浅谈高速公路隧道监控.docx

浅谈高速公路隧道监控
交通是一个国家的的血脉，是国民经济的基础和先导产业，一个国家的经济发达与否很大程度要看该国的交通发展状况。我国山地丘陵区面积约占国土总面积的69%。由于过去公路建设资金的短缺在山区或丘陵区修筑的公路多以盘山公路为主。这种公路不仅等级低，绕行里程长，占用可耕地多，而且存在着能耗高，安全隐患多，生态环境破坏大等不利因素，因而交通事故频发，造成巨大经济损失和大量人员伤亡。
隧道建设是提高公路等级，实现资源节约型、环境友好型交通的重要措施之一，也是实现高速、快捷、安全运输的重要工程设施，隧道在现代化公路交通运输发展中起着不可替代的作用。随着经济的迅速发展和公路交通建设规模的日益扩大，新的勘察设计理念逐渐成熟，施工技术不断进步，我国公路隧道建设得到迅速发展。由于隧道的环境特殊，隧道的安全性以及隧道管理的稳定性是隧道运营状况最重要的考核指标，因此隧道对通风、照明、交通控制等监控系统的要求非常高，工业化软件产品性能指标、网络性能等对整个系统的安全平稳运行至关重要。利用现代化的控制理论和先进的监控设备，建立一套完整的隧道监控系统，调节交通流、控制隧道通风和照明，防患事故于未然，对于提高隧道行车的安全性、快速性和舒适性尤为重要。
隧道监控按照各个子系统可分为：中央控制系统、交通监控系统、闭路电视系统、紧急电话系统、有线广播系统、火灾报警系统、环境检测系统等几个子系统。具体内容如下：隧道监控等级及监控设施设置内容的确定；现场监测、控制和诱导设备的类型选择和设置位置选择；隧道变电所内监控设备选择和系统构成；隧道管理救援站系统构成以及网络系统、显示设备的设计；图像传输与控制系统设计；火灾报警设备的确定、系统构成及设计；紧急电话、有线广播系统的构成及设计；监控系统软件配置等。
中央控制系统
中央控制系统指挥各子系统的工作，并负责各子系统之间的联系与协调。各子系统通过中央控制系统进行信息交换、汇总、显示、统计、打印，为隧道管理人员提供隧道综合信息及决策信息，提供人机接口、手动控制等功能，确保隧道交通运营的安全、通畅。
中央控制系统主要由隧道管理救援站监控机房内计算机局域网和隧道现场控制网络组成。隧道现场设置多台区域控制器，可独立完成外场设备的信息采集与设备控制。区域控制器之间、区域控制器与中控室内计算机之间通过现场控制网络进行通信
中控室内的设备主要由交通监控计算机、图形计算机、电力监控计算机、通风照明监控计算机、消防火灾监控计算机、异常事件管理计算机、ACU管理控制计算机及广播控制计算机等、打印设备、网络设备、显示设备、综合控制台、闭路电视设备等组成。现场控制网络主要由多台可独立完成外场设备的信息采集与设备控制的区域控制器构成。
中央控制系统由中控室内的服务器、工作站、紧急电话设备、线广播设备、打印机、网络设备、UPS、综合控制台、闭路电视设备等组成。
交通监控系统
交通监控系统由现场控制和隧道现场监控设备组成。现场控制网络主要由隧道上、下行区域控制器ACU、变电所内的区域控制器ACU、工业以太网交换机、合兴隧道管理救援站内以太网交换机、连接光缆等组成，隧道的现场控制网络采用工业以太网方式。
监控系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件主要包括操作系统、网络管理软件、通讯软件、数据库以及开发平台等等。应用软件主要包括信息采集模块，数据模块，控制方案执行模块、信息显示模块、统计查询和报表生成模块、数据档案存储模块、设备监测模块等等。应用软件应采用模块化结构，应满足高可靠、实时响应快、安全性好、开放性好，系统应易于操作、易于维护、可扩展性好。
闭路电视系统
闭路电视系统主要由外场监控摄像机、视频传输系统、数字化视频管理软件、视频显示系统、IPSAN存储系统及交通异常事件检测系统等构成。
中控室内设备：电视墙、视频传输系统、数字化视频管理软件、视频以太网交换机、视频存储存储系统、交通异常事件检测系统。
外场设备：在隧道的洞口设置全方位彩色摄像机（含云台、变倍镜头、自动光圈、解码器等）；在隧道内每间隔150m设一台具有背光补偿及强光抑制的固定彩色摄像机，配有自动光圈以适应光线的变化；隧道内行车横洞前增设1台全方位彩色摄像机（含云台、变倍镜头、自动光圈解码器等）。在隧道变电所设备间内各设置3套彩色半球摄像机，安装在高压室、低压室、电源室内。
传输设备：视频传输系统主要负责将外场视频信号及控制信号上传至隧道管理救援站监控机房，由监控机房进行集中管理，并由将视频信号及控制信号上传至监控分中心。视频传输系统主要由视频传输设备（包括视频数字光端机、视频分配器、视频编解码设备）及视频传输通道（包括传输光缆及通信系统提供的传输信道）组成。
在隧道管理救援站设置交通异常事件视频分析仪，设置了22路常事件视频分析仪，负责对隧道出入口第一组摄像机，以及紧急停车带处（见图纸部分）附近的摄像机图像进行分析、检测。
交通异常事件视频分析仪能对检测到的交通异常事件（包括：撞车、非法停车、逆向行车、行人、烟雾以及行车中的泄漏物等）进行声光报警，将事件画面切换成监视器当前显示画面，并对事件发生的前后三分钟进行录像及回放。具有交通数据检测功能：能实时的分析视屏图像，检测出交通数据：车流量、平均速度、车间距、车道占有率、车型等。
交通异常事件视频分析仪接入隧道管理救援站以太网交换机，异常事件服务器和异常事件管理计算机接入以太网交换机网路，由异常事件服务器统一存储和管理。异常事件管理计算机通过以太网实现多对整个系统工作状态的控制。
数字化视频管理软件平台主要具有IP组播功能、软矩阵视频调度功能、报警信息联动和处理功能、存储策略配置和存储服务器的控制功能软解视频浏览功能等。
通过数字化视频管理平台可以管理所有网络上的视频编解码设备，通过配置网关软件对全网络设备进行实时监控和管理，实时监控所有前端监控点的声音及图像，可检索分中心及管理救援站的IPSAN存储图像，可实现网络矩阵功能（含手动视频切换、组切操作及轮巡功能）。
视频显示系统主要包括液晶监视墙（由液晶监视器、拼接大屏幕系统组成）及控制台桌面液晶监视器。
IPSAN存储系统采用视频编码设备直接写入IPSAN存储系统的分布部署、集中管理模式。在该模式下，监控录像数据从视频编码设备，经由IP网络，直接写入隧道管理救援站IP存储系统中，IP存储设备通过数字化视频管理平台在监控分中心实现监控录像数据的集中管理、检索与调阅。本存储方案还可实现存储意外情况下实现冗余备份的功能。
紧急电话系统
当隧道内行驶的车辆发生故障，或隧道内出现交通事故及火灾等情况时，司机或有关人员可通过隧道沿线设置的紧急电话分机及时向中控室发出报警，以便通知有关部门迅速采取措施，确保隧道内的行车及人身安全。
有线广播系统
在隧道设置有线广播系统，以便隧道出现紧急情况时，隧道管理救援站能利用隧道有线广播系统进行广播，及时疏导交通。
站内有线广播设备主要由有线广播系统分控器、信源设备（含调音台、专用麦克、卡座、CD等）、信号放大器、光端机、防雷配线箱等组成。
外场有线广播设备：由隧道入口布设一台25w扬声器、隧道内每50米布设一台15w扬声器及传输线缆等组成。外场有线广播音区由软件分区。
调音台共有8路输入、4路输出，能对每一路输入和输出进行音质、音量的调节并兼具前置放大作用。广播系统控制器是智能有线广播系统的指挥运作中心，主要用于完成由广播控制台发来的各种命令。控制器可以对不同负载音区的播放选择和控制输出，能将一个信源信息播放到需要播放的地方。功率放大单元主要完成对信号的放大播出，并将广播功率放大器放置在隧道内紧急电话机箱内。
火灾报警系统
目前火灾报警系统通常采用光纤分布式温度监测系统。光纤分布式温度监测系统是利用激光在光纤中传输能够产生散射，散射光波的状态受所在光纤散射点的温度影响而有所改变，可将温度信号实时显示出来。
隧道的火灾报警控制器和光缆感温探测器控制单元设于隧道变电所内，接收并处理火灾报警按钮的报警信号，产生声光报警信号，接入变电所的区域控制器内。火灾报警信号通过以太网传输至隧道管理站的消防火灾报警计算机，此计算机主要用于加强隧道管理站、对隧道火灾集中监控的能力。可控制CCTV系统显示火灾和事故发生的区段，报警可自动或人工解除。光缆探测器和手动火灾报警按钮设于隧道内。隧道内火灾报警按钮每间隔50m设一个，光缆探测器则沿着隧道纵向全长敷设在隧道顶部。
隧道火灾报警系统数据的实时采集；发生火灾情况时，在最短时间内发现，并将报警信息实时可靠地传送给隧道监控系统；系统具有高度的安全性，在与高层级系统的联系中断时，低层级系统具有独立运行的能力系统同时支持周期性和抢占性控制过程。一般控制过程周期性运行，控制指令在每个周期内执行；紧急情况的控制指令一旦得到有效的授权，立即执行。系统具有多级控制和决策支持功能。系统能够自主产生控制指令，同时，系统也允许来自操作人员和隧道管理救援站的指令作为系统的控制输入。但系统应该根据当前周期内的控制指令队列情况，以及当前系统和现场的实际情况，寻找出与当前控制指令相矛盾的指令，以及不能适应现场情况的控制指令；对于前者，应根据既有的优先级，按优先级的先后确定指令的采用与否，对于后者，则应抛弃之。处理情况应及时在人机界面上通知指令的输入方。
火灾事故能够在起火后一分钟内被发现，并配合监控系统实现在监控室内发出报警；火灾报警系统控制器通过以太网接口接入隧道监控系统的以太网交换机。当隧道现场发生火灾时，系统能够在一分钟之内，通过读取自动检测设备（以光纤火灾探测器为主，事件检测系统为辅）获知火灾发生的地点。
环境检测系统
环境检测系统包括：一氧化碳/能见度检测器、风速风向检测器。隧道CO/VI检测器为隧道专用型一体化CO、VI检测装置，安装在隧道边墙上，既能检测CO浓度，又能检测能见度。由发射/接收头和反射头组成，CO测量采用红外吸收原理，发射头发射特定红外线，通过3米测量通道再由反射头反射到接收头，通过测量特定红外波的衰减，测量CO浓度；能见度测量是通过另一分离通道，由发射头发射光波，通过3米测量通道到达接收头，通过测量光波的衰减测量能见度值。
做为一名隧道监控设计人员，在设计的过程中要做到区分重点，控制基本规模；宏观把握，考虑到隧道监控系统与全路监控系统协调一致；隧道监控系统的设计与其它机电工程子系统协调一致；隧道监控系统的设计与相邻路网监控系统协调一致；隧道监控系统的设计与贵州省现有监控系统协调一致；隧道监控系统的设计与全省高速公路监控系统总体规划协调一致；考虑到远期扩展的可能性，充分注意设计的兼容性、系统的可扩展性。系统除了满足当前需求外，还要有足够的扩充余地和广泛的联网能力，能随着交通量的增长而不断扩充、完善，以适应公路建设不断发展的需要和贵州省路网联网的要求；设计中本着实用、可靠、经济、先进、灵活的原则，做到功能完善，技术先进，可靠实用，便于维护。

7 / 7