数字隧道技术在济青中线隧道群不降速通行项目中的应用

　　一、实施背景

　　“十四五”时期是加强交通强省建设、推动交通运输业高质量发展的重要阶段，随着“数字交通”“交通强国”等交通行业宏观政策指导文件的陆续发布，高速公路运营企业管理模式智慧化转型升级已迫在眉睫。山东省作为全国首个“绿色低碳高质量发展先行区”和“交通强国省域示范区”，亟需通过技术创新推动交通运输领域的低碳转型。2023年发布的《山东高速集团零碳高速公路白皮书》明确提出构建零碳智慧高速体系，济青中线济潍段成为这一战略的首个落地项目。传统高速公路隧道因设计限制常导致“逢隧必降速”，严重制约通行效率。济青中线济潍段横穿鲁中群山，桥隧比高达41%，包含10座隧道(如4110米的盘顶山隧道)，亟需通过技术突破实现高效通行。

　　原有问题主要集中在四个方面：一是视觉与心理障碍，传统隧道因“黑白洞效应”(进出隧道时光线突变导致驾驶员短暂失明)和“侧壁效应”(狭窄隧道引发心理压迫感)迫使车辆降速，严重制约通行效率;二是安全隐患，包括火灾应急依赖人工处置、冰雪天气下隧道口易结冰等问题，导致事故风险高且封路频发;三是能耗与环保短板，传统隧道依赖电网供电且照明能耗高，碳排放难以控制;四是智能化水平不足，事故监测依赖人工巡查，交通调度分散，响应效率低下。

　　二、主要做法

　　1、项目建设内容

　　隧道作为高速公路的特殊路段，具有改善路线线形，缩短行车里程节省时间等优点。但高速公路隧道结构复杂，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，车辆行驶速度高，加之存在安全隐患、管理困难等问题，极易发生交通事故，亟需通过智慧化手段对隧道安全防控体系进行能力提升，改善隧道内安全驾驶环境。

　　本次拟建济南至潍坊高速公路工程项目东起著名世界风筝之都潍坊，西至省会城市济南，途径淄博等市，全长约161.860 公里，共涉及10条隧道，其中9条隧道采用激光雷达+视频融合感知技术。

　　通过隧道融合感知设备部署，实现隧道运行全状态感知，基于高精地图、三维建模以及多源感知融合技术，进行隧道的数字孪生/重构，进行交通事件发现及处理的全流程管控，实现隧道内车辆全域跟踪，通过信息交互实现隧道安全驾驶，改善交通环境，减少交通事故，提高通行安全性和通行效率。

　　根据济潍智慧高速“智能管服、快速通行、安全保障、绿色节能、车路协同”五大体系要求，对隧道监控设施进行以下智慧提升设计：

　　(1)雷达检测安全预警系统：基于雷达对隧道内交通流运行状态的全方位感知， 对隧道内异常事件实时监测，实现精准的交通诱导和交通管理，并为隧道内数字孪生平台提供重要动态数据支撑。

　　(2)隧道车路协同系统：配合龙埠枢纽至章丘东互通段(项目前 25km)实现主动安全预警信息在车载终端发布为主的车路协同应用示范，于胡山隧道完善车路协同路侧感知设备。

　　(3)智慧隧道综合管控平台：基于智慧高速理念打造隧道管理站管控软件，具有隧道机电设施的控制监测模块和生动丰富的可视化界面，含数据采集、数据分析、资源整合、信息共享、系统联动、应急处置等多功能于一体的智慧云平台。

　　
整体建设方案

　　2、优势特点

　　(1)济青中线隧道群基于精准定位的全域融合感知技术，基于厘米级目标定位、算法融合等手段、实现对交通参与者多目标进行精准定位，实现同一目标轨迹的连续跟踪，完成隧道高可靠的事件(超速、变道、违停、慢行、碰撞事故等)检测与预警，实现隧道区域精准诱导。

　　(2)为更加贴近隧道管理实战需求，创新研发数字孪生2.0技术，突破了传统视频监控存在盲点和延迟等问题，能够按隧道实际桩号位置实时显示车辆轨迹，并与视频监控画面同步，快速确认预警信息。该技术全方位监测隧道内交通运行实况，精准关联事件位置和涉事车辆，同时实现对长途客车、危化品车等特殊车辆的识别和行车状态监测，大幅提升了济青中线隧道群的运行监测管理精细化与高效化水平。

　　(3)基于数字边缘数据共享技术实现横向联动，立足隧道事故、火灾、拥堵等典型情景，整合传统隧道通风系统、照明系统、供电系统、通信系统和监控系统。通过智慧隧道统一监控平台, 将各个系统的功能整合在统一的应用界面上，集中管控。提前制定应急管理预案，当灾害或事故发生时，能够迅速、有序、高效地组织各种突发或异常事件的应急反应行动，提高隧道的整体防救灾能力，最大限度减少灾害造成的损失。纵向协同助力路网综合管控。具备突发事件响应和信息报送机制，协同高速云有效利用隧道时空数据、云重点车辆数据、气象数据等融合判断，具备隧道路网层级的联动功能，达到路网隧道的协同共治的目标。

　　(4)基于数字化隧道体系的伴随式信息服务，基于车辆实时位置，通过隧道内可变信息标志提供施工区预警、交通事件预警、危险驾驶行为预警等各类伴随式信息服务，提升路段的驾乘安全。同时，通过全域视角实时监控隧道信息服务对交通参与者的影响，将数字化真正应用于隧道常态化管理。

　　三、初步成效

　　济青中线项目通过创新隧道数字化管理机制，助力隧道群高效安全通行，真正实现“同路同速”。自正式通车以来，隧道内实际通行效率较传统隧道提升了30%，有效提升了公众的出行体验和满意度。

　　通过提升高速公路隧道主动感知能力，强化高速公路安全防控体系，能够降低一次事故损失和二次事故发生，有效降低各类突发事件带来的经济损失和人员伤亡，有效控制次生灾害，经济效果显著。通过隧道内多源异构感知设备的融合，比单一传感器的单点检测结果精度可提升5%至8%，全域跟踪精度可提升20%以上，事件检测精准度可提升10%~20%，按1%异常事件发生率计算，每万辆过车可降低事故风险损失10~20万。同时可支撑异常事件的实时发布，为交通参与者提供个性化微观车辆信息服务信息。

　　通过隧道环境改善与车辆信息实时预警能力，有效降低隧道黑白洞现象对隧道通行安全的影响，解决入口车辆对隧道内的感知盲区问题，极大提升隧道入口的行驶安全性，保障济青中线隧道群不降速安全快速通行，将隧道通行速度由80km/h提升至120km/h，保持和主线道路速度一致，切实提升济青中线高速公路通行体验。

　　通过隧道数字孪生系统建设，建立隧道交通数据、设备数据、状态数据间的有效关联，代替隧道管理所原有视频轮询、人工查看能传统巡检模式，将事件发现时间与定位时间由分钟级缩短至秒级，同时可实现隧道内机电设备的全生命周期管理，按需下发养护维修任务，明显提升隧道巡养效率和安全治理水平。

　　四、推广前景

　　济青中线数字隧道群建设对国内隧道管理与运行养护行业具有重要的借鉴意义和推广价值。

　　1、全域车辆轨迹跟踪技术可在“两客一危”重点车辆管控、异常事件预警、伴随式信息服务等方面提供精准的车辆实时数据支撑，在隧道安全提质升级中具有重要作用，可在国内外各类公路隧道、城市下沉式隧道场景中进行复制推广，同时，基于精准定位的连续跟踪能力，可在未来高速公路车路云一体化建设中赋能于自动驾驶车辆，实现隧道内车路协同精准服务。

　　2、隧道管理所“一张图”数字孪生管理模式，实现了基础设施由智能化向数字化管理的发展，推动全国高速公路基础设施管理模式的变革，对国内高速公路养护管理业务的提升具有重要的借鉴意义。通过实时监测和预测分析，可以及时发现和解决隧道基础设施的潜在问题，延长隧道设施设备的使用寿命，提高基础设施运行的可持续性。数字孪生理念和方法可以推广到交通行业其他基础设施领域，推动基础设施的可持续发展。