段海澎　韩纪红　凌浩　叶勇

摘要：面临着日趋复杂的公路路况，结合公路隧道在交通工程方面的特点，对于能够及时发现隧道内异常情况，以及对发生事件迅速开展处理和救援工作的要求越来越高，对因信息共享不充分、无有效业务处理闭环而导致无法积累价值信息等问题的解决越来越迫切。结合隧道内部自动化监控设施，建立以专家诱导知识库为辅助手段的智慧高速公路隧道诱导系统，能够帮助管理部门整合信息资源，为迅速制定应急解决方案提供有价值的参考依据。

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.

關键词：隧道;诱导;知识库;信息系统

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

中图分类号：U491.116                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）33-0195-03

0  引言

随着高速公路路况日趋复杂，人们需要有关部门能够及时提供道路交通信息和相应的交通诱导信息，以便行驶安全及线路规划的需要。目前，我国隧道的交通管理模式基本上依赖于人为实现管理和控制工作，虽然相关部门已逐渐建立各种信息化业务系统，但各系统之间仍存在信息孤岛现象，未形成一个有效的信息分享和处理闭环。当紧急事件发生时，无法自动处理或给管理者提供一套或几套有效的应急管理方案，决策者无法获得有价值的理论依据，只能根据个人经验进行分析判断，无法实现“智慧”的目标。因此，智慧高速公路知识库的智能信息系统建设与研究具有理论价值和实用价值。

1  诱导知识库原理

诱导知识库是一系列针对已发生事件的历史诱导方案的结构化经验总结，并且通过方案实施后的实际效果，对知识库中的历史方案进行分析评价，实现方案的不断优化。诱导知识库是根据实际交通状态及事件信息，结合隧道自身工程设计情况，选择不同诱导控制策略和诱导控制模式的组合方案，通过调整交通和道路参数，达到诱导目的，提高行车安全和交通效率，降低事故发生率。（图1）

1.1 诱导控制与策略

主要的诱导策略可归纳为三种：隧道入口控制（包括入口调节、入口关闭）、可变速度控制、车道使用控制（包括车道关闭控制、可逆车道变向控制）。这三种诱导与控制策略可单独使用，也可因实际情况进行组合使用。

1.2 诱导与控制模式

隧道在运营过程中，当发生事件时，为进行有效的交通疏导和管制，道路使用情况可能需要在不同的交通管理模式（主要针对车道控制管理模式）之间进行切换，达到诱导隧道内外车辆的目的。

针对单个车道的控制模式分为正向开放、反向开放、关闭三种。诱导与控制模式即所有车道控制模式的排列组合（排除因考虑车道行驶方向等实际问题而导致执行不合理的组合）。各工程因设计情况的不同，其诱导与控制模式均有所差异。

1.3 不同状态下的交通诱导与控制

隧洞交通状态分为正常运营状态、拥挤/阻塞状态（该状态可根据隧道运营情况及工程设计情况进行等级细化）、交通事故状态（该状态可根据事故情况进行等级细化）、火灾事故状态。根据历史发生事件总结不同状态下交通诱导与控制策略和交通诱导模式的组合方案。

1.4 诱导知识库

根据历史发生事件所总结的不同交通运营状态及对应的交通诱导方案和诱导信息，形成结构化知识，进而建立隧道交通诱导知识库。

诱导方案的推理及生成则根据实际发生的事件信息，结合已有的诱导知识库信息，进而判定该事件所使用的诱导方案及诱导信息。

2  系统设计

2.1 设计思路

智慧高速公路隧道诱导系统首先将前端检测设备检测到的视频图像信息、道路环境信息、气象信息进行信息采集;再根据实时信息一方面根据視频图像进行事件自动检测，另一方面针对恶劣交通天气、CO浓度超标、能见度低等异常环境情况进行监控，并结合诱导知识库进行诱导方案推理;最终将生成的诱导方案通过设备进行可视化展示，为出行人提供交通诱导提示。（图2）

总结为信息获取、诱导信息生成、诱导信息发布三个步骤。

①信息获取。由于诱导系统必须能够非常清楚的了解道路运行状态，如路段、气象、道路环境、异常事件等信息，才能形成符合实际状况的诱导方案。

②诱导信息生成。根据历史发生事件信息以及相应的应急解决方案，建立交通诱导知识库。系统根据实时监测信息，对诱导知识库中信息进行评价，自动优化诱导方案，同时，建立交通流预测知识库，对未来交通流进行推理预测，并结合交通诱导知识库，推理出有参考价值的交通诱导方案及诱导信息。

③诱导信息发布。通过诱导信息发布接口，将信息发布至前方信息发布屏、可变情报板等外场设备，为出行者提供及时、有效的诱导信息服务。

2.2 系统架构

智慧高速公路隧道诱导系统总体架构分为设备层、接入层、数据层、服务层、支撑层、应用层六个层级，如图3所示。

设备层主要包括视频监控、传感器、情报板、信号灯等其他场外设备，用于进行视频图像信息获取、气象检测、能见度检测、环境检测，以及诱导相关信息发布。

网络层提供对底层设备的接入，接入方式包括互联网、3G/4G/5G、通信专网。

接入层主要提供适配协议，将各设备统一接入，并便于标准化管理。

数据层通过接入层将视频及事件、传感器数据等信息保存至服务器或者数据库，并提供对系统的权限、日志的管理，提高系统安全性。主要包括实时数据库、视频数据库、业务数据库、诱导知识库、地理数据库。

支撑层包括事件触发机制、事件检测机制、诱导模型、预测模型等服务，是构建核心应用系统的基础。

应用层主要为用户提供PC端/APP端相关可视化信息服务功能，包括设备管理、事件管理、监测信息管理、诱导方案管理以及系统管理。

2.3 功能设计

智慧高速公路隧道诱导信息系统具备设备统一标准化管理、事件统一精细化管理、方案统一规范化管理等应用功能，同时接入运行监测平台、视频监控与应急指挥平台。（图4）

①设备管理。设备管理主要用于将所有接入的检测设备进行标准化统一管理，包括前端监测设备和外场设备。由于设备的运行状态可能会影响到诱导方案初始数据的准确性及信息发出的可行性，因此将设备进行统一标准化管理，帮助用户及时了解设备运行状态，提高所生成诱导方案的准确性。

②事件管理。针对检测到的事件信息和人工上报事件进行综合信息维护管理。针对检测到的事件进行及时报警，并对事件进行严重程度判定。经过一定量的信息积累后，可对易发事故段进行重点管理和事件预测。

③监测信息管理。监测信息管理主要包括以GIS地图形式展示各路段的设备运行情况、路段事件的功能模块，以及对气象、道路环境监测的实时数据及历史数据的统一管理功能模块，为交通智能诱导提供数据基础。

④诱导方案管理。方案管理主要用于对基于诱导知识库所产生的一系列事件诱导方案进行操作和管理，以及实际诱导方案管理、诱导方案知识库相关规则配置管理。事件发生后，通过系统的事件触发机制，根据诱导方案知识库及实际交通状态信息，自动生成诱导方案。对所生成的诱导方案信息，根据事件的严重程度，进行信息自动发布或进行人工干预操作。

⑤系统管理。系统管理用于用户账号、组织机构、角色及菜单权限管理，还包括系统日志记录、相关配置等信息管理。

⑥相关平台接入。系统可与运行监测平台等相关平台进行对接，实现各平台种的信息交换，保证平台之间信息充分共享。

3  结语

高速公路隧道事故处理过程中，各路段公路管理部门已积累了很多应急解决方案，只有将这些经验知识结构化，提高信息之间的关联度，并进行充分合理地利用，才能够为公路管理者提供有效辅助决策的信息，同时也为后续高速公路建设提供更加具有参考价值的依据。

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