高速公路隧道監控系統設計與實現

馮海玲

【摘 要】本文通過查閱大量的資料，對隧道監控管理所設備及軟件系統、隧道內現場光纖環網、視頻事件檢測系統、火災報警系統、多線制手動直接控制系統、照明控制系統、隧道有線廣播系統等隧道監控系統的組成部分進行設計，并對高速公路隧道監控系統實現進行了分析，以保證高速公路隧道的行車安全性。

【關鍵詞】高速公路;隧道監控系統;設計;實現

中圖分類號： U453.8文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）19-0196-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.095

1 高速公路隧道監控系統的概述

某高速公路隧道全長 3450 米，設計為雙向六車道、時速100KM/h，該隧道交通量巨大且多為集裝箱半掛車、交通安全形勢嚴峻。為了充分發揮隧道“安全、舒適、高效”的功能特性，保證較高的服務水平，實現對交通運行的宏觀管理和調度而建立了包括：隧道現場光纖環網系統、視頻監控系統、火災報警系統、視頻事件檢測系統、隧道有線廣播系統、多線制手動控制系統、照明控制系統等相對較完善的隧道監控體系。

2 隧道監控系統的設計

該隧道監控系統包括隧道監控管理所設備、軟件系統、隧道內的現場光纖環網、照明控制系統、視頻監控系統、火災報警系統、視頻事件檢測系統、隧道有線廣播系統等。通過上述設備監視沿線交通運行狀況，采集交通、氣象參數、監控隧道內環境、火災情況，形成一個良好的行車環境、保證行車和人身的安全健康，一旦隧道發生火災，監控系統能迅速做出反應，調整信號顯示、疏導交通、維持車輛的正常運行達到平滑交通流、控制車速減少交通擁擠和阻塞及時處理交通事故，減少二次事故的發生，保證服務水平、提高通行能力、減少車輛延誤。

2.1 隧道監控管理所設備及軟件系統

隧道管理所配置相應的存儲服務器、流媒體服務器、監控工作站交換機、電視墻、拼接器、廣播主機、激光打印機等設備，負責隧道的交通運營管理，及時對轄區內道路情況進行參數檢測、異常情況處理、視頻監視、交通信息發布以及系統日常運行操作，對路段的交通數據及其他各種參數進行匯總、統計、打印;向監控分中心傳輸圖像和數據，并接受其指揮控制。同時與消防救援、沿路醫療機構、交警、路政、養護部門實現互聯，在緊急情況下獲得相關部門單位的幫助和支援。

2.2 隧道內現場光纖環網

隧道現場光纖環網主要由PLC及隧道區段外場設備及現場工業以太網交換機組成。隧道區段外場監控設備（除攝像機外）分別掛接在就近的本地控制器上，本地控制器與現場工業以太網交換機相連，然后由現場工業以太網交換機組成的現場光纖環網與隧道管理所計算機系統進行通信。該隧道入口變電所、隧道出口變電所、各設置2臺主LC（放置于隧道洞口變電所內），各隧道現場光纖環網通過主LC處的現場工業以太網交換機與管理所工業以太網交換機相連，進行數據交換。隧道現場光纖環網占用4芯光纜進行連接，左、右洞各一根，光纜在隧道洞口變電所處，與主干光纜熔接后，通過主干光纜上傳，減少對主干光纜的損耗。可有效防止單個設備斷路影響整個系統通信，有效保障隧道監控設備的運行通暢。

2.3 視頻事件檢測系統

在管理所設置一套視頻事件檢測系統。視頻事件檢測系統由視頻事件檢測器、事件檢測工作站、輸入視頻及全套檢測軟件和管理軟件組成。其中，視頻事件檢測器、事件檢測工作站設置在隧道管理站內。該隧道左右洞共設置48套固定攝像機，其中44套用于視頻事件檢測及實時監控錄像。視頻圖像上傳至管理所后，經交換機分出接入CITILOG視頻事件檢測器，視頻事件檢測器與事件檢測工作站通過網口與隧道管理站內的以太網交換機相連，與隧道管理站內其他工作站、服務器共同構成區域監控中心計算機網絡系統。實時監測交通事故、交通擁堵、遺棄物、車輛停駛、煙霧、行人、車輛逆行、火災、重大災難等。并且系統具有聯動功能，當系統檢測到交通事件、事故時，系統能夠快速自動報警和自動錄像并自動彈出事故畫面在主顯示器上進行實時地顯示;值班人員可根據畫面對現場進行臨時調度，并及時改變可變信息標志、交通信號燈、車道控制標志等的顯示。為輔助洞內的交通安全管理和交通異常實時檢測提供幫助。

2.4 火災報警系統

本次工程在該隧道設置1套火災自動檢測報警系統和手動報警系統。隧道自動探測器選用光纖光柵火災探測器和三波長火焰探測器，火災報警信號通過總線由轉換中繼器傳達至隧道洞口設備機房的火災報警控制器，再通過LC光纖環網上傳到監控管理所。能及時、準確的反映出隧道內火災發生的地點，報警信號經火災報警控制器、光纖檢測主機傳至隧道管理站，并在火災檢測計算機上顯示相應位置報警信息，同時可經攝像機圖像進行確認，隧道管理站內的計算機系統制定出相應的控制交通的方案，包括啟動照明、通風、滅火系統、調整各外場設備的信息等，以便快速、有序的疏導隧道內的車輛和人員，保證隧道的安全運營。

2.5 多線制手動直接控制系統

多線制手動直接控制系統由多線制控制按鈕面板、開關量光端機、8芯單模光纖、及多線制控制軟件等構成。在隧道管理所通過多線制手動控制直接對消防水泵、風機進行控制，并可實時顯示水泵、風機的當前運行狀態。

2.6 照明控制系統

該隧道照明控制系統的控制由設置在隧道內的PLC本地控制器接入隧道管理所監控管理軟件，根據光強監測數據、CO/VI監測數據實現遠程控制，合理設置照明設施的點亮數量、時間、亮度，并且設置不間斷電源以保證斷電事故之后的正常照明及車輛在隧道的安全通行。

2.7 隧道有線廣播系統

在監控管理所設置1套有線廣播控制臺，控制和管轄該隧道的有線廣播。有線廣播信號通過光纖傳輸到各個隧道功放，信號通過外接揚聲器進行廣播。當隧道內發生交通阻塞、交通事故或火災等緊急情況時，值班人員可通過本系統對隧道洞內外進行廣播，指揮調度、疏導交通和組織救援等。

3 高速公路隧道監控系統實現

在高速公路大規模建設階段國內的隧道監控系統主要采用PLC為本地控制器對照明系統、消防滅火系統、通風系統、光強、CO/VI進行監測控制。總結以往經驗和教訓，該隧道在PLC對通風、照明、消防等進行控制的同時，加裝了一套多線制手動控制系統在事故發生時給事故響應提供了更多的操作選擇，為安全行車、隧道安全建立了雙保險。同時隨著科技進步、社會發展、人民對道路舒適程度要求的提高，相信不久的將來會有更多的性價比更高的智能交通設備及產品進入交通領域。

此外，高速公路隧道監控系統實現需要從各個角度來分析，例如，對于高速公路隧道監控系統中的照明系統來說，采用plc組態軟件采集相關數據有利于對隧道實施監控。由于系統控制主要經歷三個階段：數據采集，數據分析和調光控制。數據采集是實時采集現場數據。數據分析主要用來對現場數據進行計算，得出照明模式的理論值。調光控制則根據理論情況和現場數據調整照明，達到最佳照明模式為止。運用plc組態軟件進行數據采集的相關步驟及計算如下：

現場設備與現場控制器PLC直接連接，上位機中的系統采用串口通信的方法與現場控制器進行通信，可以讀取現場的實時數據。在本系統中，設置每秒鐘讀取一次。根據國家出臺的隧道通風照明設計規范，需要把隧道分為入口段、過渡段、中間段和出口段。各段的長度和亮度都有一定的標準。根據標準各行車段應滿足條件如下：（1）入口段的亮度公式Lth=k*L20（S），其中亮度折減系數k由隧道的類型，車流量以及車速來決定，L20（S）為隧道外亮度，單位為cd/m2。（2）過渡段由tr1，tr2，tr3三個照明段組成，與之對應的亮度分別為：Ltr1=0.3Lth，Ltr2=0.1Lth，Ltr3=0.035Lth。

（3）中間段、出口段及夜間亮度根據車速和車流量查表來得到。由此可見，需要檢測的主要參數就是隧道外的亮度、隧道內各路段的亮度、車流量和車速。在這里車流量和車速的采集主要是采用取平均值的方法，在每條車道的人口，出口和中間段各設置一個環形線圈，取三者的平均值作為現場數據進行處理。

4 結束語

綜上所述，目前我國公路隧道監控系統正朝著智能化、一體化、集成化的方向發展，將來隧道監控系統的設計將更加合理、設備將更加先進可靠、施工安裝工藝將更加規范。我們要不斷的研究新問題、新設備、新工藝、新技術，為我國公路隧道的安全可靠運行提供強有力的保障，保證人民群眾的行車安全，提高行車服務水平。

【參考文獻】

[1]潘家奇，嚴開軍.高速公路隧道監控系統的研究與應用[J].通訊世界，2017（24）：286-287.

[2]丘燦燦.河惠莞高速公路龍紫段隧道監控系統[J].中國交通信息化，2018（07）：121-123+129.

[3]陳上甫.高速公路隧道監控系統現狀及建議[J].交通科技，2016（06）：61-63.