隧道施工安全管理監(jiān)控系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

何江燕+陳勤富

【摘 要】 為全面加強(qiáng)呼鐵局待建和在建的鐵路隧道施工安全管理，本文研制了隧道施工安全管理監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人員的安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高工程施工的實(shí)時(shí)控制能力和規(guī)范化管理，并在八蘇木隧道進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)，證明能取得較好的監(jiān)控效果。

【關(guān)鍵詞】 鐵路隧道 監(jiān)控 施工安全

1 引言

在隧道工程建設(shè)施工過(guò)程中，施工安全管理是施工單位、建設(shè)單位、建設(shè)管理部門、路局領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注的重點(diǎn)。目前，隧道施工管理過(guò)程中基本上都是人工盯防，科技手段不多，管理缺乏實(shí)效。尤其是在施工人員管理、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理、工程質(zhì)量及進(jìn)度管理這幾方面的問(wèn)題尤為突出。因此，隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控和人員安全管理成為隧道施工安全管理的重要研究課題。鑒于我局新線建設(shè)項(xiàng)目的不斷增加，在建、待建的隧道數(shù)量很大，為了盡快提高施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控和安全管理，本文研制了一種能自動(dòng)監(jiān)測(cè)進(jìn)出隧道和隧道內(nèi)人員的數(shù)量及具體人員信息、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控隧道內(nèi)施工狀況，提高施工單位的現(xiàn)場(chǎng)管理水平，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)單位和建設(shè)管理部門可隨時(shí)調(diào)看現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面和隧道內(nèi)施工人員的實(shí)時(shí)信息，并將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和處理意見(jiàn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)下發(fā)，施工單位通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)反饋整改措施和效果的系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成及原理

隧道施工安全管理監(jiān)控系統(tǒng)分為兩大子系統(tǒng)，隧道人員管理系統(tǒng)和無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1 隧道人員管理系統(tǒng)

在隧道工程安全施工建設(shè)過(guò)程中，施工人員安全管理始終是各施工單位領(lǐng)導(dǎo)們關(guān)注的問(wèn)題。從隧道施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，控制施工人員在隧道中的出入，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握隧道施工過(guò)程中人員的進(jìn)出情況，準(zhǔn)確掌握在隧道內(nèi)施工的人員，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，推斷生產(chǎn)是否有序，人員是否到位，監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)人員工作是否正常，關(guān)鍵工作人員是否脫崗等，是保證人員施工安全的關(guān)鍵之一。

隧道人員管理系統(tǒng)是一種在隧道工程施工過(guò)程中能夠自動(dòng)采集、統(tǒng)計(jì)人員出入數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)。其工作原理是在隧道出入口等重要位置安裝無(wú)線數(shù)據(jù)接收器，隧道內(nèi)工作人員隨身攜帶人員識(shí)別標(biāo)識(shí)卡，人員識(shí)別標(biāo)簽不斷地發(fā)射載有目標(biāo)識(shí)別碼的無(wú)線電射頻信號(hào)，當(dāng)工作人員進(jìn)入到接收器讀取范圍內(nèi)，接收器接收到人員識(shí)別標(biāo)簽發(fā)來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)過(guò)接收器接收處理后，將信號(hào)進(jìn)行分析、處理，并通過(guò)CAN總線方式將信號(hào)發(fā)送到地面通信接口裝置，再轉(zhuǎn)換成RS232信號(hào)送給地面計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。

2.2 無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)

無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是利用安裝在隧道口、隧道內(nèi)掌子面附近的高清攝像頭，對(duì)施工隧道內(nèi)外進(jìn)行實(shí)時(shí)全方位的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視，使管理人員在控制室內(nèi)對(duì)所有監(jiān)控場(chǎng)所即將發(fā)生和所發(fā)生的重要事件了如指掌，并能迅速采取果斷措施加以處理，提高綜合防范和安全管理能力。隧道內(nèi)攝像頭到隧道口本地監(jiān)控端用無(wú)線微波傳輸，采集施工現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)以及對(duì)云臺(tái)和相機(jī)的控制指令信號(hào)。隧道口本地監(jiān)控端到外網(wǎng)接入點(diǎn)基于光纖傳輸，適用于跨地域，跨網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式。在互聯(lián)網(wǎng)上的任何一臺(tái)電腦都可以根據(jù)其權(quán)限，通過(guò)隧道口本地監(jiān)控主機(jī)的IP地址，在遠(yuǎn)程調(diào)看所有本地監(jiān)控端視頻監(jiān)控圖像資源和實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面，并可通過(guò)視頻監(jiān)控軟件與隧道口監(jiān)控端交互文字信息和監(jiān)控畫(huà)面截圖。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 隧道人員管理系統(tǒng)的構(gòu)成

隧道人員管理系統(tǒng)由系統(tǒng)管理軟件和系統(tǒng)硬件兩大部分組成。隧道人員管理系統(tǒng)構(gòu)成如（圖1）所示。

3.2 系統(tǒng)管理軟件

3.2.1 主要功能

人員進(jìn)出登陸功能：自動(dòng)記錄所有進(jìn)出隧道施工人員的出入時(shí)間，有利于管理人員準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握在隧道中施工人員的人數(shù)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，保證安全施工。

危險(xiǎn)區(qū)域（特定區(qū)域）登陸功能：記錄進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的人員和時(shí)間，并同步在值班管理室的系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和LED大屏上顯示，便于管理人員時(shí)刻掌握危險(xiǎn)區(qū)域人員情況，保證施工人員安全。

日常管理功能：對(duì)于進(jìn)出隧道的所有人員，進(jìn)行工作超時(shí)、人員清點(diǎn)和考勤管理，實(shí)現(xiàn)隧道施工中的排班管理和專業(yè)化考勤等。

網(wǎng)絡(luò)查詢功能：隧道施工現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)工控機(jī)能與互聯(lián)網(wǎng)連接，并設(shè)置固定 IP地址，在該機(jī)上有本系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)布網(wǎng)頁(yè)，機(jī)關(guān)人員可以通過(guò)輸入互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)址任意查詢隧道施工現(xiàn)場(chǎng)人員數(shù)據(jù)。隧道人員管理操作界面如（圖2）所示。

3.2.2 軟件程序

（1）數(shù)據(jù)收集程序分析。數(shù)據(jù)收集程序分析主要負(fù)責(zé)從隧道內(nèi)所有分站收集定位數(shù)據(jù)，然后把原始定位數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選分析，得出用戶所關(guān)心的隧道內(nèi)人員分布情況，或其它異常現(xiàn)象。

（2）顯示界面控制程序。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、同步、清晰的顯示隧道內(nèi)正在施工的人員姓名、工種、進(jìn)入隧道時(shí)間及人員數(shù)目和特定區(qū)域的人員及數(shù)目。

3.3 無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.3.1 軟件功能模塊（圖3）

3.3.2 軟件調(diào)試結(jié)果分析

（1）視頻播放模塊調(diào)試。通過(guò)防火墻，偵聽(tīng)客戶端與視頻服務(wù)端連接狀態(tài)（58.18.101.45：80端口），客戶端接收視頻服務(wù)端視頻流，控件能實(shí)現(xiàn)視頻播放功能，視頻出現(xiàn)停頓或延遲狀態(tài)滿足無(wú)線傳輸要求。結(jié)果分析：視頻客戶端要實(shí)現(xiàn)的功能是接受視頻流并且實(shí)現(xiàn)播放功能。

（2）云臺(tái)控制模塊調(diào)試。通過(guò)防火墻，偵聽(tīng)客戶端與云臺(tái)服務(wù)端連接狀態(tài)（58.18.101.45：80端口），客戶端接收云臺(tái)服務(wù)端反饋信息，判斷是否客戶端擁有控制權(quán)，并且動(dòng)態(tài)提示客戶，配合服務(wù)端，很好的解決多個(gè)客戶端并發(fā)性問(wèn)題。結(jié)果分析：云臺(tái)控制模塊要實(shí)現(xiàn)發(fā)送有權(quán)限的客戶端云臺(tái)控制指令，對(duì)無(wú)權(quán)限客戶端不允許發(fā)送控制指令和處理客戶端并發(fā)性問(wèn)題。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可以看出云臺(tái) “輪流控制，排隊(duì)等待” 控制機(jī)制可很好的解決客戶端并發(fā)性問(wèn)題。而對(duì)獲得權(quán)限的云臺(tái)控制客戶端，能發(fā)送云臺(tái)控制指令，并在視頻播放模塊中可反映出相應(yīng)的云臺(tái)操作。endprint

（3）系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與調(diào)試結(jié)果。通過(guò)各個(gè)功能模塊的調(diào)試，運(yùn)行結(jié)果如圖4所示，可看出ActiveX控件嵌入在IE瀏覽器里，并且ActiveX控件整合了各個(gè)客戶端模塊的功能，且模塊之間能協(xié)調(diào)工作；該控件還實(shí)現(xiàn)了視頻展播功能、云臺(tái)控制功能、并發(fā)性處理功能、界面友好等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

（1）易于實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)架構(gòu)于Internet之上，適用于目前PC機(jī)上最為普及的Windows操作平臺(tái)。通過(guò)將ActiveX控件嵌入Web瀏覽器，不必安裝任何客戶端軟件即可實(shí)現(xiàn)視頻圖像的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使監(jiān)控瀏覽范圍達(dá)到最廣。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，易于實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中傳輸。組網(wǎng)簡(jiǎn)單，只要具備局域網(wǎng)平臺(tái)，用網(wǎng)線就可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的物理連接，具備TCP/IP協(xié)議就可完成監(jiān)控組網(wǎng)。

（2）節(jié)省資源。本系統(tǒng)兼容于以往的傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，只需增加視頻服務(wù)器之外，不再需要添加其它任何硬件便可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理，可以充分利用現(xiàn)有的資源。

（3）擴(kuò)展靈活。本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)，不僅程序開(kāi)發(fā)方便，而且便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的模塊化管理，可根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)增加、減少或替換功能組件，既提高了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，也降低了系統(tǒng)集成的困難和成本。同時(shí)，也便于更新安全軟件，快捷提升系統(tǒng)的防護(hù)性能。支持遠(yuǎn)程控制，管理較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)容和改造。

4.2 系統(tǒng)的發(fā)展前景

隧道施工安全管理監(jiān)控系統(tǒng)采用安設(shè)若干攝像頭的方法，現(xiàn)場(chǎng)采集視頻資料，然后通過(guò)服務(wù)器向互聯(lián)網(wǎng)同步傳遞信息。該系統(tǒng)的投入使用，使隧道施工實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制和信息化管理，實(shí)現(xiàn)“人防、物防、技防”安全管理措施的有機(jī)結(jié)合，形成完善的施工安全監(jiān)控體系，大大提高了工程施工的透明度，為安全、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供了一種新的技術(shù)管理手段，使隧道施工建設(shè)安全管理躍上一個(gè)新的層次。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙健，王成金，于工.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路隧道施工中的應(yīng)用.青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，27：（2）1652168.

[2]國(guó)家隧道研討會(huì)及公路建設(shè)技術(shù)交流大會(huì)綜述.中國(guó)交通報(bào)，2002.11.7.

[3]龐大鵬.諸永高速公路隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)處理及地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法研究.長(zhǎng)春吉林大學(xué)，2008.

[4]伍毅敏.隧道位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及其數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)研究.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2004.endprint

（3）系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與調(diào)試結(jié)果。通過(guò)各個(gè)功能模塊的調(diào)試，運(yùn)行結(jié)果如圖4所示，可看出ActiveX控件嵌入在IE瀏覽器里，并且ActiveX控件整合了各個(gè)客戶端模塊的功能，且模塊之間能協(xié)調(diào)工作；該控件還實(shí)現(xiàn)了視頻展播功能、云臺(tái)控制功能、并發(fā)性處理功能、界面友好等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

（1）易于實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)架構(gòu)于Internet之上，適用于目前PC機(jī)上最為普及的Windows操作平臺(tái)。通過(guò)將ActiveX控件嵌入Web瀏覽器，不必安裝任何客戶端軟件即可實(shí)現(xiàn)視頻圖像的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使監(jiān)控瀏覽范圍達(dá)到最廣。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，易于實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中傳輸。組網(wǎng)簡(jiǎn)單，只要具備局域網(wǎng)平臺(tái)，用網(wǎng)線就可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的物理連接，具備TCP/IP協(xié)議就可完成監(jiān)控組網(wǎng)。

（2）節(jié)省資源。本系統(tǒng)兼容于以往的傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，只需增加視頻服務(wù)器之外，不再需要添加其它任何硬件便可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理，可以充分利用現(xiàn)有的資源。

（3）擴(kuò)展靈活。本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)，不僅程序開(kāi)發(fā)方便，而且便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的模塊化管理，可根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)增加、減少或替換功能組件，既提高了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，也降低了系統(tǒng)集成的困難和成本。同時(shí)，也便于更新安全軟件，快捷提升系統(tǒng)的防護(hù)性能。支持遠(yuǎn)程控制，管理較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)容和改造。

4.2 系統(tǒng)的發(fā)展前景

隧道施工安全管理監(jiān)控系統(tǒng)采用安設(shè)若干攝像頭的方法，現(xiàn)場(chǎng)采集視頻資料，然后通過(guò)服務(wù)器向互聯(lián)網(wǎng)同步傳遞信息。該系統(tǒng)的投入使用，使隧道施工實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制和信息化管理，實(shí)現(xiàn)“人防、物防、技防”安全管理措施的有機(jī)結(jié)合，形成完善的施工安全監(jiān)控體系，大大提高了工程施工的透明度，為安全、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供了一種新的技術(shù)管理手段，使隧道施工建設(shè)安全管理躍上一個(gè)新的層次。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙健，王成金，于工.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路隧道施工中的應(yīng)用.青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，27：（2）1652168.

[2]國(guó)家隧道研討會(huì)及公路建設(shè)技術(shù)交流大會(huì)綜述.中國(guó)交通報(bào)，2002.11.7.

[3]龐大鵬.諸永高速公路隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)處理及地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法研究.長(zhǎng)春吉林大學(xué)，2008.

[4]伍毅敏.隧道位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及其數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)研究.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2004.endprint

（3）系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與調(diào)試結(jié)果。通過(guò)各個(gè)功能模塊的調(diào)試，運(yùn)行結(jié)果如圖4所示，可看出ActiveX控件嵌入在IE瀏覽器里，并且ActiveX控件整合了各個(gè)客戶端模塊的功能，且模塊之間能協(xié)調(diào)工作；該控件還實(shí)現(xiàn)了視頻展播功能、云臺(tái)控制功能、并發(fā)性處理功能、界面友好等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

（1）易于實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)架構(gòu)于Internet之上，適用于目前PC機(jī)上最為普及的Windows操作平臺(tái)。通過(guò)將ActiveX控件嵌入Web瀏覽器，不必安裝任何客戶端軟件即可實(shí)現(xiàn)視頻圖像的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使監(jiān)控瀏覽范圍達(dá)到最廣。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，易于實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中傳輸。組網(wǎng)簡(jiǎn)單，只要具備局域網(wǎng)平臺(tái)，用網(wǎng)線就可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的物理連接，具備TCP/IP協(xié)議就可完成監(jiān)控組網(wǎng)。

（2）節(jié)省資源。本系統(tǒng)兼容于以往的傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，只需增加視頻服務(wù)器之外，不再需要添加其它任何硬件便可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理，可以充分利用現(xiàn)有的資源。

（3）擴(kuò)展靈活。本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)，不僅程序開(kāi)發(fā)方便，而且便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的模塊化管理，可根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)增加、減少或替換功能組件，既提高了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，也降低了系統(tǒng)集成的困難和成本。同時(shí)，也便于更新安全軟件，快捷提升系統(tǒng)的防護(hù)性能。支持遠(yuǎn)程控制，管理較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)容和改造。

4.2 系統(tǒng)的發(fā)展前景

隧道施工安全管理監(jiān)控系統(tǒng)采用安設(shè)若干攝像頭的方法，現(xiàn)場(chǎng)采集視頻資料，然后通過(guò)服務(wù)器向互聯(lián)網(wǎng)同步傳遞信息。該系統(tǒng)的投入使用，使隧道施工實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制和信息化管理，實(shí)現(xiàn)“人防、物防、技防”安全管理措施的有機(jī)結(jié)合，形成完善的施工安全監(jiān)控體系，大大提高了工程施工的透明度，為安全、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供了一種新的技術(shù)管理手段，使隧道施工建設(shè)安全管理躍上一個(gè)新的層次。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙健，王成金，于工.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路隧道施工中的應(yīng)用.青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，27：（2）1652168.

[2]國(guó)家隧道研討會(huì)及公路建設(shè)技術(shù)交流大會(huì)綜述.中國(guó)交通報(bào)，2002.11.7.

[3]龐大鵬.諸永高速公路隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)處理及地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法研究.長(zhǎng)春吉林大學(xué)，2008.

[4]伍毅敏.隧道位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及其數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)研究.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2004.endprint