智慧高速公路隧道誘導知識庫系統建設與研究

段海澎　韓紀紅　凌浩　葉勇

摘要：面臨著日趨復雜的公路路況，結合公路隧道在交通工程方面的特點，對于能夠及時發現隧道內異常情況，以及對發生事件迅速開展處理和救援工作的要求越來越高，對因信息共享不充分、無有效業務處理閉環而導致無法積累價值信息等問題的解決越來越迫切。結合隧道內部自動化監控設施，建立以專家誘導知識庫為輔助手段的智慧高速公路隧道誘導系統，能夠幫助管理部門整合信息資源，為迅速制定應急解決方案提供有價值的參考依據。

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.

關鍵詞：隧道;誘導;知識庫;信息系統

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

中圖分類號：U491.116? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0195-03

0? 引言

隨著高速公路路況日趨復雜，人們需要有關部門能夠及時提供道路交通信息和相應的交通誘導信息，以便行駛安全及線路規劃的需要。目前，我國隧道的交通管理模式基本上依賴于人為實現管理和控制工作，雖然相關部門已逐漸建立各種信息化業務系統，但各系統之間仍存在信息孤島現象，未形成一個有效的信息分享和處理閉環。當緊急事件發生時，無法自動處理或給管理者提供一套或幾套有效的應急管理方案，決策者無法獲得有價值的理論依據，只能根據個人經驗進行分析判斷，無法實現“智慧”的目標。因此，智慧高速公路知識庫的智能信息系統建設與研究具有理論價值和實用價值。

1? 誘導知識庫原理

誘導知識庫是一系列針對已發生事件的歷史誘導方案的結構化經驗總結，并且通過方案實施后的實際效果，對知識庫中的歷史方案進行分析評價，實現方案的不斷優化。誘導知識庫是根據實際交通狀態及事件信息，結合隧道自身工程設計情況，選擇不同誘導控制策略和誘導控制模式的組合方案，通過調整交通和道路參數，達到誘導目的，提高行車安全和交通效率，降低事故發生率。（圖1）

1.1 誘導控制與策略

主要的誘導策略可歸納為三種：隧道入口控制（包括入口調節、入口關閉）、可變速度控制、車道使用控制（包括車道關閉控制、可逆車道變向控制）。這三種誘導與控制策略可單獨使用，也可因實際情況進行組合使用。

1.2 誘導與控制模式

隧道在運營過程中，當發生事件時，為進行有效的交通疏導和管制，道路使用情況可能需要在不同的交通管理模式（主要針對車道控制管理模式）之間進行切換，達到誘導隧道內外車輛的目的。

針對單個車道的控制模式分為正向開放、反向開放、關閉三種。誘導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際問題而導致執行不合理的組合）。各工程因設計情況的不同，其誘導與控制模式均有所差異。

1.3 不同狀態下的交通誘導與控制

隧洞交通狀態分為正常運營狀態、擁擠/阻塞狀態（該狀態可根據隧道運營情況及工程設計情況進行等級細化）、交通事故狀態（該狀態可根據事故情況進行等級細化）、火災事故狀態。根據歷史發生事件總結不同狀態下交通誘導與控制策略和交通誘導模式的組合方案。

1.4 誘導知識庫

根據歷史發生事件所總結的不同交通運營狀態及對應的交通誘導方案和誘導信息，形成結構化知識，進而建立隧道交通誘導知識庫。

誘導方案的推理及生成則根據實際發生的事件信息，結合已有的誘導知識庫信息，進而判定該事件所使用的誘導方案及誘導信息。

2? 系統設計

2.1 設計思路

智慧高速公路隧道誘導系統首先將前端檢測設備檢測到的視頻圖像信息、道路環境信息、氣象信息進行信息采集;再根據實時信息一方面根據視頻圖像進行事件自動檢測，另一方面針對惡劣交通天氣、CO濃度超標、能見度低等異常環境情況進行監控，并結合誘導知識庫進行誘導方案推理;最終將生成的誘導方案通過設備進行可視化展示，為出行人提供交通誘導提示。（圖2）

總結為信息獲取、誘導信息生成、誘導信息發布三個步驟。

①信息獲取。由于誘導系統必須能夠非常清楚的了解道路運行狀態，如路段、氣象、道路環境、異常事件等信息，才能形成符合實際狀況的誘導方案。

②誘導信息生成。根據歷史發生事件信息以及相應的應急解決方案，建立交通誘導知識庫。系統根據實時監測信息，對誘導知識庫中信息進行評價，自動優化誘導方案，同時，建立交通流預測知識庫，對未來交通流進行推理預測，并結合交通誘導知識庫，推理出有參考價值的交通誘導方案及誘導信息。

③誘導信息發布。通過誘導信息發布接口，將信息發布至前方信息發布屏、可變情報板等外場設備，為出行者提供及時、有效的誘導信息服務。

2.2 系統架構

智慧高速公路隧道誘導系統總體架構分為設備層、接入層、數據層、服務層、支撐層、應用層六個層級，如圖3所示。

設備層主要包括視頻監控、傳感器、情報板、信號燈等其他場外設備，用于進行視頻圖像信息獲取、氣象檢測、能見度檢測、環境檢測，以及誘導相關信息發布。

網絡層提供對底層設備的接入，接入方式包括互聯網、3G/4G/5G、通信專網。

接入層主要提供適配協議，將各設備統一接入，并便于標準化管理。

數據層通過接入層將視頻及事件、傳感器數據等信息保存至服務器或者數據庫，并提供對系統的權限、日志的管理，提高系統安全性。主要包括實時數據庫、視頻數據庫、業務數據庫、誘導知識庫、地理數據庫。

支撐層包括事件觸發機制、事件檢測機制、誘導模型、預測模型等服務，是構建核心應用系統的基礎。

應用層主要為用戶提供PC端/APP端相關可視化信息服務功能，包括設備管理、事件管理、監測信息管理、誘導方案管理以及系統管理。

2.3 功能設計

智慧高速公路隧道誘導信息系統具備設備統一標準化管理、事件統一精細化管理、方案統一規范化管理等應用功能，同時接入運行監測平臺、視頻監控與應急指揮平臺。（圖4）

①設備管理。設備管理主要用于將所有接入的檢測設備進行標準化統一管理，包括前端監測設備和外場設備。由于設備的運行狀態可能會影響到誘導方案初始數據的準確性及信息發出的可行性，因此將設備進行統一標準化管理，幫助用戶及時了解設備運行狀態，提高所生成誘導方案的準確性。

②事件管理。針對檢測到的事件信息和人工上報事件進行綜合信息維護管理。針對檢測到的事件進行及時報警，并對事件進行嚴重程度判定。經過一定量的信息積累后，可對易發事故段進行重點管理和事件預測。

③監測信息管理。監測信息管理主要包括以GIS地圖形式展示各路段的設備運行情況、路段事件的功能模塊，以及對氣象、道路環境監測的實時數據及歷史數據的統一管理功能模塊，為交通智能誘導提供數據基礎。

④誘導方案管理。方案管理主要用于對基于誘導知識庫所產生的一系列事件誘導方案進行操作和管理，以及實際誘導方案管理、誘導方案知識庫相關規則配置管理。事件發生后，通過系統的事件觸發機制，根據誘導方案知識庫及實際交通狀態信息，自動生成誘導方案。對所生成的誘導方案信息，根據事件的嚴重程度，進行信息自動發布或進行人工干預操作。

⑤系統管理。系統管理用于用戶賬號、組織機構、角色及菜單權限管理，還包括系統日志記錄、相關配置等信息管理。

⑥相關平臺接入。系統可與運行監測平臺等相關平臺進行對接，實現各平臺種的信息交換，保證平臺之間信息充分共享。

3? 結語

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急解決方案，只有將這些經驗知識結構化，提高信息之間的關聯度，并進行充分合理地利用，才能夠為公路管理者提供有效輔助決策的信息，同時也為后續高速公路建設提供更加具有參考價值的依據。

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