張海城

［上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092］

0 引 言

城市地下道路是指地表以下供機動車或兼有非機動車、行人通行的城市道路[1]。近年來，土地資源緊缺，出于對生態(tài)保護、改善環(huán)境、提升區(qū)域功能以及提高城市綜合競爭力等多重因素的考慮，城市地下道路數(shù)量越來越多，規(guī)模越來越大。

近年來，計算機、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術發(fā)展，為長大地下道路運營安全和效率提升提供了更多智慧化手段，新技術與傳統(tǒng)基礎設施結合，發(fā)展智慧地下道路是未來行業(yè)發(fā)展趨勢。智慧交通作為信息技術與基礎交通設施建設高速發(fā)展的融合，近年來炙手可熱。2014 年，交通運輸部部長楊傳堂做了《深化改革務實創(chuàng)新加快推進“四個交通”發(fā)展》的報告，提出將“四個交通”（即綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通）作為當前和今后一段時期交通運輸發(fā)展的主旋律，并指出智慧交通是實現(xiàn)“四個交通”的關鍵。2019 年9 月，中共中央、國務院印發(fā)了《交通強國建設綱要》，發(fā)展先進智慧交通，通過集成應用先進的信息、通信、傳感、控制等技術，使人、車、路相互作用關系以新的方式呈現(xiàn)，從而實現(xiàn)實時、準確、高效、安全、節(jié)能的目標。

1 地下道路信息化應用現(xiàn)狀與問題

信息化智能化水平是衡量隧道管理現(xiàn)代化發(fā)展水平的重要標志。經(jīng)過約20 a 的建設和發(fā)展，地下道路信息化取得了一定進展，信息技術應用達到一定的水平。但從總體上看，信息化發(fā)展水平還較低，遠不能滿足建設現(xiàn)代隧道管理體系的要求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 基礎薄弱

標準規(guī)范弱：雖然出臺了部分標準和規(guī)范（包括國家標準和行業(yè)標準），能夠解決某些點和線上（例如機電系統(tǒng)）的業(yè)務信息化問題，但總體上覆蓋的范圍有限，缺乏機電新系統(tǒng)的標準化制定（例如地下定位導航系統(tǒng)、智慧交通管控系統(tǒng)），不能為智慧地下道路系統(tǒng)建設提供全局的指導。

硬件設施弱：目前已經(jīng)建成的信息系統(tǒng)，大都采用了“煙囪式”架構，每一個IT 系統(tǒng)都有自己的存儲和IT 設備，以及獨立的管理工具和數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)之間基本無法共享數(shù)據(jù)和信息，利用率較低，維護成本高，總體上硬件設施比較薄弱，無法滿足現(xiàn)代隧道運營管理的需求。

應用軟件弱：首先是應用軟件覆蓋的業(yè)務范圍非常有限；其次是應用軟件的標準化程度低。

保障措施弱：一方面，專業(yè)人才隊伍缺乏；另一方面，信息系統(tǒng)運營維護管理制度不盡完善，配套資金常常不能滿足實際需要，缺乏長遠發(fā)展規(guī)劃。

由于信息化基礎整體薄弱，隧道行業(yè)監(jiān)管嚴重地依賴于人工工作，自動化水平整體不高，影響了業(yè)務效率和業(yè)務水平，影響到智慧地下道路系統(tǒng)的發(fā)展。

1.2 數(shù)據(jù)資源化水平低

數(shù)據(jù)標準化程度低：除個別業(yè)務領域外，在隧道建設、運營、養(yǎng)護、辦公和公眾服務等業(yè)務領域，都沒有形成業(yè)務數(shù)據(jù)標準化所需的標準體系。

數(shù)據(jù)可共享水平低：由于“煙囪式”架構在已建成信息系統(tǒng)中的廣泛采用，導致不同的信息系統(tǒng)各自使用獨立的信息資源，包括各類數(shù)據(jù)資源。系統(tǒng)之間沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標準，缺乏數(shù)據(jù)交換與共享，難以實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的協(xié)同。

數(shù)據(jù)整合水平低：數(shù)據(jù)由不同的業(yè)務應用系統(tǒng)產(chǎn)生、管理和維護，且“煙囪式”架構導致不同業(yè)務應用的資源難以共享，從而影響了數(shù)據(jù)資源的整合水平。

數(shù)據(jù)深度分析和利用水平低：已開展的數(shù)據(jù)深度分析和利用工作總體上深度不足，對實際工作的指導作用有限，尚不具備有效支撐交通運輸管理決策的能力。

總體上看，目前隧道領域的“信息孤島”現(xiàn)象較為嚴重，數(shù)據(jù)和信息的資源化水平總體不高，給交通數(shù)據(jù)的綜合利用構成了障礙。

2 與傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的關系分析

隨著信息化技術的發(fā)展，智慧地下道路系統(tǒng)建設將以隧道綜合管控和道路保暢為導向，提供環(huán)境監(jiān)測、事件預防、事故處置、誘導指揮、機電運維的綜合能力。從預防角度實現(xiàn)隧道監(jiān)控自動化，從處置角度實現(xiàn)事件處置智能化，從運維角度實現(xiàn)隧道資產(chǎn)管理數(shù)字化。

在保證數(shù)據(jù)標準、接口標準一致性的前提下，充分利用隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的交通流數(shù)據(jù)、視頻信息以及原有隧道綜合監(jiān)控設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，打通兩大系統(tǒng)，建立公共的信息數(shù)據(jù)庫。

新增全息感知智能化設備，采用大數(shù)據(jù)算法模型分析提升預測預警、狀態(tài)研判能力，提升交通運行管控效率，實現(xiàn)更智能的決策功能，采用領先的定位導航技術實現(xiàn)智慧交通引導，采用AI 視頻分析技術提升隧道防災應急處置能力，采用聯(lián)控動控制管控技術實現(xiàn)全壽命周期的智慧養(yǎng)護管理，見圖1。

圖1 與隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的關系

3 智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)平臺架構設計[2]

發(fā)展智慧地下道路系統(tǒng)，促進“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通發(fā)展，讓人民群眾出行更便捷。打破傳統(tǒng)的“煙囪式”條塊分割，在系統(tǒng)層面做到隧道行業(yè)信息系統(tǒng)整合和交通數(shù)據(jù)開放共享。

結合隧道行業(yè)信息化、智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)建設及規(guī)劃項目現(xiàn)狀，基于現(xiàn)代信息技術發(fā)展，特別是云計算/ 大數(shù)據(jù)、云邊端的參考架構，本文提出了智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)的總體框架體系，可以概括為“五層三體系”[3]。系統(tǒng)架構見圖2。

圖2 系統(tǒng)架構圖

“五層”分為數(shù)據(jù)感知層、基礎設施層、數(shù)據(jù)資源層、邊緣計算層、業(yè)務應用層。

“三體系”分別是標準規(guī)范體系、信息安全體系及管理制度體系。

3.1 數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)采集和感知設施主要分為自采和共享兩個方面。

（1）自采：主要依靠數(shù)據(jù)采集設施來采集隧道里的數(shù)字化信息，包括基礎設施數(shù)字化信息、交通視頻、氣象信息、交通流狀態(tài)、交通事件、交通環(huán)境、交通運行管控等動態(tài)數(shù)據(jù)。

（2）共享：是指從其他系統(tǒng)平臺獲取數(shù)據(jù)。

信息發(fā)布及執(zhí)行設施：包括情報板、廣播、電子指示標志、微信/微博等公眾號以及互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站服務等。

3.2 基礎設施層

智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)的基礎設施層，依托云平臺資源和本地專用硬件設備等，用于承載數(shù)據(jù)、公共信息平臺和業(yè)務應用的正常運行。包括計算、存儲、網(wǎng)絡、安全、云服務等IT 基礎設施設備；通過多種網(wǎng)絡通信能力實現(xiàn)終端、設備、數(shù)據(jù)、應用等互聯(lián)互通，涉及互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、視頻專網(wǎng)以及其他專網(wǎng)等，讓隧道各業(yè)務部門協(xié)同互通。

虛擬化資源池的基礎設施包括計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡資源以及配套的機房、機架或機柜、供配電、空調(diào)、門禁等。貫徹基礎設施即服務（IaaS）的設計思想，將包括主機、存儲、網(wǎng)絡及其他硬件在內(nèi)的硬件設備虛擬化、云化、池化，形成一個彈性的基礎設施資源池，并通過云管理平臺進行統(tǒng)一管理和監(jiān)控。

智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)需要的通信網(wǎng)絡應該是高度智能化、具有高度柔性和適應能力的網(wǎng)絡，包括專用網(wǎng)和運營商網(wǎng)絡，覆蓋有線和無線網(wǎng)。滿足可擴充性和靈活性、具備高安全性、確保服務質(zhì)量保證（QoS）以及高效的可管理性。

3.3 數(shù)據(jù)資源層

支持基礎數(shù)據(jù)全局統(tǒng)一的采集、存儲和服務，包括數(shù)據(jù)抽?。ㄇ逑? 轉換/ 加載）、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)集市，形成結構化數(shù)據(jù)庫和非結構化數(shù)據(jù)庫。結構化數(shù)據(jù)包括基礎數(shù)據(jù)庫、業(yè)務數(shù)據(jù)庫、主題數(shù)據(jù)庫等，非結構化數(shù)據(jù)包括視頻、圖片、文檔等，建立起元數(shù)據(jù)管理。

建成全面、完善、權威的隧道行業(yè)公共信息平臺，實現(xiàn)各應用系統(tǒng)之間信息共享與交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合管理和綜合應用，為各級管理機構提供輔助決策支持、為公眾交通信息服務提供數(shù)據(jù)支持，提供了打破傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的煙囪式布局的有效途徑。

建立規(guī)范可行的數(shù)據(jù)采集機制、數(shù)據(jù)更新機制、數(shù)據(jù)共享機制，從根本上保證交通數(shù)據(jù)資源的全面規(guī)范采集、及時有效更新、合理共享與交換。

3.4 邊緣計算層

可實現(xiàn)接收、處理和轉發(fā)來自數(shù)據(jù)感知層的數(shù)據(jù)流，提供智能感知、安全隱私保護、數(shù)據(jù)分析、智能計算、過程優(yōu)化和實時控制等服務。邊緣計算層包括邊緣網(wǎng)關/ 邊緣控制器/ 邊緣云/ 邊緣傳感器等設備，封裝邊緣側的計算、存儲和網(wǎng)絡資源。此外，還包括邊緣管理器軟件，主要是提供業(yè)務編排或直接調(diào)用的能力，操作邊緣計算節(jié)點完成任務。

3.5 業(yè)務應用層

業(yè)務應用層包括隧道管理的主要業(yè)務處理系統(tǒng)。業(yè)務處理系統(tǒng)是對業(yè)務處理過程進行針對性支持的信息系統(tǒng)，是完成具體工作的工具。工作人員能夠使用信息化工具，將交通基礎設施作為一種資源進行全方位的管理，也能對交通基礎設施維護的全過程提供信息化支撐。

智慧應用系統(tǒng)基于融合的交通大數(shù)據(jù)和統(tǒng)一的支撐工具，提供交通運行管控、交通引導、節(jié)能控制、隧道消防、養(yǎng)護管理及可視化等業(yè)務應用，形成業(yè)務覆蓋全面、重點突出、兼具分析廣度和深度的體系化、自動化、智能化的分析應用體系，為隧道運營管理者提供科學規(guī)劃與決策的依據(jù)。

3.6 渠道層

渠道層面向終端用戶提供訪問智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)的用戶界面，包括內(nèi)部用戶和公眾用戶。支持包括個人計算機（PC）和移動終端（智能手機、平板電腦等）的多種手段，以及客戶端（Client）、瀏覽器和移動應用（APP）等形式。

信息發(fā)布設備包括：設置在交通基礎設施沿線現(xiàn)場的情報板、控制中心/ 服務區(qū)的大屏、信息發(fā)布網(wǎng)站、移動APP、微信/ 微博公共號、短信、廣播、電子指示標識以及導航地圖類第三方互聯(lián)網(wǎng)應用軟件。

3.7 信息安全體系

信息安全體系是智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保障和必要條件。依據(jù)《中華人民共和國網(wǎng)絡安全法》、《信息安全等級保護管理辦法》（公通字[2007]43 號）和最新的網(wǎng)絡安全等級保護2.0 標準規(guī)定的安全要求，全面評估系統(tǒng)安全威脅對三類受侵害客體的侵害程度，綜合確定系統(tǒng)的安全保護等級，在此基礎上制定智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)的信息安全策略，確保信息系統(tǒng)的安全，特別是數(shù)據(jù)安全。

構建統(tǒng)一的安全平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一入口、統(tǒng)一認證和統(tǒng)一授權等功能，使智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)生產(chǎn)流程在受控和受保護的情況下進行，為平安智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)提供經(jīng)濟、有效的安全服務，保障系統(tǒng)安全運行。

根據(jù)《大數(shù)據(jù)安全標準化白皮書》，保障數(shù)據(jù)不被竊取、破壞和濫用，以及系統(tǒng)的安全可靠運行，需要構建包括系統(tǒng)層面、數(shù)據(jù)層面和服務層面的大數(shù)據(jù)安全框架，從技術、管理和運行等方面多維度保障應用和數(shù)據(jù)安全。

3.8 標準規(guī)范體系

隧道行業(yè)智慧化信息系統(tǒng)標準規(guī)范體系主要包括以下幾方面：

（1）充分利用現(xiàn)有的ICT（信息通信技術）標準規(guī)范體系，包括但不限于通信工程、系統(tǒng)與軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等方面的標準規(guī)范；

（2）在充分利用現(xiàn)有標準體系成果的基礎上，針對隧道行業(yè)特點和現(xiàn)有標準體系的不足，加以必然的完善，并補充必要的新標準。

3.9 管理制度體系

建立完善的管理制度體系，包括管理制度、管理機構、人員管理、系統(tǒng)建設管理和系統(tǒng)運維管理。安全管理和服務應滿足網(wǎng)絡安全等級保護2.0 對管理方面的要求。

以云計算平臺上線正式運行后的常態(tài)化安全保障工作為目標，針對自評、測評、審計、檢查、加固等各服務環(huán)節(jié)，建立適合智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)管理運維的常態(tài)化檢測和安全服務機制。

4 結 語

智慧地下道路系統(tǒng)系統(tǒng)的建設不是傳統(tǒng)系統(tǒng)那樣的“煙囪式”布局，不能依靠設備堆砌方式來實現(xiàn)，而是需要有統(tǒng)一的、開放的、適應技術發(fā)展的系統(tǒng)架構。在新興技術的推動發(fā)展下，智慧地下道路系統(tǒng)的發(fā)展前景廣闊，潛力巨大，將有效的提升隧道體驗者的服務水平和隧道運營管理者的管理水平。