★拓維信息系統股份有限公司

 1　目標和概述 

 1.1　行業(yè)挑戰 

  飛速發(fā)展的基建建設，給公路隧道運營(yíng)安全管理工作帶來(lái)了巨大的壓力和嚴峻的挑戰。伴隨著(zhù)我國公路隧 道建設的逐年推進(jìn)和公路運力需求的快速增加，國家相 關(guān)部門(mén)提出推進(jìn)智慧隧道基礎設施建設，逐步實(shí)現我國 公路隧道智能化、信息化、集成化、綠色節能化是智慧 交通發(fā)展的關(guān)鍵。

 作為公路路網(wǎng)中監管難度最高的路段，隧道是公路 場(chǎng)景中最為難啃的“黑盒子”。繁雜的機電設備加上特 殊的環(huán)境因素，要實(shí)現傳統隧道的數字化轉型升級，推 動(dòng)先進(jìn)信息技術(shù)對隧道基礎設施建設的賦能，當前還面 臨著(zhù)多個(gè)難題亟待解決： 

（1）數據煙囪叢生，各設備之間難“溝通”，大 量硬件設備鋪設感而不知 

隧道場(chǎng)景中的設備極其復雜，面臨著(zhù)設備接口不 一、軟件協(xié)議不一等問(wèn)題；雖然有照明、標示指示燈、 監控、煙感、霧感等設備，但是無(wú)法做到數據實(shí)時(shí)監 測、回傳以及遠程控制設備。設備與設備之間產(chǎn)生的數 據不能互聯(lián)、互通，難以支撐設備之間的智慧調控。 

（2）狀態(tài)感知缺失，難以掌握實(shí)時(shí)詳情 

隧道機電系統中設備種類(lèi)眾多，多數通過(guò)傳統的 PLC架構實(shí)現對單一設備的控制，對機電設備狀態(tài)的實(shí) 時(shí)感知卻無(wú)能為力。設備狀態(tài)無(wú)法實(shí)時(shí)掌握，使得隧道 內的設備隱患發(fā)現難、解決難，甚至影響對隧道內車(chē)輛 運行狀態(tài)、異常事件的實(shí)時(shí)掌握與管控。 

（3）設備部署復雜，智慧升級難以進(jìn)行 

傳統隧道設備大小不一、規格不一、功能不一，使 得隧道設備智能化成本高、難度大。 

（4）業(yè)務(wù)協(xié)同依賴(lài)線(xiàn)下組織完成 

通過(guò)線(xiàn)下電話(huà)或人工巡檢方式獲取事件報警信息、 事件通知和完成處置，高度依賴(lài)現場(chǎng)人員的專(zhuān)業(yè)程度。 

1.2　方案目標

 以全棧國產(chǎn)自主可控助推交通數字化基建，助力公 路隧道智能化、信息化、集成化、綠色節能化發(fā)展，將 開(kāi)源鴻蒙新技術(shù)作為抓手，結合物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、AI 人工智能和大數據等其他新技術(shù)，基于“云-網(wǎng)-邊-端” 架構，建設智慧隧道一體化綜合管控平臺，圍繞安全保 障、設備運維管控、應急調度指揮、低碳節能等需求， 發(fā)揮云端資源優(yōu)勢和邊緣端靈活性的特點(diǎn)，構建隧道業(yè) 務(wù)云端下發(fā)、邊緣快速部署和終端設備標準化接入能 力，實(shí)現隧道全要素的實(shí)時(shí)感知、全設備的快速接入與 管控、各業(yè)務(wù)系統的統一部署和維護、單體隧道的快速 個(gè)性化接入和多級集中管控，全面提升隧道的安全性、 便捷性和智能化水平，用數字驅動(dòng)打造“安全、高效、 綠色、創(chuàng )新”的智慧交通示范樣板。夯實(shí)“開(kāi)源鴻蒙+ 鯤鵬+昇騰AI”等國產(chǎn)技術(shù)基座，不斷融合大數據、邊 緣計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)能力，以全棧國產(chǎn)自主可控助推 交通“新基建”。同時(shí)聚合上下游產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)聚集，開(kāi) 放共享、能力共建，共創(chuàng )全場(chǎng)景智慧交通新生態(tài)，支撐 交通強國和國家綜合立體交通網(wǎng)建設。

 1.3　方案概述 

以智慧隧道自主可控、綜合管控為導向，結合開(kāi)源 鴻蒙操作系統的技術(shù)優(yōu)勢，利用云邊端協(xié)同架構模式， 全面提升公路隧道低碳節能、設備管控、應急指揮、運 維運營(yíng)等綜合業(yè)務(wù)能力和開(kāi)展場(chǎng)景試點(diǎn)。針對隧道智能 化建設難題，基于兆瀚昇騰AI服務(wù)器，以云網(wǎng)邊端協(xié)同技術(shù)架構打造一套智慧隧道全要素融合的創(chuàng )新方案。方 案通過(guò)在隧道系統中深入運用開(kāi)源鴻蒙、AI、邊緣計 算、物聯(lián)網(wǎng)等新型信息技術(shù)，從操作系統和國產(chǎn)計算基 礎設施出發(fā)構建一個(gè)“全聯(lián)接、全感知、全智能”的數 字隧道世界。

 （1）全聯(lián)接：破解隧道設備邊界

 隧道場(chǎng)景中的設備極其復雜，面臨著(zhù)設備接口不 一、軟件協(xié)議不一等難題。創(chuàng )新方案借助開(kāi)源鴻蒙這一 技術(shù)賦能，對隧道智能照明設備、通風(fēng)設備、指示標示 設備、監控設備、檢測設備和消防設備共6大類(lèi)機電類(lèi) 設備進(jìn)行數字化升級，依托操作系統中分布式軟總線(xiàn)、 設備虛擬化等技術(shù)加持，打破信息孤島。同時(shí)還打通所 有隧道設備之間的“邊界”，實(shí)現隧道設備的智聯(lián)協(xié) 同，以伴隨式數據采集賦能創(chuàng )新業(yè)務(wù)應用。 

（2）全智能：構建隧道“超級終端” 

傳統隧道設備大小不一、規格不一、功能不一，使 得隧道設備智能化成本高、難度大。創(chuàng )新方案以開(kāi)源鴻 蒙這一國產(chǎn)操作系統為基礎，得益于其采用的組件彈性 化設計，能夠針對隧道不同設備“剪裁”出不同大小、 功能的操作系統；同時(shí)還在不斷推動(dòng)適配各類(lèi)芯片、模 組，全面降低硬件智能化成本和準入門(mén)檻。設備智能化 升級后，開(kāi)源鴻蒙的分布式軟總線(xiàn)技術(shù)能在操作系統層 面實(shí)現所有隧道設備的統一調度以及傳感器協(xié)同使用， 打造一套隧道“超級終端”，讓隧道設備運營(yíng)更便捷、 更安全、更環(huán)保。例如：隧道照明設備能夠通過(guò)“超級 終端”體系內的光線(xiàn)感應、車(chē)輛感應等，及時(shí)調整進(jìn)出 時(shí)的燈光亮度，降低“黑、白洞”效應的影響，同時(shí)還 能根據隧道內實(shí)時(shí)車(chē)輛情況，合理調節燈光亮度，按需 照明、節能減排，實(shí)現隧道整體的“低碳化”運營(yíng)。 

（3）全感知：慧眼所達，全息全知 

作為交通場(chǎng)景中的“黑盒子”，隧道往往面臨著(zhù) 實(shí)時(shí)監控受限的問(wèn)題。針對這一現狀，創(chuàng )新方案深度融 合“數字視網(wǎng)膜平臺”能力，可以在不更換現有監控終 端的情況下，構建一套“端邊云協(xié)同”視覺(jué)計算架構， 通過(guò)邊緣AI一體機，對隧道擁堵、火災、交通事故、拋 灑物等隧道事件進(jìn)行實(shí)時(shí)識別，實(shí)現事件有效視頻智能 提取和AI流量卸載處理，并通過(guò)視頻編碼、特征編碼 以及聯(lián)合優(yōu)化處理，將分析結果“零時(shí)差”地推送至拓 維·尋木物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行告警及相應的處置流程，做到 發(fā)現早、定位準、響應快，實(shí)現隧道監控的全息全知。 

（4）全高效：國產(chǎn)底座算力支撐 

基于兆瀚昇騰AI服務(wù)器打造的智慧隧道創(chuàng )新解決 方案，擁有強大的AI計算、AI推理能力。服務(wù)器支持 不同場(chǎng)景的差異化算力需求，廣泛應用于中心側AI推理 場(chǎng)景，具有超強的計算性能、低能耗、易于部署維護和 支持云邊協(xié)同等特點(diǎn)。

 2　方案介紹 

云-邊-端總體方案架構如圖1所示。

 圖1 云-邊-端總體方案架構圖 

基于開(kāi)源鴻蒙技術(shù)的智慧隧道解決方案是以“云邊 端”協(xié)同為核心思路，以國產(chǎn)化計算能力和開(kāi)源鴻蒙操 作系統為底座，充分融合邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、AI和云計 算的技術(shù)優(yōu)勢，構建一個(gè)能力開(kāi)放、立體感知、敏捷部 署、全域協(xié)同和持續進(jìn)化的隧道智慧感知和一體化管控 系統。云邊協(xié)同解決方案涵蓋了“云邊端”的全聯(lián)接服 務(wù)，由端層、邊緣層、云層三個(gè)部分組成。 

2.1　端層 

通過(guò)對端側部分設備進(jìn)行鴻蒙化改造和適配，構建 統一通信接入標準，實(shí)現設備的快速接入和互聯(lián)互通。 非鴻蒙化設備也可通過(guò)拓維·尋木物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的多 協(xié)議、多網(wǎng)絡(luò )、多模式接入能力，進(jìn)行設備快速連接至 邊緣側，全面感知隧道內的運行狀態(tài)、氣候環(huán)境、設備 運行狀態(tài)等全域數據，匯集至邊緣一體機。

 2.2　邊緣層 

邊緣側是依托國產(chǎn)鯤鵬服務(wù)器，提供算力支撐和應 用部署的軟硬件環(huán)境。邊緣一體機匯集端側全量數據，通過(guò)搭載拓維·建木邊緣計算管理平臺接收云端下發(fā)的 業(yè)務(wù)應用，結合自身的設備接入、數據處理、邊緣計 算、特征識別等能力，實(shí)現設備管控、事件識別和低碳 節能等隧道業(yè)務(wù)流轉，并將業(yè)務(wù)數據按照分層分級規范 上傳至云端。 

網(wǎng)絡(luò )層面支持隧道專(zhuān)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi、VPN專(zhuān) 網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò )連接模式，依據項目實(shí)施現場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn) 行因地制宜的網(wǎng)絡(luò )選擇，以節約利舊為基本原則，實(shí)現 傳輸通信的安全、穩定、高效。 

基于邊緣AI融合拓維·建木邊緣計算平臺技術(shù)， 集設備接入、數據處理、邊緣計算、特征解析和流量 卸載等多功能于一體的隧道邊緣智能終端——邊緣AI 一體機，擁有充沛的計算能力，也是達成云邊端協(xié)同 的核心載體。通過(guò)一體機來(lái)實(shí)現對端側設備的快速接 入，并對產(chǎn)生的視頻數據、圖片數據、業(yè)務(wù)數據進(jìn)行 實(shí)時(shí)處理、分析和傳輸。形成智慧隧道一體化機柜產(chǎn) 品，支撐未來(lái)一隧道一機柜復制，提高智慧隧道接入 實(shí)施效率，降低成本。 

2.3　云層 

云控平臺是整個(gè)系統的中樞核心，包括省中心平 臺、橋隧所平臺以及能力支撐平臺。省中心平臺通過(guò)對 隧道業(yè)務(wù)系統產(chǎn)生的數據進(jìn)行分析，支撐決策。橋隧所 平臺進(jìn)行業(yè)務(wù)系統的實(shí)際承載和應用，依托能力支撐平 臺的IOT物聯(lián)能力、邊緣計算能力和AI智能處理能力， 具備設備物聯(lián)管控、業(yè)務(wù)應用的靈活編排、數據智能分 析挖掘和算法模型訓練推送等功能，實(shí)現隧道快速進(jìn)行 業(yè)務(wù)能力構建和個(gè)性化配置，形成能力共享、標準統 一、全棧協(xié)同的一體化平臺。 

智慧隧道云控平臺建設為“1+1+5”，包括：1個(gè) 智能運營(yíng)中心IOC、1個(gè)能力支撐平臺、5個(gè)業(yè)務(wù)應用。 

（1）智能運營(yíng)中心IOC 

智能運營(yíng)中心IOC是面向集團層面，從運營(yíng)與安全的 角度全面提供數據統計分析，對多維數據進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析與 挖掘，利用可視化進(jìn)行呈現，支持集團領(lǐng)導科學(xué)決策。 

（2）能力支撐平臺 

能力支撐平臺包括IOT物聯(lián)模塊、邊緣計算模塊、 智能處理模塊和開(kāi)源鴻蒙應用樞紐。其中IOT物聯(lián)模塊 實(shí)現對端側設備的接入管控和數據協(xié)同；邊緣計算模塊 實(shí)現對隧道邊緣一體機的資源調度和業(yè)務(wù)協(xié)同；智能 處理模塊是對數據的分析和模型訓練下發(fā)，實(shí)現算力協(xié) 同；鴻蒙樞紐實(shí)現對鴻蒙設備的統一管控賦能。四者綜 合支撐業(yè)務(wù)應用和云邊端協(xié)同。 

（3）智慧應用 

智慧應用包括節能降耗、能效監測、車(chē)輛車(chē)行 監控、電力監控、設備管理等。其中應用市場(chǎng)系統是 在云端使用，其余以軟件包形式部署于云控平臺。集 團用戶(hù)通過(guò)應用市場(chǎng)將各類(lèi)隧道業(yè)務(wù)應用系統進(jìn)行封 裝和上架，可直接從云端下發(fā)應用到隧道邊緣節點(diǎn)啟 動(dòng)，實(shí)現隧道業(yè)務(wù)應用的快速部署、個(gè)性化適配以及 統一運維。

 3　代表性及推廣價(jià)值

 3.1　方案亮點(diǎn) 

（1）各類(lèi)機電設備物聯(lián)：可通過(guò)機電一體化物聯(lián) 平臺，將路段所有鴻蒙化設備、PLC設備和其他普通設 備等各類(lèi)機電化設備進(jìn)行連接。提供標準化接口協(xié)議， 實(shí)現全業(yè)務(wù)流水數據的采集與接入，并在云端部署統一 的設備/應用監控、日志采集等運維能力，提供完整的 邊緣和云協(xié)同的一體化服務(wù)能力。 

（2）邊緣一體，云邊協(xié)同：利用邊緣計算+AI+邊 緣物聯(lián)的組合，支持百萬(wàn)級邊緣節點(diǎn)接入、千萬(wàn)級并 發(fā)，具備云邊協(xié)同、邊邊協(xié)同、邊端協(xié)同能力?；?AIoT的多接入邊緣計算技術(shù)，實(shí)現大量多源異構設備 接入管控；基于視覺(jué)識別的數字視網(wǎng)膜，邊緣AI一體機 接收邊緣云下發(fā)的視頻識別、節能優(yōu)化、自動(dòng)控制等算 法模型，實(shí)現靈活的創(chuàng )新應用和對各種異常事件的及時(shí) 預警和快速處置?；谠七厖f(xié)同的新一代智慧控制網(wǎng)， 建立統一化管理平臺，實(shí)現全方位遠程監控、平臺業(yè)務(wù) 統一管理以及數字化運維。 

（3）國產(chǎn)自主可控：將ARM架構的鯤鵬處理器和 華為昇騰AI圖形處理芯片、SSD控制器芯片、智能網(wǎng)卡 芯片、智能管理芯片等國產(chǎn)自主可控芯片以及拓維信息 自主研發(fā)的拓維信息·梧桐云原生平臺操作系統、IOT、 視頻/圖片處理算法等軟件產(chǎn)品有機集成在一起，形成 具備超高算力和邊緣智能AI一體機。邊緣AI一體機滿(mǎn) 足新的算力需求，可以在極致空間內提供更高性能、更 高擴展性的邊緣計算和AI推理能力，來(lái)打造全棧國產(chǎn)自 主可控智慧交通系統。

 （4）快速部署，開(kāi)箱即用：形成智慧隧道一體化機柜產(chǎn)品，云端統一調度和管控，支撐未來(lái)一隧道一機 柜復制，大幅降低了實(shí)施難度和技術(shù)門(mén)檻，提高智慧隧 道接入實(shí)施效率，降低成本。實(shí)現單體隧道的快速個(gè)性 化接入和多級集中管控，全面提升隧道的安全性、便捷 性和智能化水平。 

（5）海量視頻圖片高效處理和AI流量卸載：圖片 的智能壓縮可以實(shí)現為滿(mǎn)足行業(yè)應用中在百億級別圖片 中快速查詢(xún)提供基礎，也將降低圖片傳輸的帶寬需求， 從而降低接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )投資成本。圖片壓縮流量卸載子 系統將具備對圖片壓縮20-50倍的能力，千萬(wàn)張級別的 圖片文件數據量規模經(jīng)圖片壓縮流量卸載處理后，存 儲空間大約占TB級別，網(wǎng)絡(luò )帶寬需求也將為壓縮前的 1/20-1/50。實(shí)現事件的有效視頻智能提取和AI流量卸 載處理，通過(guò)視頻編碼、特征編碼以及聯(lián)合優(yōu)化處理， 將分析結果“零時(shí)差”推送至云平臺進(jìn)行告警及相應的 處置流程，做到發(fā)現早、定位準、響應快，實(shí)現隧道監 控的全息全知。 

（6）事件識別算法：通過(guò)構建算法引擎，建立高 速路段和隧道異常事件模型。對隧道擁堵、火災、交通 事故、拋灑物等隧道事件進(jìn)行實(shí)時(shí)識別，利用圖片AI增強識別能力，構建事件識別算法，實(shí)現在邊緣側實(shí)時(shí)識 別異常事件。

 3.2　推廣價(jià)值 

（1）應用示范效應

 · 高精尖平臺孵化：研制開(kāi)發(fā)基于昇騰AI和開(kāi)源鴻 蒙技術(shù)體系的智慧交通公共算力服務(wù)平臺、邊緣計算平 臺、物聯(lián)網(wǎng)平臺、隧道綜合運營(yíng)管控平臺。

 · 國產(chǎn)自主可控技術(shù)發(fā)展：研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權 的隧道鴻蒙化感知設備與超級終端，帶動(dòng)人工智能、智 能計算、開(kāi)源鴻蒙智能終端產(chǎn)業(yè)及技術(shù)的發(fā)展。 

· 實(shí)現智慧高速技術(shù)集成研究與應用創(chuàng )新：編制基 于鴻蒙與鯤鵬體系的高速公路智慧隧道行業(yè)標準1項，1 項發(fā)明專(zhuān)利，1-3項軟件著(zhù)作權，發(fā)表1-3篇學(xué)術(shù)論文。

 · 人才培養：培養一批具備開(kāi)源鴻蒙、昇騰AI、物 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能力的高新技術(shù)人才。

 · 全國標桿示范：打造全國開(kāi)源鴻蒙+智慧隧道應用典 范，完善商務(wù)模式和技術(shù)體系，面向全國進(jìn)行示范推廣。

 （2）商業(yè)價(jià)值

 · 隧道建設：通過(guò)本項目建設，可實(shí)現隧道拓展的 快速部署接入，每公里隧道軟件部署實(shí)施費用控制在5 萬(wàn)元以?xún)?，一體機費用控制在12萬(wàn)以?xún)?。整體解決方案 未來(lái)在隧道信息化業(yè)務(wù)拓展過(guò)程中，相比傳統隧道信息 化項目建設，每公里節約成本在100-200萬(wàn)元，包括替 換原有區域控制設備成本、前端照明設備采購成本、軟 件調試成本等。

 · 低碳節能：通過(guò)鴻蒙化設備控制和節能策略，實(shí) 現隧道照明在廣域尺度周期里成本降低、效益增大，踐 行了綠色雙碳節能?chē)叻结?，節約了參與主體投資運營(yíng) 成本。試點(diǎn)環(huán)境下，智能化升級后將節約隧道用電能耗 20%以上，對于常態(tài)化車(chē)流量較小隧道節能降耗效益更 大。

 · 管養運維：通過(guò)本項目建設，能夠實(shí)現隧道基礎 設施的數字化、智能化統一管控及智慧化感知，使管養 運維人員能夠在中心平臺感知機電設施運行狀態(tài)，提升 隧道巡檢的效能以及管養運維的效率，從而減少隧道運 維養護人員的巡檢成本以及運維成本，進(jìn)一步提升機電 設施的生命周期壽命。

 · 基于拓維信息近20年的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沉淀，以及基于 邊緣一體機物聯(lián)網(wǎng)關(guān)構建的一體化高速機電設備聯(lián)網(wǎng)感 知系統，實(shí)現對高速機電設備的一站式監控、管理與運 維，通過(guò)設備健康大數據分析，實(shí)現設備預防性維護， 減少設備故障發(fā)生率，使客戶(hù)設備運維效率提升20％， 設備可靠性提升30％，大大降低了業(yè)主的運維成本。 

（3）社會(huì )價(jià)值 

本項目建設一方面可推動(dòng)公路機電系統升級換代， 實(shí)現機電核心設備基礎設施的安全可控，以及支撐業(yè)務(wù) 和基礎設施的互聯(lián)互通，推動(dòng)開(kāi)源鴻蒙產(chǎn)業(yè)開(kāi)放可持續 的產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展。一方面，將促進(jìn)隧道行業(yè)的機電基礎 設施基礎數據歸集，構建標準統一、信息全面、融合共 享的數據體系。推進(jìn)智慧隧道運行管理數字化，通過(guò)數 字化提高隧道運行管理與服務(wù)能力。

 另一方面有助于推動(dòng)智慧交通行業(yè)數字化建設取得 顯著(zhù)效果，建設積極探索國產(chǎn)自主可控技術(shù)、人工智能 技術(shù)在交通領(lǐng)域的創(chuàng )新應用，促進(jìn)智慧隧道在交通強國 方針政策下的新型信息技術(shù)的落地，能夠提升隧道運營(yíng) 管理過(guò)程中的監管與服務(wù)效能，提升對隧道安全與應急 的感知效率，從而促進(jìn)高速公路運營(yíng)管理單位工作更為 充分、高效，提升高速公路隧道通行效率和安全性，提 高高速公路服務(wù)民生的能力和水平，具有顯著(zhù)的社會(huì )效益。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專(zhuān)輯》