警，當發生火災等災害時及時調度救援力量到達現場。通過遙測、遙調、遙信、遙控、遙傳，實現精細化管理，節能降耗的同時，也可在災害發生時安全高效處置。此外，為打通各系統的關聯性，實現平臺一體化操作，還可通過高速公路隧道智能管控平臺，在監控系統中實現對照明、通風等各類機電設備的統一控制。招商局重慶交通科研設計院有限公司數字交通與智慧城市研究院成果轉化中心主任付立家介紹，通過平臺的專項管控系統可實現照明調光精細化、模塊化、智能化控制，隧道通風全場景、多參數、智能化控制，達到低碳綠色目標的同時也更加高效智能。

智慧防災隧道由于處于狹長密閉的空間環境，發生災害容易造成嚴重后果，因此遇到險情時的響應和處理效率成為應對災害的關鍵。
在發生火災險情時，隧道內煙霧擴散快但不易排出，引導疏散難度大，救援空間有限。通過綜合監控系統可利用煙感及多位監控設備，及時對隧道內部情況進行監測。通過車輛聯網監控對具有危險性的車輛進行定位。一旦出現險情，該路段立刻進行報警封閉，智能排煙系統自動啟動。同時啟動消防措施，通過觀察可視化大屏確定火災的大小，確定指派的救援車輛型號，配合外部救援行動形成雙重保障措施，有效縮短救援時間。對水災的預防與應對是高速公路隧道運營管理的薄弱環節。除應提高水災的預警和處置能力外，還應該提高防災減災設備自身的抗災能力和可靠性。設備、通信及電力線纜布設、電纜接頭，應綜合考慮提高抵御水災、火災及碰撞等因素影響的能力，除水位檢測傳感器外的機電設備均應布設于一定高度。水災、火災及交通事件檢測系統，與報警、交通控制系統的聯動、綜合控制功能，不能影響系統的獨立工作，隧道監測、控制系統應具備本地閉環控制和遠端控制功能。當應急事件發生后，通過多種方式（電子屏、隧道廣播、新媒體等）進行信息提示與誘導，并且聚焦發布效果與發布后的反饋。隧道結構的特殊性決定了在隧道建設和管理過程中，需要對可能發生的災害引起更高的重視。在智慧隧道的建設中，應杜絕概念炒作、錦上添花，明確哪些是在災害中最基礎、保命的設備和系統，夯實其根基，才能在面臨災害大考時化險為夷。

智慧養護隧道養護是隧道運營的重要板塊，直接影響隧道內通行質量和安全。中交第二公路勘察設計研究院有限公司交通公司副總經理王恩師介紹，近年來，部分隧道通過使用巡檢機器人解決養護過程中的人力成本高、作業效率低、隱蔽工程養護難、設備維護不及時等問題。
隧道巡檢機器人沿隧道拱頂或邊墻縱向布置軌道，根據軌道上固定標記結合機器人旋轉編碼器實現精確定位。將隧道襯砌按展平進行網格化區域劃分，并利用視覺相機，拍攝每一個網格內的隧道襯砌圖像，并基于機器學習算法實現自動識別和檢測襯砌裂縫、掉塊、滲漏水等表觀病害，及測量病害的形態特征參數，結合基于新的結構安全評價方法進行分級評價，完成結構安全評價。還可對路面上出現拋灑物、掉落物或路面發生積水等可能會影響行車安全的情況進行實時排查和提醒，對隧道內擁擠程度、堵點等交通狀況進行實時監控，實現隧道內高頻率、全覆蓋養護和監測。除從智慧管控、智慧防災、低碳節能、智慧養護四大方向出發，通過信息化技術解決智慧隧道的難點、痛點外，近年來飛速發展的新技術手段也為隧道智能化運營和管理提供了更廣闊的思路和途徑。

數字孿生以高精度地圖、三維建模與引擎和高精度授時服務為核心技術，采用“激光+視頻”“毫米波+視頻”“AI視頻”等技術路線，實現隧道內車輛、設備、環境等各系統及設備的統一接入管理，并以3D效果呈現。對隧道內所有機電設施、智能感知設備進行可視化監管,實時監測設備運行狀態,根據隧道內通風、照明需求遠程控制設備狀態。同時,基于設備運行監測數據進行節能管控。
廣東省交通規劃設計研究院機電與智慧交通所所長關小杰認為，通過數字孿生技術，可解決以往隧道內人工巡視為主，無法保證全天候尤其是凌晨時段的工作狀態；視頻事件檢測為輔助手段時，存在精度低、誤報率高、誤報次數多的現狀，需要人工反復確認，難以達到全類型事件精準檢測要求；洞內“兩客一危”重點車輛無法實時監控，交通風險無法實時識別，交通安全態勢無法評估并采取對應措施等多種隧道運營管理難點。

AI感知技術以雷視融合、AI學習、大數據等核心技術為基礎，通過大量真實樣本訓練，讓AI感知系統達到應用級別。同時融合GMM、Yolo和ResNet等思想設計深度網絡檢測目標物體，對目標進行分類和定位，結合交通流模型等交通行業相關技術，有效進行交通事件及交通流檢測。廣州國交潤萬交通信息有限公司研發總監劉電指出，AI感知技術可解決隧道內遠端小目標識別和跟蹤效果差、車輛被部分或者完全遮擋后容易跟蹤失敗、目標檢測因飄框問題影響車輛跟蹤等實際問題，實現隧道智能化監測、預警預防重大交通事故、交通態勢感知的目標，全面保障隧道安全運營。

多重感知功能與無間隙監測通過全方位覆蓋的毫米波雷達、高清攝像及光柵傳感器等智慧設施，對包括隧道在內的高速全路段實現無間隙監測，對人、車、環境精準感知，對異常停車、大霧天氣等交通異常事件進行識別、智能決策和精準發布。交通運輸部路網監測與應急處置中心處長郝盛介紹，通過以上方式，可實現隧道內的智慧運維、智慧照明、智慧管控、智慧收費等多項功能，智慧燈桿集成的氣象雷達功能則可自動調節路燈開閉。

ETC技術郝盛處長同時指出，通過ETC多波束雷達、大數據以及人工智能技術對在隧道通行的車輛進行畫像，對高危車輛進入隧道通行實施事前管控、全過程監控、事后快速反應及時處置的標準化操作流程，可提高隧道的安全通行水平，有力保障隧道交通安全。

解題

實踐中尋求多種解法
隨著智慧高速公路建設的不斷推進，行業企業也在持續嘗試采用新技術、新手段來實現隧道營運和管理真正意義上的智能化、信息化，越來越多的解決方案為智慧隧道的前行之路提供了不同的解題思路。
華為與江西交投開展深化戰略合作后發布智慧隧道解決方案方案依托鴻蒙操作系統、云端控制平臺等信息技術，對隧道內所有設備及其子系統進行監測和控制，幫助隧道運管人員遠程實時掌控隧道運行情況，解決傳統隧道存在“啞”設備多、狀態識別困難、安裝施工維護復雜及巡檢難度大等弊端。拓維信息聯合中南交科共同發布“開源鴻蒙智慧隧道解決方案”方案基于開源鴻蒙的智慧隧道建設，致力于打造一個開放、可持續的產業生態，通過軟件定義硬件，最終促進高速機電終端設備的智能化升級。阿里云與蜀道集團合作，為峨漢智慧高速提供數字技術解決方案該項目是四川省內在建高速中橋隧比最高、安全風險極大的山區高速公路。通過云計算、人工智能、智能感知、高精度定位、車道級導航等技術的運用，實現全線隧道、橋梁、高邊坡等全場景智能化覆蓋以及車路協同、智慧隧道控制系統的數據融合與協同應用。與此同時，一批極具借鑒和參考價值的智慧隧道相繼建成。這些項目根據自身的實際情況采用不同的技術手段，作為探路者，為后續智慧隧道的規劃和建設提供了寶貴的經驗。

太湖隧道：新技術手段為國內最長湖底隧道護航太湖隧道位于蘇錫常南部高速公路常州至無錫段，全長10.79公里，為雙洞雙向六車道，是目前國內最長的湖底隧道。隧道結合5G、北斗精確定位、光纖檢測、多目標雷達跟蹤、光譜檢測、大數據分析等技術，采用視覺疲勞喚醒系統、交通事件檢測及預警系統、智能無極調光照明系統和隧道通風運營節能系統等，目標建設“安全、智能、綠色、舒適”的智慧隧道。

杭紹臺高速公路隧道：將“智慧隧道”列為智慧高速核心的四大特色場景之一杭紹臺高速規劃全長約162公里，是連接杭州灣通道的南北向交通大動脈。項目重點推進智慧隧道、智慧服務區、準全天候通行、車路協同四個特色場景建設。針對項目路段高達80.3%的橋隧比，高速主線布設近2000臺攝像機，應用AI識別系統替代人工巡檢，異常事件秒級發現、聯動處置，自動識別率達97%以上，實現對風險、事故苗頭的超前預控；依托安裝隧道應急逃生“智能誘導指示系統”，突發事件發現率從“分”級提升到“秒”級，實現隧道全覆蓋式智能誘導；項目引入智慧照明，實現隧道自動調光和六種燈帶模式切換，緩解隧道內行駛的視覺疲勞，提高駕駛體驗感。延崇高速公路隧道：智能巡檢機器人多角度保障隧道安全延崇高速是連通北京冬奧會延慶賽區和張家口賽區的公路主通道，是交通運輸部智慧公路試點項目。為保障隧道安全，延崇高速金家莊螺旋隧道采用公路巡檢機器人實時采集隧道內環境和交通運行情況，并對信息進行分析預測，為高速公路隧道應急救援提供技術支撐。公路巡檢機器人配備高清視頻監控系統、3D激光雷達掃描模塊、測溫型熱成像模塊、紅紫外復合型火焰探測模塊、溫濕度及有毒有害氣體檢測模塊，實現隧道內全方位無死角監控覆蓋，在巡檢時對路面異物、火災隱患進行識別，對隧道內物體溫度、環境溫濕度、氧氣及有毒有害氣體濃度進行測量。

結語

智慧高速建設風口下，高速公路隧道的“智慧”升級已成為必然發展趨勢，智慧隧道的建設熱潮仍將持續。在我們為一個個智慧隧道的建成喝彩時，也應理性地看到，智慧隧道作為新事物，還需經過一個曲折的探索過程。在建設熱潮下，客觀地總結實際使用中遇到的問題和痛點，采用新的技術手段以需求和問題為導向而非概念導向，明確服務于人民群眾安全出行的建設初衷，才能找到智慧隧道的“破冰之法”，讓高速公路隧道的“智慧之火”在各地點亮。

來源：張華彬 中國交通信息化 2022年第9期 。