隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求及設(shè)計(jì)

嚴(yán)開(kāi)軍，潘家奇 ，李聯(lián)成

（1.中電建路橋集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京，100080；2.中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京，100048；3.中電建路橋集團(tuán)有限公司渝廣高速公路總承包部，重慶，400700）

隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求及設(shè)計(jì)

嚴(yán)開(kāi)軍1，潘家奇2，李聯(lián)成3

（1.中電建路橋集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京，100080；2.中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京，100048；3.中電建路橋集團(tuán)有限公司渝廣高速公路總承包部，重慶，400700）

高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)，是保證隧道正常運(yùn)行的重要手段。本文主要介紹了監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想、組成以及功能，對(duì)隧道交通監(jiān)控、通風(fēng)、照明、火災(zāi)報(bào)警、防火門等各子系統(tǒng)的控制進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

隧道；監(jiān)控系統(tǒng)；功能需求；設(shè)計(jì)

0 引言

隧道監(jiān)控系統(tǒng)是保證隧道內(nèi)車輛高速、安全運(yùn)行的必要條件。在隧道內(nèi)設(shè)置完善的監(jiān)控設(shè)備，能提高隧道環(huán)境、減少事故、增加隧道內(nèi)車輛通行能力、延長(zhǎng)隧道壽命。因此，隧道監(jiān)控系統(tǒng)需要進(jìn)一步創(chuàng)新，才能確保隧道的節(jié)能、環(huán)保、高效、安全運(yùn)營(yíng)環(huán)境。

1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

1.1 設(shè)計(jì)原則

隧道監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)隧道進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控，在設(shè)計(jì)中，高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)遵循以下原則[1]。

（1）先進(jìn)性 ；（2）可靠性 ；（3）安全性 ；（4）實(shí)用性 ；（5）友好性 ；（6）擴(kuò)展性。

1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

隧道監(jiān)控系統(tǒng)基本的控制目標(biāo)是實(shí)時(shí)地監(jiān)控隧道內(nèi)的車輛運(yùn)營(yíng)狀況、預(yù)防、報(bào)警、處理隧道內(nèi)的各種交通事故，保證隧道內(nèi)車輛的安全和暢通實(shí)行，還要達(dá)到高速行駛和環(huán)境保護(hù)的目的。

1.3 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能

隧道監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括信息提供功能、信息采集功能、實(shí)時(shí)控制功能、信息處理功能、監(jiān)控系統(tǒng)自診斷功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢功能。

2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求分析

隧道監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能[2]。

（1）照明控制系統(tǒng)的功能需求

該系統(tǒng)主要組成部分是照明控制計(jì)算機(jī)、照明燈具、洞口內(nèi)外光強(qiáng)檢測(cè)器等。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能：采集洞口內(nèi)外光強(qiáng)值、實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)艟哌\(yùn)行狀態(tài)、自動(dòng)或手動(dòng)控制燈具開(kāi)閉。

（2）通風(fēng)控制系統(tǒng)的功能需求分析

該系統(tǒng)主要由通風(fēng)控制計(jì)算機(jī)、射流和軸流風(fēng)機(jī)、CO/VI檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器等構(gòu)成。它主要實(shí)現(xiàn)以下功能：采集CO濃度風(fēng)速風(fēng)向和VI值、實(shí)時(shí)監(jiān)控射流和軸流風(fēng)機(jī)工作狀況、控制射流和軸流分級(jí)的正反轉(zhuǎn)和起停、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)控制。

（3）車輛檢測(cè)設(shè)備的功能需求分析

該系統(tǒng)主要對(duì)隧道內(nèi)各個(gè)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行集中控制，在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間進(jìn)行傳輸命令。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能：收集本區(qū)段的檢測(cè)設(shè)備各類信息。預(yù)處理以及儲(chǔ)存收集信息、將信息上傳到計(jì)算中心、執(zhí)行計(jì)算中心發(fā)布的指令、現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備、自檢功能、

（4）交通控制系統(tǒng)的功能需求分析

該系統(tǒng)主要由交通監(jiān)控計(jì)算機(jī)、可變限速標(biāo)志、交通信號(hào)燈、車輛檢測(cè)器、人車指示標(biāo)志、橫洞防火卷簾門等構(gòu)成。它主要實(shí)現(xiàn)以下功能：采集車輛檢測(cè)值、設(shè)置車輛檢測(cè)器參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制交通信號(hào)燈、控制車道控制器、采集和控制橫洞防火卷門、控制車人紙質(zhì)標(biāo)志狀態(tài)。

（5）緊急電話及廣播檢測(cè)系統(tǒng)的功能需求分析

當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生交通事故或者火災(zāi)等異常情況下，緊急電話系統(tǒng)能夠供隧道人員進(jìn)行緊急呼救，用來(lái)向監(jiān)控中心報(bào)告隧道內(nèi)發(fā)生的事故。系統(tǒng)不僅可以想監(jiān)控中心報(bào)告緊急事件，還可以監(jiān)聽(tīng)隧道內(nèi)情況。如果發(fā)生緊急情況，監(jiān)控中心可以通過(guò)廣播檢測(cè)系統(tǒng)向隧道內(nèi)外的進(jìn)行交通疏導(dǎo)、組織人員逃生疏散、實(shí)時(shí)指揮調(diào)度和救援。

（6）視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求分析

該系統(tǒng)主要由隧道監(jiān)控中心、視頻分配放大器、錄像機(jī)、外場(chǎng)攝像機(jī)等組成。該系統(tǒng)主要要實(shí)現(xiàn)以下功能：圖像顯示、切換或控制、網(wǎng)絡(luò)控制、視頻分配、字符疊加、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、錄像、回訪等功能。

（7）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的功能需求分析

該系統(tǒng)主要由火災(zāi)報(bào)警計(jì)算機(jī)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器、火災(zāi)報(bào)警控制柜和變電所內(nèi)的手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕、自動(dòng)溫差火災(zāi)探測(cè)器等組成。它需要實(shí)現(xiàn)以下功能：火災(zāi)信息檢測(cè)、火災(zāi)控制處理、自診斷、系統(tǒng)主動(dòng)補(bǔ)償、系統(tǒng)自適應(yīng)、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制。

2.2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的功能需求，各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如下。

（1）照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隧道中的照明設(shè)備的布置原則：左邊應(yīng)急照明、右邊基本照明、加強(qiáng)照明為1、加強(qiáng)照明為2進(jìn)行有序的間隔布置。如果隧道中電路出現(xiàn)問(wèn)題或者發(fā)生斷電情況，照明設(shè)備中的應(yīng)急照明強(qiáng)度一般要求達(dá)到正常照明的五分之一。根據(jù)實(shí)際需要，照明控制系統(tǒng)的控制方式一般包括自動(dòng)控制、時(shí)序控制以及手動(dòng)控制。其中，自動(dòng)控制方式是根據(jù)傳感器檢測(cè)隧道內(nèi)外的光強(qiáng)并分析，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，自動(dòng)并有效的形成控制方案，將控制指令傳輸?shù)秸彰鞯目刂乒裰?，達(dá)到控制照明設(shè)備的目的。

（2）通風(fēng)控制系統(tǒng)

在選擇隧道通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，則應(yīng)該考慮能見(jiàn)度標(biāo)準(zhǔn)以及CO濃度問(wèn)題。風(fēng)機(jī)一般安裝在橫通道上游的入口處和在橫通道下游的出口出。在隧道的中間位置，通風(fēng)設(shè)備應(yīng)處在不遮擋車道指示標(biāo)志的位置上。

（3）汽車檢測(cè)設(shè)備

隧道中的汽車檢測(cè)器的主要作用是檢測(cè)汽車的車速、交通流量、車重、排隊(duì)長(zhǎng)度等基本信息。它主要包括有傳感器和處理器兩種。

（4）交通控制系統(tǒng)

目前，隧道交通控制等級(jí)主要有三個(gè)等級(jí)，分別是設(shè)備控制箱控制、本地控制器控制、管理站遠(yuǎn)程控制。在正常的工作模式下，本地控制器是能夠控制和中斷隧道內(nèi)的通信。在隧道側(cè)壁上，交通設(shè)備控制箱在發(fā)生緊急情況下可以進(jìn)行臨時(shí)交通控制。目前，交通控制等級(jí)主要有正常運(yùn)行、交通阻塞、交通事故以及火災(zāi)等級(jí)別。

（5）緊急電話和廣播檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

緊急電話設(shè)備采用光纖，單洞利用2芯光纖，采用波分復(fù)用方式。有效的主機(jī)控制根據(jù)撥打信號(hào)判斷呼叫電話的位置和編號(hào)。然后，對(duì)判定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄工作，實(shí)現(xiàn)打印和查詢的功能。隧道有線廣播系統(tǒng)的主要設(shè)備是揚(yáng)聲器、有線廣播控制臺(tái)、麥克風(fēng)、供電電纜、功率方法器、通信電纜以及應(yīng)用軟件。

（6）視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)要求在隧道的兩個(gè)洞口之間設(shè)置一臺(tái)帶云臺(tái)可遙控?cái)z像機(jī)，要求兩臺(tái)攝像機(jī)的間離為100m左右。其中，在隧道入口處安裝彩轉(zhuǎn)黑日夜兩用固定攝像機(jī)。在高速公路的隧道內(nèi)部，固定攝像機(jī)按照150m的間距進(jìn)行均勻布置。除此之外，可變焦彩色球型攝像機(jī)布置在緊急停車帶之前。

3 總結(jié)

高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)是保證高速公路和隧道安全高效通行的重要手段，對(duì)其不僅要求良好的可靠性，而且易于以后的更新和拓展。隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建立可以對(duì)高速公路咽喉地段的交通流量和交通運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常情況并立刻采取有效應(yīng)急措施，保障高速公路的高速、安全、經(jīng)濟(jì)、舒適的運(yùn)營(yíng)。

[1]陳署鑫.某高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)探討[J/OL].機(jī)電信息,2017,(03):73-74.

[2]張景樂(lè).高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)功能需求分析[J].電子制作,2013,(09):49.

Functional requirements and design of tunnel monitoring system

Yan Kaijun1,Pan Jiaqi2，Li Liancheng3
（1.China construction road bridge group engineering design research institute co., LTD., Beijing,100080; 2. China construction road bridge group co.,LTD., Beijing ,100048；3.China construction railway bridge group co.,LTD.Chongqing highway general contracting department,Chongqing,400700)

The highway tunnel monitoring system adopts computer technology and information technology,which is an important means to ensure the normal operation of the tunnel. This paper mainly introduces the basic idea, composition and function of the monitoring and control system design, the tunnel traffic monitoring, ventilation, lighting, fire alarm, fire door control in each subsystem, such as the design and implementation.

tunnel; Monitoring system; Functional requirements; design