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案例頻道★拓維信息系統股份有限公司
1 目標和概述
1.1 行業挑戰
飛速發展的基建建設，給公路隧道運營安全管理工作帶來了巨大的壓力和嚴峻的挑戰。伴隨著我國公路隧 道建設的逐年推進和公路運力需求的快速增加，國家相 關部門提出推進智慧隧道基礎設施建設，逐步實現我國 公路隧道智能化、信息化、集成化、綠色節能化是智慧 交通發展的關鍵。
作為公路路網中監管難度最高的路段，隧道是公路 場景中最為難啃的“黑盒子”。繁雜的機電設備加上特 殊的環境因素，要實現傳統隧道的數字化轉型升級，推 動先進信息技術對隧道基礎設施建設的賦能，當前還面 臨著多個難題亟待解決：
（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
隧道場景中的設備極其復雜，面臨著設備接口不 一、軟件協議不一等問題；雖然有照明、標示指示燈、 監控、煙感、霧感等設備，但是無法做到數據實時監 測、回傳以及遠程控制設備。設備與設備之間產生的數 據不能互聯、互通，難以支撐設備之間的智慧調控。
（2）狀態感知缺失，難以掌握實時詳情
隧道機電系統中設備種類眾多，多數通過傳統的 PLC架構實現對單一設備的控制，對機電設備狀態的實 時感知卻無能為力。設備狀態無法實時掌握，使得隧道 內的設備隱患發現難、解決難，甚至影響對隧道內車輛 運行狀態、異常事件的實時掌握與管控。
（3）設備部署復雜，智慧升級難以進行
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）業務協同依賴線下組織完成
通過線下電話或人工巡檢方式獲取事件報警信息、 事件通知和完成處置，高度依賴現場人員的專業程度。
1.2 方案目標
以全棧國產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、綠色節能化發展，將 開源鴻蒙新技術作為抓手，結合物聯網、邊緣計算、AI 人工智能和大數據等其他新技術，基于“云-網-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， 發揮云端資源優勢和邊緣端靈活性的特點，構建隧道業 務云端下發、邊緣快速部署和終端設備標準化接入能 力，實現隧道全要素的實時感知、全設備的快速接入與 管控、各業務系統的統一部署和維護、單體隧道的快速 個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，用數字驅動打造“安全、高效、 綠色、創新”的智慧交通示范樣板。夯實“開源鴻蒙+ 鯤鵬+昇騰AI”等國產技術基座，不斷融合大數據、邊 緣計算、物聯網等技術能力，以全棧國產自主可控助推 交通“新基建”。同時聚合上下游產業鏈生態聚集，開 放共享、能力共建，共創全場景智慧交通新生態，支撐 交通強國和國家綜合立體交通網建設。
1.3 方案概述
以智慧隧道自主可控、綜合管控為導向，結合開源 鴻蒙操作系統的技術優勢，利用云邊端協同架構模式， 全面提升公路隧道低碳節能、設備管控、應急指揮、運 維運營等綜合業務能力和開展場景試點。針對隧道智能 化建設難題，基于兆瀚昇騰AI服務器，以云網邊端協同技術架構打造一套智慧隧道全要素融合的創新方案。方 案通過在隧道系統中深入運用開源鴻蒙、AI、邊緣計 算、物聯網等新型信息技術，從操作系統和國產計算基 礎設施出發構建一個“全聯接、全感知、全智能”的數 字隧道世界。
（1）全聯接：破解隧道設備邊界
隧道場景中的設備極其復雜，面臨著設備接口不 一、軟件協議不一等難題。創新方案借助開源鴻蒙這一 技術賦能，對隧道智能照明設備、通風設備、指示標示 設備、監控設備、檢測設備和消防設備共6大類機電類 設備進行數字化升級，依托操作系統中分布式軟總線、 設備虛擬化等技術加持，打破信息孤島。同時還打通所 有隧道設備之間的“邊界”，實現隧道設備的智聯協 同，以伴隨式數據采集賦能創新業務應用。
（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。創新方案以開源鴻 蒙這一國產操作系統為基礎，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；同時還在不斷推動適配各類芯片、模 組，全面降低硬件智能化成本和準入門檻。設備智能化 升級后，開源鴻蒙的分布式軟總線技術能在操作系統層 面實現所有隧道設備的統一調度以及傳感器協同使用， 打造一套隧道“超級終端”，讓隧道設備運營更便捷、 更安全、更環保。例如：隧道照明設備能夠通過“超級 終端”體系內的光線感應、車輛感應等，及時調整進出 時的燈光亮度，降低“黑、白洞”效應的影響，同時還 能根據隧道內實時車輛情況，合理調節燈光亮度，按需 照明、節能減排，實現隧道整體的“低碳化”運營。
（3）全感知：慧眼所達，全息全知
作為交通場景中的“黑盒子”，隧道往往面臨著 實時監控受限的問題。針對這一現狀，創新方案深度融 合“數字視網膜平臺”能力，可以在不更換現有監控終 端的情況下，構建一套“端邊云協同”視覺計算架構， 通過邊緣AI一體機，對隧道擁堵、火災、交通事故、拋 灑物等隧道事件進行實時識別，實現事件有效視頻智能 提取和AI流量卸載處理，并通過視頻編碼、特征編碼 以及聯合優化處理，將分析結果“零時差”地推送至拓 維·尋木物聯網平臺進行告警及相應的處置流程，做到 發現早、定位準、響應快，實現隧道監控的全息全知。
（4）全高效：國產底座算力支撐
基于兆瀚昇騰AI服務器打造的智慧隧道創新解決 方案，擁有強大的AI計算、AI推理能力。服務器支持 不同場景的差異化算力需求，廣泛應用于中心側AI推理 場景，具有超強的計算性能、低能耗、易于部署維護和 支持云邊協同等特點。
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
基于開源鴻蒙技術的智慧隧道解決方案是以“云邊 端”協同為核心思路，以國產化計算能力和開源鴻蒙操 作系統為底座，充分融合邊緣計算、物聯網、AI和云計 算的技術優勢，構建一個能力開放、立體感知、敏捷部 署、全域協同和持續進化的隧道智慧感知和一體化管控 系統。云邊協同解決方案涵蓋了“云邊端”的全聯接服 務，由端層、邊緣層、云層三個部分組成。
2.1 端層
通過對端側部分設備進行鴻蒙化改造和適配，構建 統一通信接入標準，實現設備的快速接入和互聯互通。 非鴻蒙化設備也可通過拓維·尋木物聯網平臺提供的多 協議、多網絡、多模式接入能力，進行設備快速連接至 邊緣側，全面感知隧道內的運行狀態、氣候環境、設備 運行狀態等全域數據，匯集至邊緣一體機。
2.2 邊緣層
邊緣側是依托國產鯤鵬服務器，提供算力支撐和應 用部署的軟硬件環境。邊緣一體機匯集端側全量數據，通過搭載拓維·建木邊緣計算管理平臺接收云端下發的 業務應用，結合自身的設備接入、數據處理、邊緣計 算、特征識別等能力，實現設備管控、事件識別和低碳 節能等隧道業務流轉，并將業務數據按照分層分級規范 上傳至云端。
網絡層面支持隧道專網、互聯網、Wi-Fi、VPN專 網等多種網絡連接模式，依據項目實施現場實際情況進 行因地制宜的網絡選擇，以節約利舊為基本原則，實現 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， 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，也是達成云邊端協同 的核心載體。通過一體機來實現對端側設備的快速接 入，并對產生的視頻數據、圖片數據、業務數據進行 實時處理、分析和傳輸。形成智慧隧道一體化機柜產 品，支撐未來一隧道一機柜復制，提高智慧隧道接入 實施效率，降低成本。
2.3 云層
云控平臺是整個系統的中樞核心，包括省中心平 臺、橋隧所平臺以及能力支撐平臺。省中心平臺通過對 隧道業務系統產生的數據進行分析，支撐決策。橋隧所 平臺進行業務系統的實際承載和應用，依托能力支撐平 臺的IOT物聯能力、邊緣計算能力和AI智能處理能力， 具備設備物聯管控、業務應用的靈活編排、數據智能分 析挖掘和算法模型訓練推送等功能，實現隧道快速進行 業務能力構建和個性化配置，形成能力共享、標準統 一、全棧協同的一體化平臺。
智慧隧道云控平臺建設為“1+1+5”，包括：1個 智能運營中心IOC、1個能力支撐平臺、5個業務應用。
（1）智能運營中心IOC
智能運營中心IOC是面向集團層面，從運營與安全的 角度全面提供數據統計分析，對多維數據進行關聯分析與 挖掘，利用可視化進行呈現，支持集團領導科學決策。
（2）能力支撐平臺
能力支撐平臺包括IOT物聯模塊、邊緣計算模塊、 智能處理模塊和開源鴻蒙應用樞紐。其中IOT物聯模塊 實現對端側設備的接入管控和數據協同；邊緣計算模塊 實現對隧道邊緣一體機的資源調度和業務協同；智能 處理模塊是對數據的分析和模型訓練下發，實現算力協 同；鴻蒙樞紐實現對鴻蒙設備的統一管控賦能。四者綜 合支撐業務應用和云邊端協同。
（3）智慧應用
智慧應用包括節能降耗、能效監測、車輛車行 監控、電力監控、設備管理等。其中應用市場系統是 在云端使用，其余以軟件包形式部署于云控平臺。集 團用戶通過應用市場將各類隧道業務應用系統進行封 裝和上架，可直接從云端下發應用到隧道邊緣節點啟 動，實現隧道業務應用的快速部署、個性化適配以及 統一運維。
3 代表性及推廣價值
3.1 方案亮點
（1）各類機電設備物聯：可通過機電一體化物聯 平臺，將路段所有鴻蒙化設備、PLC設備和其他普通設 備等各類機電化設備進行連接。提供標準化接口協議， 實現全業務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 邊緣和云協同的一體化服務能力。
（2）邊緣一體，云邊協同：利用邊緣計算+AI+邊 緣物聯的組合，支持百萬級邊緣節點接入、千萬級并 發，具備云邊協同、邊邊協同、邊端協同能力。基于 AIoT的多接入邊緣計算技術，實現大量多源異構設備 接入管控；基于視覺識別的數字視網膜，邊緣AI一體機 接收邊緣云下發的視頻識別、節能優化、自動控制等算 法模型，實現靈活的創新應用和對各種異常事件的及時 預警和快速處置。基于云邊協同的新一代智慧控制網， 建立統一化管理平臺，實現全方位遠程監控、平臺業務 統一管理以及數字化運維。
（3）國產自主可控：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、智能網卡 芯片、智能管理芯片等國產自主可控芯片以及拓維信息 自主研發的拓維信息·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 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，來打造全棧國產自 主可控智慧交通系統。
（4）快速部署，開箱即用：形成智慧隧道一體化機柜產品，云端統一調度和管控，支撐未來一隧道一機 柜復制，大幅降低了實施難度和技術門檻，提高智慧隧 道接入實施效率，降低成本。實現單體隧道的快速個性 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 的智能壓縮可以實現為滿足行業應用中在百億級別圖片 中快速查詢提供基礎，也將降低圖片傳輸的帶寬需求， 從而降低接入網網絡投資成本。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，千萬張級別的 圖片文件數據量規模經圖片壓縮流量卸載處理后，存 儲空間大約占TB級別，網絡帶寬需求也將為壓縮前的 1/20-1/50。實現事件的有效視頻智能提取和AI流量卸 載處理，通過視頻編碼、特征編碼以及聯合優化處理， 將分析結果“零時差”推送至云平臺進行告警及相應的 處置流程，做到發現早、定位準、響應快，實現隧道監 控的全息全知。
（6）事件識別算法：通過構建算法引擎，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行實時識別，利用圖片AI增強識別能力，構建事件識別算法，實現在邊緣側實時識 別異常事件。
3.2 推廣價值
（1）應用示范效應
· 高精尖平臺孵化：研制開發基于昇騰AI和開源鴻 蒙技術體系的智慧交通公共算力服務平臺、邊緣計算平 臺、物聯網平臺、隧道綜合運營管控平臺。
· 國產自主可控技術發展：研發具有自主知識產權 的隧道鴻蒙化感知設備與超級終端，帶動人工智能、智 能計算、開源鴻蒙智能終端產業及技術的發展。
· 實現智慧高速技術集成研究與應用創新：編制基 于鴻蒙與鯤鵬體系的高速公路智慧隧道行業標準1項，1 項發明專利，1-3項軟件著作權，發表1-3篇學術論文。
· 人才培養：培養一批具備開源鴻蒙、昇騰AI、物 聯網技術能力的高新技術人才。
· 全國標桿示范：打造全國開源鴻蒙+智慧隧道應用典 范，完善商務模式和技術體系，面向全國進行示范推廣。
（2）商業價值
· 隧道建設：通過本項目建設，可實現隧道拓展的 快速部署接入，每公里隧道軟件部署實施費用控制在5 萬元以內，一體機費用控制在12萬以內。整體解決方案 未來在隧道信息化業務拓展過程中，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：通過鴻蒙化設備控制和節能策略，實 現隧道照明在廣域尺度周期里成本降低、效益增大，踐 行了綠色雙碳節能國策方針，節約了參與主體投資運營 成本。試點環境下，智能化升級后將節約隧道用電能耗 20%以上，對于常態化車流量較小隧道節能降耗效益更 大。
· 管養運維：通過本項目建設，能夠實現隧道基礎 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，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年的物聯網技術沉淀，以及基于 邊緣一體機物聯網關構建的一體化高速機電設備聯網感 知系統，實現對高速機電設備的一站式監控、管理與運 維，通過設備健康大數據分析，實現設備預防性維護， 減少設備故障發生率，使客戶設備運維效率提升20％， 設備可靠性提升30％，大大降低了業主的運維成本。
（3）社會價值
本項目建設一方面可推動公路機電系統升級換代， 實現機電核心設備基礎設施的安全可控，以及支撐業務 和基礎設施的互聯互通，推動開源鴻蒙產業開放可持續 的產業生態發展。一方面，將促進隧道行業的機電基礎 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。推進智慧隧道運行管理數字化，通過數 字化提高隧道運行管理與服務能力。
另一方面有助于推動智慧交通行業數字化建設取得 顯著效果，建設積極探索國產自主可控技術、人工智能 技術在交通領域的創新應用，促進智慧隧道在交通強國 方針政策下的新型信息技術的落地，能夠提升隧道運營 管理過程中的監管與服務效能，提升對隧道安全與應急 的感知效率，從而促進高速公路運營管理單位工作更為 充分、高效，提升高速公路隧道通行效率和安全性，提 高高速公路服務民生的能力和水平，具有顯著的社會效益。
摘自《自動化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專輯》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號