2024年11月3日~6日，2024中国智能交通大会在杭州隆重召开。2024年11月6日，在城市智能交通创新发展论坛上，厦门市公安局交警支队党委委员警务技术二级主任覃智泉就《基于“数字孪生+AI”探索全息隧道应用 提升隧道交管新质生产力的思考与实践》做主题分享，本文系现场演讲整理而来，未经本人审核，如有错漏，敬请谅解。
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一、背景概述
厦门下辖6个市辖区，常住人口已达531万人，公路总里程数达3480公里，城市地形以陵园跟丘陵为主，而桥隧多是厦门城市道路的特点，厦门现有运行的公路隧道51座，其中包含2座海底隧道。
因为隧道路网比例低于车辆增长比例，隧道交通压力非常大，高峰时段各隧道的拥堵情况较为严重，同时，隧道独特的地理环境导致行车安全风险较高，特别是进出岛的海沧隧道——这是一个货运通道，大车多，大车在高速行驶情况下易造成重大事故的概率较高，交通形势较为严峻。
相对于普通路段隧道有着较为明显的特点。 一是多数隧道为单向交通，高峰时段容易出现拥堵的现象，另外车辆之间的跟车距离较短，追尾事故的发生概率较高； 二是环境特殊，一方面，隧道是一个相对封闭的空间，空气流动差，车辆排放的废气烟尘等污染物不易扩散，影响驾驶员和乘客的健康和能见度，另一方面，隧道存在“黑洞效应”，出入口处存在明显的光线变化，驾驶员的眼睛会在这个过程中出现短暂的视觉障碍； 三是应急救援难度大，隧道内发生事故后救援难度较大，隧道内空间有限，容易造成二次事故和人员伤亡。
来看厦门2024年1~10月份以来部分隧道的交通事故情况，并节选了排名前十的交通事故警情隧道。就数据来看， 隧道内发生交通警情预警的概率比普通公路上高，交通警情达到6948起。此外，2024年1~10月以来发生交通事故最多的10个隧道共有交通警情4149起， 隧道内的交通事故占总警情的59.85%，其中以海沧隧道最为严峻。
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二、问题思考
为了应对日益增长的隧道交通难题，部、省、市相关部门针对隧道的安全秩序等方面均提出了相关要求。
带着问题思考现有情况。
首先，传统电警设备在隧道执法中存在不足。一方面覆盖面小，隧道内抓拍点位多为定点抓拍，每个方向定点摄像头只能覆盖30～50米的距离，难以覆盖整条隧道，无法感知非抓拍点位置的违法行为，驾驶人员在非抓拍点位随意实现变道、超速等违法行为屡有发生，对隧道内交通安全带来严重威胁。另一方面，传统电警设备抓拍的类型也不全，一般的电警违法抓拍仅限于实线变道，对于隧道内不按车道行驶、中重型货车并行等可能影响隧道交通安全的违法行为缺乏手段。
其次，交通事故处置存在问题。一是无法精准确认事故点位，在隧道内发生事故时仅凭报警人的描述无法确认事故点位，并且隧道内是封闭空间，无法参照路面其他建筑物确定具体位置，导致出警警力无法第一时间掌握事故具体位置。二是无法掌握事故现场与交通流情况，由于传统监控系统的抓拍角度和覆盖度等问题，无法及时还原事故现场画面，也无法及时掌握事故现场交通流情况，事故现场有用信息反馈较少。
最后，缺乏有效的事故事后分析手段。在隧道通行过程中造成事故的原因有可能是超速、变道、开车接打手机等行为，现有平台分析技术无法进行实时违法取证，进行事故原因复盘分析，只能事后回放监看视频，取证难度大，往往未能发现通行隧道的车辆违法行为。
雷达设备可以吗？我们实验了雷达等新产品设备在隧道内的应用，但在隧道环境下雷达容易受到多径效应的影响，导致测量误差增大、抗干扰能力差、跟踪能力不足。此外，大型车辆的强反射体特性也会影响雷达回波强度，导致远距微小目标探测不稳定，隧道内的道路指示牌、风机、金属隔离栏等物体干扰也会导致雷达系统误报虚假目标。
为探索解决隧道管理难题，厦门交警支队2022年利用成立联合创新实验室契机，探索共研共学共用新机制，推进智慧交管领域新技术、新产品的孵化及应用，“治隧”正是多个课题的重要一环。
介于隧道封闭狭小的环境，如何实现全局视角一图统揽隧道内交通态势及实时信息？通过一些努力，我们有了一些想法—— 探索AI视频和数字孪生在隧道的应用，通过AI视频接力，对隧道内的通行目标进行全方位感知和跟踪，创建隧道元宇宙，实时展现隧道内的交通态势，每一辆车都是真实世界的映射。
具体来看，是在隧道口通过前置AI算法提取车辆的类型、品牌、车牌颜色、车牌号码、车型、轴数等详细车辆结构化信息，构建车辆全幅侧身图，为后端建模提供实景支持，要真实地呈现每一辆车的真实状况，在隧道元宇宙，可以清晰地统揽隧道全程交通态势， 以上帝视角观察隧道内的车辆总数、类型、拥堵情况、事件情况，分析统计情况等。
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三、探索实践
全息隧道不是技术化的堆砌，而是要应对当今隧道现存的突出问题， 从安全和畅通等角度进行全面提升，接下来分享一些探索和实践的成果。
目前，我们在 海沧、高崎、集源、机场下穿等4个隧道部署了全息隧道系统。海沧隧道是进出岛通道和货运通道，主要关注大货车通行状况，系统建设后，初期日均违法1232起，中期日均违法517起，同比下降58.04%，货车违法占用快车道，货车违法占用快车道、货车闯禁行效果显著，目前已几乎无货车占用快车道情况，闯禁行明显下降83.47%，其他违法行为也大幅下降。
另外三条公路隧道主要关注两轮车闯禁行情况，高崎隧道建设的全息隧道系统自投入以来，非机动车劝阻、实线变道成效显著，劝阻成功率为68.63%，进隧道非机动车数量从月均6318辆降至2013辆，实线变道同比下降60.57%。集源隧道、机场下穿和高崎隧道成效相似，系统投入使用后，实线变道违法行为大幅下降。
系统在厦门市政府的政务外网构筑了数据底座，为多部门信息共享提供了条件，数据底座提供统一的标准、数据格式，实现了信息的有效传递和共享，推动隧道管理从单一隧道向隧道集群管理模式转变，一张图统揽全市隧道交通态势。总体来看， “治隧”建设有5个业务创新点，包括能感知、硬管控、全防护、更精细、易联动。
以具体事故处理为例：2024年9月26日，系统主动检测到一个车辆故障并给出预警，6分钟交警到达现场，并利用隧道灭火器及时进行处理，15分钟左右应急消防部门到达现场进行联合处置，在系统建设之前，发生故障事件平均需要15分钟才能赶赴现场，现在能提前至6分钟，这是质的提升；2024年9月11日，海沧隧道发生一起三车连碰事故，系统第一时间预警，交警于6分钟内到达现场处置，10分钟后道路便恢复了正常，通过系统实时预警，交警于第一时间排除安全隐患，有效保障了隧道通行的安全。
数据基座承载了全市隧道交通态势，系统以实时预警数据为支撑，打破了信息孤岛、业务孤岛、流程孤岛，推动了交通、公安、应急等多部门协同管理，构建多部门联合处置机制，大幅提升了各部门对隧道交通态势的感知能力和管理处置能力。
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四、总结与思考
提升隧道交管新质生产力的总结。
一是隐患发现能力得到提升，多种事件检测融合，故障车辆、事故车辆发现能力明显提升； 二是管理效率得到提高，事故处置时间大幅缩短； 三是多发违法问题得到遏制，货车违法占用快车道、货车闯禁行、压实线、分心驾驶、区间超速等违法行为同比大幅下降； 四是部门联动效能得到加强，交警支队、交通运输局、桥隧管理中心、应急消防等部门实现信息共享，联动处置交通事故。总的来说，“治隧”系统在有效保障人民生命财产安全的同时，反哺优化了中重型货车的出行时间和隧道内的交通组织。
思考优化。
从全息系统隧道的应用，可以窥见未来全息系统可以扩展至桥梁、枢纽、路网等，但由于隧道的光照环境跟户外道路不同，仅仅是纯AI视频不一定能适用所有场景，需要探索其他辅助技术的可能性，例如增加另外的感知设备，但就目前来看，桥梁的环境比较符合AI视频的应用场景，未来我们也会探索全息桥梁系统建设。
当然系统也会存在问题，2024年10月，一辆货车在海沧隧道失控撞进隧道墙壁，全息平台一分钟后才给出事件预警，这是由于前端事故发生产生了大量烟尘，导致系统故障判断不及时，预警也比较滞后。同时，因为配套机制不够完善，应急救援过程中出现器材与事故现场不匹配的情况，严重影响了救援效率。因此，未来不仅要考虑在算法上进行优化，进行多事件检测融合，还要通过多个事件以及隧道内车辆运行态势，结合AI视频与智能网联车辆互联，从更多维度丰富隧道内实时数据，提升隧道管理效率。
工信部等5部委联合印发的《关于开展智能网联车路云一体化应用试点的通知》提出，隧道元宇宙结合AI视频与智能车机车辆数字身份载体，在高精度北斗定位基础上，能够得到更准确的车辆数据信息。同时，不仅交管部门、桥隧管理部门等可以第一时间掌握事故、事件预警信息，还能通过车路云一体化技术把相关信息推送到智能车机上，车主也能第一时间掌握预警信息，有效降低二次事故发生概率。
此外，全息系统与智能车机的交互，可感知车辆是否属于自动驾驶状态，并自动标注自动驾驶车辆，如若发生紧急情况，系统能够实现统一协同和编组运行，并引导自动驾驶车辆采取紧急制动和避让措施，也是我们在无人驾驶和车路云协同等方面下一步探索方向。
