虹梯關隧道監控系統改造工程設計方案

段飛飛

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司,山西 太原 030032)

1 項目概況

長平高速公路是山西省“三縱十一橫十一環”交通網的重要組成部分,也是晉煤外運的一條重要通道。虹梯關隧道是全線重點控制工程,其長度超過13 km,于2013年建成通車。虹梯關隧道通車運營至今已近十年,在隧道提質升級項目中經過對隧道排查發現:(1)隧道電子限速標志故障,本地無法正常顯示;(2)微波車輛檢測器損壞,無法檢測交通量數據;(3)2臺一氧化碳/能見度檢測器損壞;(4)隧道目前為標清視頻平臺,監控攝像機老化嚴重,故障率高,且圖像質量差;(5)虹梯關隧道部分火災報警設備損壞。

為確保隧道管理工作正常有序開展,進一步提升虹梯關特長隧道設備完好率,亟需對其進行監控設施提質升級改造。

2 改造設計原則

(1)選用技術先進、應用成熟的監控系統方案實施。

(2)選用可擴展的系統架構進行選型設計,新系統在選用時應考慮與已有系統的兼容性。

(3)盡量不改變隧道主體工程結構,隧道內設備安裝不得侵占隧道限界[1]。

(4)盡可能利用現有供電條件及傳輸鏈路[2],杜絕資源的浪費。

(5)系統的安全性設計原則。

整體性原則:設計應結合現有的系統,照顧到整個網絡系統的全局,保證各系統在采用了安全措施后,仍能正常地協調一致地工作,且原有系統的運行效率不能明顯降低。

實用性原則:應能最大限度地發揮應有的作用,更好地保證系統安全,且由于增加了安全系統應能減少用戶和系統維護人員的工作量,使用方便,界面友好。

先進性原則:安全體系設計充分考慮計算機行業的技術發展趨勢和前沿應用經驗。

可靠性原則:軟、硬件產品選型必須采用技術成熟的主流產品,保證運行穩定可靠。

經濟性原則:所選設備應具有最好的性價比。

安全性原則:所選軟、硬件產品要有國家安全部門的產品許可證。

可發展性原則:具有可擴展性,可適應整體系統的未來發展和升級需求。

3 改造內容

改造工程設計方案主要內容:根據對虹梯關隧道內監控設施運行現狀的調研情況,參照隧道提質升級行動技術指南、現行公路隧道附屬設施設計相關規范及機電設備技術更新采用等相關要求,對不符合提質升級指南及現行規范的部分進行改造,對老化損壞的監控設備進行更換、維修。

3.1 隧道高清改造方案

(1)視頻監控系統現狀

虹梯關隧管站管理模式為:省中心-片區中心-隧管站,隧管站圖像均上傳至片區中心。

①虹梯關隧道內攝像機均為模擬標清攝像機,運營至今已近10年,設備的使用壽命已經接近了設計使用年限,整個系統存在可靠性低、圖像質量差、故障率高、備品備件原廠家已不在生產,沒有替代配件等一系列問題,系統已經不能滿足隧道日常安全管理的需求。

②隧管站目前視頻平臺為標清平臺,顯示設備均為標清監視器,無論是實時監控還是事件錄像回放,都只能看到交通運行大致情況,無法獲得更多的細節信息。經常造成圖像模糊,傳輸設備運行不穩定,維護成本高昂等問題。

③事件檢測效果不理想:事件檢測圖像源只有標清級別,事件檢出率低,后續視頻圖像源改造為高清級別后,需要對事件檢測系統進行升級以適應匹配高清圖像的事件檢測分析。

(2)視頻監控系統改造方案

虹梯關隧道高清改造主要由前端圖像采集系統、網絡傳輸系統、顯示系統、存儲管理控制系統、事件檢測系統組成,其中前端圖像采集系統包括隧道上下行洞口監控、隧道內監控、人行/車行橫洞監控、緊急停車帶監控、變電所監控等。

對虹梯關隧道視頻監控設備進行高清改造,首先將虹梯關隧道2套洞口云臺攝像機、隧道內210路固定攝像機、36套緊急停車帶球機、29套變電所球機均更換為高清監控攝像機;再將虹梯關隧道管理站視頻監控系統的數據傳輸、存儲、解碼、顯示、處理設備更換為高清視頻設備;本次改造工程視頻存儲設備采用32路硬盤錄像機,且硬盤錄像機兼具事件檢測功能,節省事件檢測分析儀工程量;在隧道左右洞各敷設2根48芯單模光纜;并在改造結束后對隧管站監控室操作臺、監視器布局、監控室地板等進行恢復。

①外場部分

對隧道內及隧道變電所監控攝像機進行一對一更換高清設備,供電路由利舊。在隧道左右洞各敷設2根48芯單模光纜,用于隧道內視頻及數據的傳輸。

視頻數據利用高清環網接入設備經光纜傳輸至隧道管理站監控室三層以太網交換機。

②隧道管理站部分

將隧道管理站監控室監視器墻更換為46寸超窄邊液晶拼接屏,采用4行×9列共36臺顯示器。并配相應的三層以太網交換機、視頻服務器、視頻存儲服務器、磁盤陣列、高清解碼器、視頻管理軟件等。實現高清視頻圖像在隧道管理站的顯示、存儲及處理工作。并在改造完成后對監控室設備布局進行恢復。

硬盤錄像機硬盤容量計算:滿足按照高清格式視頻數據存儲的寫入/回放性能,以及最低30天的存儲容量[3]。

表1 隧道視頻存儲容量計算表(按277路視頻存儲一個月計算)

按照8T企業級硬盤配置,需要54塊硬盤來滿足存儲需求。

③攝像機供電方案

對隧道內及隧道變電所監控攝像機進行一對一更換高清設備,供電路由利舊。

④軟件修改

本次改造需要考慮隧道管理站視頻管理軟件。另外,視頻監控系統在高清改造后應計量監控系統軟件修改工程量,以實現改造后高清視頻系統與隧管站現有監控系統平臺的對接。

⑤安裝要求

隧道攝像機原址安裝,對支架不牢固部分進行固定修復,焊接后支架應做防腐處理。

⑥施工交通組織方案

建議高清改造過程中,首先配置隧道管理站內監控設備,并對站內系統進行調試,顯示屏更換過程中,可將隧道內視頻圖像在顯示器上切換顯示,以滿足對隧道內情況進行實時監控的需求。隧管站設備調試完成后再對隧道內攝像機進行更換,首先將新增的48芯光纜敷設在隧道內,保證視頻傳輸通路。最后進行攝像機的逐段更換。

在已通車的隧道內實施改造工程必然會對正常交通組織產生一定的影響,必須在交警和路政等相關部門的大力指導和配合下方可進行。施工交通組織的目的是為了車輛順利通過施工區,保障工程施工的安全。高速公路運營管理單位及施工單位應在施工期間結合設計圖紙和現場情況,編制詳細、具體的施工組織設計。

需要在隧道側壁安裝設備時,僅封閉一條車道;施工完畢后恢復交通。由于隧道光線較差,無論在洞內哪個斷面設置施工控制區,在洞口都必須設置交通標志,而且要配備交通指揮人員或交通信號燈。施工應盡量選擇在交通量少的時間段下進行。

本項目施工作業區交通設施設置方案,需滿足《公路養護安全作業規程》(JTG H30—2015)中關于“隧道養護作業控制區布置”的相關規定。

隧道施工作業控制區宜按照警告區、上游過渡區、縱向緩沖區、工作區、下游過渡區和終止區的順序依次布置。各區最小長度應參照《公路養護安全作業規程》中相關規定。

隧道施工改造過程中,當高清改造作業影響原建筑界限時,應設置限高、限寬標志。

當施工工作區起點距隧道入口不大于1 km時,施工作業區布置見圖1。

Z—終止區;Lx—下游過渡區;G—工作區;H—縱向緩沖區;LS—上游過渡區;S—警告區。

當施工工作區起點距隧道入口大于1 km時,施工作業區布置見圖2。隧道入口處應增設施工標志,隧道內警告區宜采用電子顯示屏提示。

Z—終止區;Lx—下游過渡區;G—工作區;H—縱向緩沖區;LS—上游過渡區;S—警告區。

3.2 隧道AI智能管控系統

(1)設計范圍

在虹梯關隧道雙側洞口各布置AI智能數據采集攝像機一套,共計4套。

攝像機安裝可通過吊裝、支架方式安裝。燈具安裝位置建議在距離抓拍設備前方20 m處或根據現場調焦位置確定,安裝時宜在行車方向右側側壁安裝。嚴禁選用爆閃燈或對司機容易產生視覺沖擊等影響行車安全的燈具,嚴禁在隧道內迎車方向正面安裝燈具。AI設備安裝支架由廠家提供,設備安裝嚴禁侵占隧道限界,安裝過程中可適當調整設備安裝高度,以滿足隧道限界要求。

在虹梯關特長隧道管理站增設一臺隧道智能管控平臺服務器(含軟件),通過前端AI數據采集設備,結合平臺智能分析軟件,實現可視化顯示過往車輛信息,并實時監控;可實現對車輛的實時管控;可顯示實時車輛位置,并做出提示;可顯示車流量信息,平均速度;可按車輛特征、車牌號、車型檢索錄像;可實時顯示隧道車輛運營情況;可實現利用原有洞內模擬圖像配合尋車;原有的模擬圖像接入新建管控平臺,可實現配合洞內尋車。

軟件調試時,應考慮對原有監控平臺的升級,實現數據對接。

(2)數據傳輸

每套AI數據采集攝像機通過就近的監控配電箱供電,網絡通過隧道原有的光端機鏈路回傳,將原有的模擬光端機更換為光收發器。通過1對1模式分別傳輸到隧道管理站機房內,通過以太網交換機接入管控平臺。

(3)隧道智能管控平臺實現功能

①過車信息監控

軟件可實現對隧道內車輛進行實時監控管控,對隧道過車信息進行實時采集與監控,軟件界面至少具有如下功能。

大型車輛識別:當有大型車輛進入隧道時,車輛的信息會顯示在大型車輛列表,并在二維的圖形化上實時顯示大型車輛的位置,提醒監控人員有大型車輛進入隧道。

實時車輛信息:每當有車輛進入隧道后,會實時顯示當前隧道車輛信息,車輛駛出隧道后會從實時車輛隧道上消失。

車輛告警:如果隧道內發生事故、擁堵等車輛異常信息時,會在相應的車輛告警信息上顯示告警車輛信息,包括告警類型、車輛類型、告警位置。

實時車流量信息:實時的過車數據可以分析當前隧道的實時車流量信息,以及實時的平均車速。

②歷史查詢

隧道內的實時車輛信息會存儲在相應的存儲服務器上,當有需要的時候可以根據時間、車輛類型、過車類型等維度進行歷史數據查詢,并且可以調取相應的過車圖像進行查看。

③統計分析

當數據積累到一定程度時,可以在時間、車輛類型、過車速度、異常事件等維度對數據進行統計分析,形成統計分析報表。可以圖形化和列表化展示分析報表。

④設備監控

設備監控功能是對隧道內的攝像機、照相機等設備進行監控實時狀態,如果設備狀態異常,則會發生設備異常告警。

⑤智能巡檢

智能巡檢功能是通過對真實隧道信息進行3D建模,形成隧道3D沙盤模型。檢修人員可通過3D模型直接點擊某一臺設備查看設備的維修記錄等相應的歷史數據,做到設備狀態的追根溯源。

3.3 隧道廣播系統、交通信息采集系統改造

(1)對虹梯關隧道損壞的隧道限速標志進行更換,本次僅更換版面,立柱、基礎、傳輸及供電路由利舊。

(2)對隧道損壞的微波車輛檢測器、一氧化碳/能見度檢測器設備進行更換,僅更換設備,立柱、基礎及傳輸供電路由利舊。

(3)對隧道損壞的光纖光柵檢測單元串及光纖光柵主機進行更換。虹梯關特長隧道監控室硬盤陣列存儲時間不滿足規范要求,需增加硬盤。

4 結 語

依據隧道提質升級行動技術指南及現行公路隧道附屬設施設計相關規范要求,提出了虹梯關隧道監控系統改造工程設計方案,通過本次改造,實現虹梯關特長隧道監控設施功能完備、運行可靠,對隧道內發生的事故事件實現早發現、早解決、細節信息可顯示等目的。