公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的智能化應(yīng)用

魏永俊

摘 要：公路隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠幫助管理人員對隧道內(nèi)的車輛流量和交通情況進(jìn)行實時監(jiān)測管理，智能的監(jiān)控系統(tǒng)可以自行隧道內(nèi)的異常狀況，并在發(fā)生異常狀況后觸發(fā)警報，以此保障公路隧道內(nèi)的交通行駛安全通暢。為了進(jìn)一步提高高速公路的隧道管理、監(jiān)控和異常事故處理能力，文中分析了典型案例，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計處理，從監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用談起，對現(xiàn)有高速公路隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能進(jìn)行了分析評價，發(fā)現(xiàn)其中的問題與不足，以供參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道;交通安全;監(jiān)控系統(tǒng);智能應(yīng)用

中圖分類號：U459.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）06-0107-02

公路建設(shè)工程中，隧道是一段公路的重要地段，對公路的承載能力、車輛運輸速度與車輛交通安全等問題起著決定性作用。高速公路上的隧道建設(shè)往往有較長的長度，橫截面積有限，加上空間范圍小、光線暗淡，大部分區(qū)域處于密閉狀態(tài)，整體呈現(xiàn)出狹長、閉塞的形態(tài)特點。且特殊地形中大量出現(xiàn)隧道，道路環(huán)境復(fù)雜曲折，稍有疏忽就會引發(fā)事故，比如常見的火災(zāi)、滾石、泥石流、塌方、電路不通等，附近人員的疏散和救援人員的到達(dá)都很困難，常常導(dǎo)致交通停滯，或者更嚴(yán)重的車輛人員傷害損失，嚴(yán)重威脅高速通行和道路出行的安全性。為預(yù)防和及時處理意外事故，相關(guān)部門要重視高速公路隧道交通情況的管理監(jiān)控，要實時、完整的監(jiān)督隧道內(nèi)行車情況，避免意外發(fā)生和事故危害的擴(kuò)大，解決安全威脅，實現(xiàn)高速公路的安全同行與生產(chǎn)運輸，各部門對高速公路的管理意識和防范能力也要盡早提升。

1 高速公路智能監(jiān)控系統(tǒng)的實際意義與應(yīng)用優(yōu)勢

高速公路的隧道機(jī)電工程建設(shè)時，監(jiān)控系統(tǒng)是其主要構(gòu)成之一。監(jiān)控系統(tǒng)與隧道中的通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、供電配電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)通過特定的軟件組態(tài)連接起來，協(xié)同作用構(gòu)成了隧道交通的后臺管控系統(tǒng)，實現(xiàn)各方面的功能聯(lián)動。在高速公路的隧道內(nèi)部，每相隔150米就會設(shè)立一個監(jiān)控網(wǎng)點，如果是用于人行車行的橫洞，還會在隧道的出口或入口處設(shè)置快球云臺，實時動態(tài)的監(jiān)控隧道內(nèi)每個時刻的車流量、氣候狀況和道路情況，并把檢測到的交通信息和行駛狀況傳送回隧道監(jiān)控管理中心與監(jiān)控管理中心的監(jiān)視器、大顯示屏相連，直接顯示監(jiān)控到的圖像數(shù)據(jù)。工作人員根據(jù)顯示出的圖像數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行狀況來整理提取出需要的特征數(shù)值，針對可能的問題預(yù)先準(zhǔn)備好對應(yīng)措施，調(diào)整車流量，防止因為處理事故引起交通阻塞問題。如果隧道內(nèi)有意外事故發(fā)生，智能監(jiān)控系統(tǒng)就可以及時檢測，觸發(fā)警報并把信號回傳給管理中心。管理人員收到信號警報后立即安排處理，并通過信息網(wǎng)絡(luò)向其他部門和車輛駕駛?cè)藛T發(fā)布事故信息，避免信息不通引起事故再次發(fā)生堵塞交通。同時隧道內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠智能化的分析檢測到的錄像數(shù)據(jù)，為交通取證提供便捷。并且智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式不同于人類，可以實現(xiàn)24小時無休，實時準(zhǔn)確完整的監(jiān)控交通路況，也不會受到高寒、高溫等天氣作用。

2 高速公路隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能作用

對高速公路隧道中智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，歸納如下：

（1）可以監(jiān)控隧道內(nèi)車輛行駛情況和可能遇到的交通事故，提升管理部門的應(yīng)急能力和預(yù)見能力，減少意外事件、偶發(fā)狀況、車輛事故和惡劣天氣對公路隧道運行帶來的不良影響。

（2）幫助提升公路隧道的車輛通行量，降低擁擠事故的發(fā)生幾率，減少公路運行維護(hù)的成本投入，也提升有關(guān)部門的交通運行收益。

（3）智能監(jiān)控系統(tǒng)可以向道路上正常行駛的車輛駕駛和乘車人員提供前方道路的狀況信息，為乘車人的人身財產(chǎn)安全多加一層防護(hù)。如果發(fā)生意外事故，管理人員也會在很短時間內(nèi)的到信息，安排救援處理，節(jié)省事故的反饋處理時間。

（4）隧道智能監(jiān)控可以幫助管理部門監(jiān)控當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)距離地區(qū)的隧道運行情況，大大節(jié)約了人力投入和控制成本，也降低了操作管理的困難程度，提升了監(jiān)控的質(zhì)量和效率，為社會經(jīng)濟(jì)的效益發(fā)展謀求福利。

3 高速公路隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀與常見問題

3.1 高速公路隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

高速公路隧道部分的工程建設(shè)十分復(fù)雜，后期運營也要投入較多的成本，是高速公路整體管理控制中的重點路段。當(dāng)前高速公路建設(shè)的目標(biāo)是實現(xiàn)意外事故災(zāi)害的快速處理和預(yù)防、事故發(fā)生及時救助、事故信息及時同步等。高速公路隧道的監(jiān)控系統(tǒng)一般按功能分配劃分為以下幾部分：消防自動檢測報警、隧道內(nèi)照明供電控制、、通風(fēng)控制、交通控制、閉路電視監(jiān)控和有線廣播系統(tǒng)，這些小的系統(tǒng)與系統(tǒng)之間互相獨立，但都要依靠后臺總體控制系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)功能上的聯(lián)動互補(bǔ)。通過信息網(wǎng)絡(luò)連接起控制站點和監(jiān)控路段，使上述小的系統(tǒng)聯(lián)動功能能夠完成運作，從而實現(xiàn)工作人員在控制管理中心就能對當(dāng)?shù)鼗蛘哌h(yuǎn)距離的隧道交通進(jìn)行監(jiān)控。

3.2 高速公路隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中的常見問題

（1）隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀。隧道中的智能監(jiān)控系統(tǒng)是整個高速公路視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的一部分，經(jīng)歷過了點對點傳輸圖像的光端設(shè)備、級聯(lián)型光端設(shè)備和光的傳輸平臺建設(shè)等技術(shù)變革。當(dāng)前我國的公路交通已經(jīng)完成在完成與未完成公路隧道上的智能監(jiān)控系統(tǒng)部署，數(shù)據(jù)的傳輸也數(shù)字形式的壓縮與非壓縮形式交由平臺進(jìn)行光傳輸。

因為公路隧道地理交通情況特殊，一般會在隧道入口的左右兩側(cè)分別安裝一套監(jiān)控錄像設(shè)備，實現(xiàn)對隧道入口處交通車輛狀況和隧道周圍環(huán)境的動態(tài)實時監(jiān)控。在隧道的左右兩側(cè)變電所位置，還會設(shè)置兩套扁球形的監(jiān)控錄像設(shè)備，對變電所內(nèi)部的設(shè)施運行、出入人員、人員的活動情況和變電所周圍的環(huán)境動態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。而在隧道內(nèi)部，間距150米會在隧道一側(cè)布置一套監(jiān)控錄像設(shè)備，以監(jiān)控隧道內(nèi)部的車輛流量、車行密度、車輛行駛速度和交通是否順暢等。用于車行、人行的橫洞以及緊急停車位置也會設(shè)置監(jiān)控錄像設(shè)備，便于監(jiān)控相應(yīng)區(qū)域的車輛交通情況。

無論是隧道入口的遙控錄像設(shè)備還是變電所附近的半球錄像設(shè)備都是通過同軸線纜實現(xiàn)與圖像編碼設(shè)備的連接傳輸。通過同軸線纜，隧道內(nèi)部沒3臺監(jiān)控錄像設(shè)備連接1臺圖像編碼設(shè)備，橫洞和急停位置的錄像設(shè)備采取就近方式連接編碼設(shè)備。編碼設(shè)備在接收錄像視頻之后，要對圖像進(jìn)行壓縮處理，H264為規(guī)定的壓縮編碼。完成編碼后的圖像會通過光纖網(wǎng)絡(luò)被傳送到管理站的綜合管理控制平臺。這個平臺是智能化的功能強(qiáng)大，可以對傳輸?shù)囊曨l進(jìn)行編碼、控制切換或者多層級聯(lián)網(wǎng)處理。在圖像集合了各個小系統(tǒng)的信息和監(jiān)控數(shù)據(jù)之后，智能化的綜合處理平臺會把它直接送入總服務(wù)器儲存起來。如果有工作需求，可以藉由同軸線纜實現(xiàn)對監(jiān)視器屏幕上的圖像數(shù)據(jù)切換，也可以以其他形式呈現(xiàn)，例如分組的巡輪形式。需要進(jìn)行大屏幕投射顯示的時候，平臺會優(yōu)先切換到大屏幕的控制系統(tǒng)，把智能綜合處理平臺提供的圖像數(shù)據(jù)信息輸出到大屏幕端輸出顯示，由大屏幕的控制系統(tǒng)決定數(shù)據(jù)拼接出的形式和效果。通過這樣的系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)對公路隧道內(nèi)部交通情況、道路運行情況、道路能見度水平的智能化監(jiān)控，監(jiān)控圖像還可以實時處理傳輸?shù)焦芾砜刂浦行模ㄟ^大屏幕投影形式顯示。管理人員可以根據(jù)呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)信息制定出正確的交通管理方案，在意外事故發(fā)生時，精準(zhǔn)取證，及時進(jìn)行危機(jī)處理。

圖像分析處理技術(shù)在不斷改進(jìn)，高速公路監(jiān)控圖像的處理技術(shù)也在向自動化智能化的方向靠近。當(dāng)前較為成熟的并得到廣泛應(yīng)用的智能圖像處理技術(shù)是我國的車牌照識別處理、事故檢測和交通圖像的檢測分析系統(tǒng)。其中針對車輛的檢測又被分為車輛檢測、微波車輛檢驗和線圈車輛檢驗3種，也是目前高速機(jī)電檢測系統(tǒng)的主流方式。

（2）隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)的缺點。上文中提到的智能化的綜合處理平臺是互聯(lián)網(wǎng)圖像處理先進(jìn)水平技術(shù)的代表，在國內(nèi)交通監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)得到了到范圍的使用。但是當(dāng)前的平臺處理系統(tǒng)一般把標(biāo)清圖像視頻的處理成像作為基礎(chǔ)要求，盡管已經(jīng)有了技術(shù)上對AD1DA信號轉(zhuǎn)化損傷的修復(fù)、多設(shè)備協(xié)作降低損失等，所得到的標(biāo)清圖像的缺點與局限仍然沒有本質(zhì)上的進(jìn)步。標(biāo)清視頻的清晰程度最高水平是D1級別，視頻圖像中車牌數(shù)字、駕車人員面貌特征都不能提取觀察。并且，圖像的自動分析處理系統(tǒng)不能根據(jù)圖像內(nèi)容進(jìn)行分析警報，圖像的標(biāo)清質(zhì)量很難用于處理事件，錯誤率很高。上述缺點很大程度上成為了公路智能監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)阻礙。希望信息技術(shù)的發(fā)展，能夠在以后呈現(xiàn)出更清晰明確、范圍更大的監(jiān)控圖像，這也是未來道路監(jiān)控的發(fā)展趨勢。

4 高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的實際運用

4.1 隧道中的交通管理與控制

隧道中的智能監(jiān)控系統(tǒng)要負(fù)責(zé)隧道周圍和內(nèi)部交通、道路情況的信息采集與處理。借助隧道入口處的提示屏、速度標(biāo)志和交通燈完成對過往車輛的交通引導(dǎo)，緩解隧道中的車輛密度壓力。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生意外事故、消防事故時，智能監(jiān)控系統(tǒng)要自動封閉道路，阻止車輛繼續(xù)前進(jìn)。隧道內(nèi)交通嚴(yán)重混亂，單向車流量超過受限制流量60%的時候，智能監(jiān)控系統(tǒng)要出發(fā)聲音光線警報。因此智能監(jiān)控系統(tǒng)不僅要檢測隧道中往來的車輛行駛密度、車輛速度、車流總量，還要監(jiān)控道路運行是否通暢、能見度是否正常、光線溫度是否正常等。

例如福永段高速公路建設(shè)，作為西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)域網(wǎng)中的重要建設(shè)路段，全場達(dá)6.3千米，雙向車道標(biāo)準(zhǔn)。工程從南嶼鎮(zhèn)出發(fā)，中途經(jīng)過永泰縣境內(nèi)的葛嶺鎮(zhèn)、赤錫鄉(xiāng)和城峰鎮(zhèn)，在兩縣交界處終止。途中有14段隧道路程，5處可以互通，有大小橋梁35座和各種涵洞、通道。隧道長度占到線路總長的46.8%。隧道數(shù)量多，隧道的安全建設(shè)任務(wù)重。2013年起福永高速開始在途中隧道裝設(shè)智能監(jiān)控系統(tǒng)，目前較好的保障了隧道的控制管理和遠(yuǎn)距離控制，隧道內(nèi)行車安全性有防護(hù)，交通有序通暢。

4.2 隧道中的信號接收處理

隧道內(nèi)的智能監(jiān)控系統(tǒng)幫助交通管理實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，智能化與制動化的監(jiān)控水平不斷提升，對視頻圖像信息的處理更加快速準(zhǔn)確，能夠為道路交通管理機(jī)構(gòu)預(yù)測交通情況，制定交通方案提供有效的數(shù)據(jù)信息支持。并且技術(shù)設(shè)備不斷更新，視頻圖像處理器也在進(jìn)步完善，智能監(jiān)控處理的視頻質(zhì)量清晰度不斷提升，遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果也向著更好的方向發(fā)展，并逐步發(fā)展成公路隧道交通管控的有效方式。

5 結(jié)語

綜上所述，我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度不斷加快，配套的交通設(shè)施建設(shè)也趨于完善。隧道建設(shè)作為高速公路建設(shè)工程的重要組分，對于提高公路的交通運營水平和管理經(jīng)營收益方面有著重要作用。高速公路的隧道內(nèi)部空間環(huán)境和車輛交通情況十分復(fù)雜，是交通事故和火災(zāi)等事件的多發(fā)區(qū)域，在高速公路隧道中使用智能監(jiān)控，能夠幫助提升管理人員對隧道內(nèi)的事故監(jiān)控和應(yīng)急處理能力，更好的滿足車輛行駛的安全性需求，共同建設(shè)和諧的交通環(huán)境。

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