万集周浩博士：5大核心优势构建智慧高速数字隧道
随着我国高速公路事业的快速发展,隧道作为高速公路的重要场景之一也在不断增多，由于隧道结构复杂、空间密闭、视野狭窄，其运行安全和精细管理已成为新的研究课题。在陕西西安召开的（WTC2021）世界交通运输工程技术论坛上，万集科技北京研究院副院长、智能网联总工程师周浩博士就构建数字化隧道发表主题演讲。
他表示，“隧道安全事故是高速公路的痛点问题，基于全息感知智慧基站、厘米级高精度地图、真实场景三维建模、车辆特征智能匹配，我们实现了隧道的数字化重构”。在万集隧道综合管控平台中，每一辆车不是一些RGB像素点，而是结构化的特征数据，使得系统能自动识别隧道内有多少辆车，每一辆车在哪里，它的运动行为是否正常，有没有发生交通事故。
“万集数字隧道方案具有精准重构、全域感知、全面互联、深度整合、智慧服务5方面核心优势，可以为一路三方提供优质的管理服务，为出行者提供高品质的出行服务。”当天，周浩就解决隧道安全事故的预防、监控和应急处置问题，介绍了隧道运行期运营管理与出行服务的数字化重构解决方案。
以下是周浩博士演讲全文：
尊敬的李院士，各位专家，各位来宾：大家下午好！
我将介绍一种面向隧道运行期运营管理与出行服务的数字化重构解决方案，重点解决隧道安全事故的预防、监控和应急处置问题。我的介绍包括四个部分，分别是行业背景与需求分析、隧道数字化重构技术方案、隧道运营管理与出行服务以及应用案例。
隧道安全事故是高速公路的痛点问题，由于隧道结构复杂，内部路基宽度相对狭窄、空间密闭性强、视野范围小、能见度低，行车环境较复杂，极易发生交通事故，并且管理难度较高。隧道的运营管理与出行服务主要围绕隧道安全事故的预防、发现及处置展开，下面我将对隧道的运营管理和出行服务的现状及提升需求进行分析。
首先，需要加强隧道监管力度，提升运营管理效率。目前，隧道安全监控主要依靠视频，从感知能力来说，视频检测的准确性和实时性无法满足实际使用需求，且无法精准定位事件位置。因此，隧道监控中心通常采用人工方式对监控视频进行巡检，由于人的注意力有限，使得事件往往发现不及时，容易延误应急处置时机。因此，在隧道监管方面，我们需要强化感知技术，实现车辆运行状态和隧道运行状况的一张图式全域自动监控，提升事件检测的准确率和实时性。
第二，需要提升应急处置效率，减少二次事故。应急处置的有效性取决于事件发现与预警的及时性、决策链路的畅通性、决策依据的充分性、处置措施的执行效率。在实际处置过程中，存在事件发现与预警不及时、多级上报导致决策链路长、系统分散使得决策依据不充分并且执行起来联动困难的问题。因此，在应急处置方面，我们需要及时发现事件并预警、打通一路三方、通过系统联动获取充分的决策依据并提升处置措施执行效率。
第三，需要提升出行服务品质，保障安全畅通出行。出行服务的品质主要在于服务信息的丰富性与及时性，以及发布手段的针对性与可达性。视频监控与人工操作的局限性无法保障服务信息的丰富性与及时性，依靠车道指示灯、可变情报板、广播和警示灯等传统发布手段，使发布信息的针对性和可达性存在不足。因此，在出行服务方面，我们需要丰富出行服务内容，细化服务信息，保证服务信息的实时性与可触达性。
最后，需要增强车路协同服务，赋能自动驾驶。高速公路是最容易实现自动驾驶的场景之一，但是隧道给自动驾驶在高速公路上的落地带来了挑战：一方面，自动驾驶车辆在隧道内无法通过GNSS获取定位信息，不能匹配高精度地图来获取道路信息；两一方面，隧道内部道路封闭，感知视距受限，且黑白洞效应及大量金属构建和标牌影响摄像头和毫米波雷达感知能力。因此，在车路协同方面，我们希望能为自动驾驶车辆提供厘米级高精度定位，并通过感知共享提供超远视距和非视距的环境信息。
基于以上行业现状和需求分析，万集提出了一种基于全息感知智慧基站、厘米级高精度地图、真实场景三维建模的隧道数字化重构解决方案，下面介绍技术实现形式。
首先通过总体架构介绍我们的整体实现思路。
在设备层，我们建立一套多源融合感知体系，其核心在于，我们引入了多线激光雷达，使道路和自动驾驶车辆一样，具备车辆和行人的厘米级定位和跟踪能力，在车辆运动状态精确掌控的情况下，实现异常车辆行为和碰撞事故的准确、实时检测。
在通信层，我们在传统的通信网络基础上，增加了V2X直连通信网络，这里不做重点介绍。
在数据层，我们建立了一个共性基础数据中台，中台遵循统一时间基准和空间基准。在时空基准统一的基础上，将原始感知数据转化为结构化特征数据，实现物理世界到数字世界的映射，完成隧道的数字化重构。
在平台层，我们基于三维场景真实建模，将重构结果进行可视化呈现，实现隧道的全域自动监控，能够在一张图中对隧道的整体运行情况进行监测。此外，还有研判分析、防灾减灾、智能控制、数字运维、车路协同五个子系统，通过隧道综合管控平台赋能运营管理和出行服务。
下面分别对设备层、数据层、平台层进行介绍。
设备层包括隧道场端建设和隧道机房建设。隧道场端建设的核心内容是隧道内用于厘米级高精度定位的智慧基站，智慧基站由路侧专用全向激光雷达和摄像头组成，感知数据通过光纤接入到机房内，通过边缘云进行实时计算处理。
其次是入口门架建设，我们通过AI相机识别车辆身份信息，与智慧基站获取的目标运动状态实现绑定。此外，还建设有用于交通管控和信息发布的车道指示灯、可变信息屏、定向音设备和V2X路侧通信终端。
在总体架构中，我们提到，高精度地图是系统的重要组成部分，我们提供一种高精度、低成本的采图方案，制作的高精度地图可以用于道路环境信息提供、道路资产管理与养护，并且是隧道多源感知系统的空间基准，实现坐标系统统一。
另外，我们还根据获取的隧道结构、机电设施、车辆、事件的结构化特征数据，通过三维建模将其可视化呈现，使隧道的多视角运行监测成为可能。
基于全息感知智慧基站、厘米级高精度地图、真实场景三维建模、车辆特征智能匹配，我们实现了隧道的数字化重构，这里显示的是可视化运行监测的效果。每一辆进入隧道的车辆，它实时的位置和运行状态都能被实时监控，基于这种能力，我们实现了隧道的一张图式全域自动监控，在这个监控系统中，每一辆车不是一些RGB像素点，而是结构化的特征数据，使得系统能自动识别隧道内有多少辆车，每一辆车在哪里，它的运动行为是否正常，有没有发生交通事故。
隧道综合管控平台中，可视化运行监测只是其中一个子系统，还有用于隧道数据统计和预测的研判分析系统、应急处置的防灾减灾系统、联动控制的智能控制系统、以及管理资产的数字运维系统。
接下来，我将重点介绍基于数字隧道在运行监测、精准管控、应急处置和出行服务四个方面的功能。
在数字中台中，我们已经介绍了隧道的一张图式全域自动监控功能，实际上，隧道的全域运行监控还体现在隧道入口检测、车辆全域监控以及事件检测与预警等几个方面。在隧道入口处，通过AI相机，将车辆的身份信息（类别、车型、车牌等）与智慧基站获取的车辆运动信息（位置、速度、航向角等）实现绑定，可以实现车型分类、两客一危车辆识别、行人闯入识别等功能，为精准管控提供决策依据。
数字隧道最核心的能力在于，我们可以实现每一辆车从进入隧道到离开隧道的整个过程中的厘米级定位与跟踪，这是实现其他业务功能的基础。基于这一能力，我们可以实现对两客一危车辆的全过程管控，并且可以基于车辆的位置来投放有针对性的管控和引导信息，提升管控措施和出行服务的针对性。
在背景和需求部分我们分析过事件检测的准确性和实时性的重要性，数字隧道可以基于基于车辆的微观运动行为，实现车辆异常行为与碰撞事故的检测，检测的实时性和精度都是传统技术手段无法比拟的。
在事件预警同时，还可以定位事件位置，可对事件成因进行分析，并提供事故现场交通状态。隧道数字化可以为隧道的精准管控提供可靠的决策依据，减少安全事故发生的可能性，比如：
对车辆的连续定位和跟踪能力，可以指导管控信息的精准投送；对车辆异常行为的识别与统计，可以建立车辆黑名单，实现频繁违规车辆的定向管控；对交通运行状态的检测能力，可以支持入口的动态限速提醒；基于车型识别结果，可以实现客货分流管控等等
此外，数字中台作为基础共性数据平台，具备标准的API接口，可以接入照明、通风、车道指示灯、情报板、环境监测等系统数据，实现隧道各系统的打通，便于统一管理和联动控制。
前面讲了数字隧道如何发现事故和如何预防事故，接下来谈一下数字隧道在事故发生后的应急处事过程中的作用。应急处置的顺序是事故接警、事故研判、启动应急预案、应急协同、处置措施下发、应急救援，数字隧道准确实时的事件检测能力可以有效缩短事故接警时间，并且通过运行监测子系统和研判分析子系统，可以为事故研判提供详实的支撑依据。
在启动应急预案后，可以利用打通了各系统的智能控制系统，实现处置措施的联动执行，如信号指示灯切换、可变情报板信息更改、通风系统、消防水泵系统、防火卷帘门等等，提高处置措施执行效率，减少二次事故发生的可能性。
最后，数字隧道可以提供全方位伴随式服务。
全方位的意思是，数字隧道能获取并提供出行者关心的隧道全方位状况，包括事件信息、施工信息、路况信息、限速控制等等；伴随式的意思是，数字隧道能根据车辆的位置，通过丰富的信息发布形式，为出行者提供定向的信息指引，过滤不相关信息。此外，针对自动驾驶车辆，数字隧道可以提供厘米级定位服务和微秒级授时服务。
总的来讲，数字隧道的亮点体现在五个方面，分别是精准重构、全域感知、全面互联、深度整合、智慧服务，可以为一路三方提供优质的管理服务，为出行者提供高品质的出行服务。
最后介绍一下万集的两个数字隧道应用案例。
万集实施的第一条数字隧道是广州广明高速祈福隧道，这段隧道全长1800米，共有3条车道，高峰日均车流量达到41000辆，我们从今年1月份开始实施，由于春运的关系，3月份实施完毕。主要完成了隧道的全域运行监测和隧道机电系统的关联接入。根据三个月的使用反馈，隧道的监控效率显著提高，事件检测效果有明显的提升。
万集近期与长安大学、陕高检测联合对秦岭一号隧道改造，路段是陕西省交通强国试点项目《秦岭隧道安全防控体系建设》的一部分，该隧道全长6500米，我们建设的是隧道最危险的1500米入口路段，利用两个月时间完成一期交付。
万集希望与业内同仁开放合作，共同打造安全、畅通、舒适的隧道出行环境。
谢谢！
