摘要

随着大数据、云计算、物联网等新一代信息科技的发展，为城市隧道运营管控和安全提升提供了更多的智慧化工具，新技术和新手段可以更好地赋能智慧城市地下道路的建设。本文通过分析常规隧道综合监控系统功能现状和技术架构存在的问题，探索性的提出一套新一代城市地下道路综合管控平台架构，旨在有效地推动地下道路运营安全和通行效率的提升。

概述

城市地下道路是指地表以下供机动车或兼有非机动车、行人通行的城市道路。近年来，土地资源紧缺，出于对生态保护、改善环境、提升区域功能以及提高城市综合竞争力等多重因素的考虑，城市地下道路数量越来越多，规模越来越大。

智慧地下道路是采用先进的数据多源采集手段、精准的多源异构数据融合技术、强大的数据挖掘处理算法、高效的云平台架构，引入“动态化、平台化、自动化、智慧化”的四化交通思维，挖掘数据信息价值，实现智慧地下道路高效、安全和节能的运营，全面提升地下道路系统运行效率和管理水平，为管理决策、工程建设、运维管理、公众出行等提供信息服务。

近年来，党中央、国务院、相关部委密集出台智慧交通发展、智慧城市战略的相关指导文件，为新时期交通发展提供了新机遇。2022年3月，交通运输部、科学技术部联合发布的《“十四五”交通领域科技创新规划》提出要推动智慧交通与智慧城市协同发展，大力发展智慧交通，推动云计算、大数据、物联网、移动互联网、区块链、人工智能等新一代信息技术与交通运输融合，加快北斗导航技术应用，开展智能交通先导应用试点，逐步为智慧地下道路的建设提供了有力保障。

目前综合监控系统功能包含视频监控、交通监控、设备环境监控、有线电话及广播、火灾自动报警与消防联动、通信网络，详细功能如表所示：

综合监控系统现状功能

传统隧道综合监控系统配置了上述六大子系统等相关机电与信息化系统，初步实现了隧道的基础管控功能，比如交通流量信息采集系统、交通视频监控系统、情报板信息发布系统、隧道超高检测系统等：

针对地下道路管理的新需求、精细化管控和服务等，传统监控系统功能存在一定不足：

1）交通管控功能需要提升增强

传统隧道综合监控平台对隧道内车辆监测颗粒度低，对隧道的运行状况感知不够全面，导致应急情况下的交通管控功能能力不足，管控策略智能化程度不够。

2）应急救援功能不够完善，水灾监测手段不足

传统隧道综合监控系统现阶段功能无法满足不断新增的业务需求，如水灾、火灾等事件，均未有较为体系和可预知的监测手段。

3）运维管理养护不足，人工巡查，需要智能化巡检。

传统隧道监控系统智能化程度较低，信息处置自动化水平不足，大部分问题是通过人工主动发现，系统无法在第一时间将各类事件推送至运管人员，处置效率低。未建立基于数据融合的问题监测发现机制与事件处置机制，联动处置难，不能满足隧道运行管理联动指挥、决策支撑的需要。

4）对数据挖掘分析能力弱，需要大数据分析功能。

隧道内布设的各个系统作为监测管控的抓手，积累了大量的监测数据，而目前数据标准化程度低、数据可共享水平低、数据深度分析和利用水平低，已开展的数据深度分析和利用工作总体上深度不足，对实际工作的指导作用有限，尚不具备有效支撑隧道管理运行决策的能力。

5）指挥调度手段单一，应急联动处置难

当前，运管中心指挥调度多为电话通知，现场一线处置人员多数未携带手持终端设备，无法第一时间获知事件信息，应急联动处置效率低下。

1）常规软件架构分析

常规软件架构基本可满足综合监控平台的功能需求，目前常规隧道常用软件架构主要为ESB架构等传统架构。常规软件架构ESB主要优点如下：

本身有灵活性，根据需求变化，可重新编排服务或应用程序；

√ 对IT资产的复用；

使企业的信息化建设真正以业务或应用为核心，业务人员根据需求编排服务，不需要考虑技术细节。

但传统软件架构在软件接口统一性、服务编排灵活度、IT资源利用方面均存在不足，存在的弊端也不可忽视：

√ 应用复杂度增加，更新、维护困难

一个简单的应用会随着时间的推移而逐渐变大，那么开发团队将会面临很多问题，其中最主要问题就是这个应用太复杂，以至于任何单个开发者都很难进行二次开发或维护，特别是那些刚加入团队的开发人员，应用程序可能难以理解和修改。

√ 易造成系统资源浪费

虽然使用负载均衡的方式可以对项目中的服务容量进行水平扩展，这样导致其他不需要扩展的服务也进行了相应的扩展，但这种扩展是不需要的，因此这种方式会极大的浪费资源。

√ 影响开发效率

当一个应用越大时，启动时间就会越长。开发和调试的过程中，如果有很大一部分时间都要在等待中渡过，那么必然会对开发效率有极大的影响。

√ 应用可靠性低

传统单体应用架构在运行时的可靠性比较低，当所有模块都运行在一个进程中时，如果任何一个模块中出现了一个Bug，可能会导致整个进程崩溃，从而影响到整个应用。

√ 不利于技术的更新

传统单体应用架构一旦选定使用某些技术，则后期的开发和扩展将在这些技术的基础上实现。如果需要更改某种技术，则可能需要将整个应用全部重新开发，这种成本是非常大的。

√ 存储方式单一

传统单体架构所有的模块都共用一个数据库，一旦某个系统存储出现问题，可能会导致整个数据库数据错乱等问题。

本文建议采用的微服务架构，具有以下几个优点：

√ 易与开发和维护

由于微服务单个模块就相当于一个项目，开发这个模块我们就只需要关心这个模块的逻辑即可，代码量和逻辑复杂度都会降低，从而易于开发和维护。

√ 启动较快

相对单个微服务来说，相比于启动传统单体框架的整个项目，启动某个模块的服务速度明显是要快很多的。

√ 局部修改易部署

在开发中发现问题，如果是传统单体架构的话，就需要重新发布并启动整个项目，非常耗时间。微服务则不同，可以针对性的对软件模块出现的问题进行修复；修复后的软件模块部署相对简单，不必重启整个项目从而大大节约时间。

√ 按需伸缩

传统单体架构在想扩展某个模块的性能时不得不考虑到其他的模块的性能会不会受到影响，对于微服务而言，完全不是问题，任何模块通过任何方式来提升本身性能不比考虑其它模块的情况。

此外，相比于ESB\SOA更加精细，更多的以独立的进程的方式存在，互相之间并无影响；提供的接口方式更加通用化，各种终端都可以调用，无关语言、平台限制；更倾向于分布式去中心化的部署方式，适用于多遂管理的系统建设，可支持多隧道设施接入和统一中心的区域设施管理。

2）设备接口不统一、协议不兼容

由于隧道硬件厂商品牌繁多，各外场终端软件接口不统一、软件协议不兼容，数据格式标准不一致，软件硬件紧密耦合度不高，功能扩充弹性低，难以满足产线升级和重组需求，且整合不易。

本文提出云-边-端的架构，本系统架构具备可扩展性，打通系统数据壁垒，构建大数据分析等具有天然优势，部分上云，云控平台，节约化建设。

首先从系统架构层面，提出了基于驱动级物联接入总线的云边端架构，从底层技术架构解决目前平台的存在不足。系统统一标准、统一协议、统一管理、数据共享、实现业务互联。

结论

隧道运行是城市安全有序运行的重要基础，是城市高质量发展的重要内容。以隧道建设为契机，基于智能化技术建立智慧隧道综合管控平台，能够有效推进隧道基础设施智慧化提升，提高隧道运行效率和事件处置能力，维护城市基础设施有序运行。“向地下要空间”成为城市发展的重要方向。基于统一的智慧隧道管理平台，实现运行管理与预警预测全面监管，是推动城市隧道管理手段、管理模式、管理理念创新的重要举措。