隧道工程智能監(jiān)測及信息管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與展望

王藝

北京奧科瑞檢測技術(shù)開發(fā)有限公司 北京 102488

引言

隨著城市的不斷發(fā)展，城市隧道也成為城市交通布局過程中十分關(guān)鍵的一環(huán)。作為城市地下空間十分關(guān)鍵的呈現(xiàn)方式之一，城市隧道也是城市地下空間的“動脈”所在。相較于普通的城市道路設(shè)計而言，由于城市隧道在建設(shè)過程中，其地理位置的特殊性，以及在隧道工程建設(shè)過程中，其所處的地層介質(zhì)以及周邊環(huán)境的復(fù)雜性，往往會導(dǎo)致在城市隧道的建設(shè)施工過程中，需要有更多方面的因素考量。所以在隧道工程建設(shè)的過程中，往往會有很多需要解決的問題。所以在隧道工程的開展上，要求必須強(qiáng)化隧道監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)的針對性研發(fā)，通過系統(tǒng)作用的發(fā)揮，盡可能確保強(qiáng)化隧道工程的監(jiān)測工作，充分借助信息系統(tǒng)進(jìn)行隧道管理，確保隧道能夠始終保持安全、出色運(yùn)行。同時，科學(xué)強(qiáng)化隧道監(jiān)測以及強(qiáng)化隧道信息管理系統(tǒng)的建設(shè)，也能夠盡可能提升隧道的運(yùn)營能力，促使日常在隧道工程管理上，能夠有更為出色的突發(fā)事故應(yīng)對能力。

1 隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)解讀

在進(jìn)行隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的相關(guān)觀點解讀前，我們首先要對隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)有全面、深入的了解。

1.1 隧道工程智能監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀

當(dāng)前，隨著隧道工程項目的增多，隧道工程智能監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前無論是國內(nèi)還是國外，都有大量公司對隧道工程智能監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)。這些系統(tǒng)在應(yīng)用上，一般采取的是分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過這種結(jié)構(gòu)規(guī)劃實現(xiàn)對傳統(tǒng)集中以及集散式控制方式的替代。從國內(nèi)來看，由于我國隧道規(guī)模的不斷拓展，也提升了對隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的需求。目前，我國在隧道工程監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)的研發(fā)上，也開始步入到多隧道集群監(jiān)控發(fā)展方向。在隧道監(jiān)測設(shè)備的研發(fā)上，最早是通過人工手動方式進(jìn)行控制。但是隨著技術(shù)的升級，信息管理系統(tǒng)也開始被引入到隧道工程管理上，實現(xiàn)對隧道的智能監(jiān)測管理和信息系統(tǒng)管理?；诖耍泊偈刮覈谒淼拦こ讨悄鼙O(jiān)測工作開展方面取得突出的成績[1]。

即便如此，我國在隧道智能監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)的研發(fā)上，依然還有較多的問題。例如，當(dāng)前在系統(tǒng)研發(fā)的過程中，相應(yīng)技術(shù)研發(fā)依然不夠完善，在系統(tǒng)使用過程中無論使用成本還是維護(hù)成本都相對較高。由于這些因素的存在，也對系統(tǒng)的順暢、高效使用帶來了負(fù)面、消極影響。為此在進(jìn)行隧道工程智能監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)的研發(fā)上，依然需要進(jìn)行深入的研發(fā)探討。提升我國在隧道智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)水平，才能充分契合當(dāng)前飛速發(fā)展的交通監(jiān)控現(xiàn)狀。

1.2 我國隧道智能監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)置和布局

隨著技術(shù)的不斷升級，我國在隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的研發(fā)上，其核心的架構(gòu)包括：

一是PLC控制設(shè)備。這也是隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的核心所在。在隧道智能監(jiān)測工作的踐行上，其需要通過PLC來實現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備的控制，現(xiàn)場的總線通信基于CAN實現(xiàn)。

二是信號的傳輸。在進(jìn)行隧道工程智能監(jiān)測的實現(xiàn)上，通過現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測作用發(fā)揮，獲取到現(xiàn)場的圖像，隨后在圖像傳輸上，需要借助相應(yīng)的通信設(shè)備實現(xiàn)。為確保信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確、高效，一般采取的是光纖通信。

三是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。為確保隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的順暢工作，需要有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)支撐。在實現(xiàn)上，一般是借助交換機(jī)進(jìn)行局域網(wǎng)的構(gòu)建，實現(xiàn)不同設(shè)備的連接，以實時獲取到設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)。

四是工作站以及服務(wù)器。在整個智能監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建上，工作站和服務(wù)器十分關(guān)鍵。通過工作站能夠?qū)懭牒妥x取監(jiān)測數(shù)據(jù)，服務(wù)器負(fù)責(zé)進(jìn)行所有數(shù)據(jù)的存儲操作。

2 隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用實踐分析

在具體實踐的過程中，重視隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用，對保障隧道工程項目的順暢運(yùn)營有積極幫助。在具體研究開展上，篩選當(dāng)前某城市的一條城市公路隧道來進(jìn)行隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)中包含中央控制系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、水泵控制系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)等。

2.1 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)在日常工作開展上，核心是進(jìn)行隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集和記錄、分析，并對隧道內(nèi)不同監(jiān)控攝像頭獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析和解讀。通過借助中央控制系統(tǒng)的作用發(fā)揮，還能夠發(fā)現(xiàn)隧道在交通運(yùn)行過程中出現(xiàn)的情況，針對報警以及事件記錄進(jìn)行針對性的管理?？紤]到隧道工程項目為24小時不間歇通車，所以在中央控制系統(tǒng)的工作實現(xiàn)上，也設(shè)定為24小時無間斷工作。

在中央控制系統(tǒng)的設(shè)計上，其包含了雙中心服務(wù)器（含磁盤陣列）、服務(wù)器、視頻事件檢測服務(wù)器、電力監(jiān)控服務(wù)器、圖形計算機(jī)、工作站、交換機(jī)等。為確保系統(tǒng)始終能夠保持順暢、穩(wěn)定工作，還專門進(jìn)行了后備服務(wù)器的配置。一旦主服務(wù)器出現(xiàn)故障，無法工作，后備服務(wù)器自動切入，確保系統(tǒng)24小時順暢、無間歇工作訴求的實現(xiàn)[2]。

2.2 子系統(tǒng)設(shè)計

在進(jìn)行隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)規(guī)劃過程中，除了中央控制系統(tǒng)，還包括較多的子系統(tǒng)，主要如下。

2.2.1 閉路電視系統(tǒng)。在閉路電視系統(tǒng)設(shè)計上，其可以滿足隧道中24小時無死角、無間歇監(jiān)控的需求。通過該系統(tǒng)的作用發(fā)揮，平?？梢赃M(jìn)行隧道交通情況的監(jiān)測，一旦有緊急事件發(fā)生，則可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)緊急應(yīng)對活動的監(jiān)控。

在該系統(tǒng)的設(shè)計上，包含了日常監(jiān)測系統(tǒng)以及事故監(jiān)測系統(tǒng)共計兩部分。日常監(jiān)測系統(tǒng)的作用在于滿足日常隧道通行監(jiān)控需求。事故監(jiān)測系統(tǒng)主要是針對事故情況下隧道通行情況進(jìn)行針對性的監(jiān)測。

2.2.2 緊急電話系統(tǒng)。為確保隧道在日常運(yùn)行過程中，緊急情況下可以在第一時間進(jìn)行信息的溝通，在進(jìn)行隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)設(shè)計上，還專門進(jìn)行了緊急電話系統(tǒng)的規(guī)劃。在有突發(fā)情況發(fā)生時，通過該系統(tǒng)可以確保第一時間和相關(guān)部門進(jìn)行溝通，滿足應(yīng)急需求。

2.2.3 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)?？紤]到隧道工程的特點，對于隧道內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測也是隧道智能監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)過程中一個重要的關(guān)注點。通過環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，能夠做到對隧道環(huán)境的全面監(jiān)測，了解隧道內(nèi)通風(fēng)情況，一氧化碳濃度等。一旦發(fā)現(xiàn)隧道環(huán)境監(jiān)測結(jié)果超標(biāo)，則立即報警，提醒相關(guān)人員重視對隧道環(huán)境的關(guān)注，采取積極措施進(jìn)行隧道環(huán)境問題的改善。

2.2.4 交通控制系統(tǒng)。對于隧道工程而言，在進(jìn)行隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的設(shè)計上，交通控制系統(tǒng)也是其中一個關(guān)鍵的構(gòu)成部分。進(jìn)行隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)設(shè)計的本質(zhì)目的在于通過對隧道內(nèi)部通行情況的全面監(jiān)測和分析，了解隧道通行效率，并針對隧道通行過程中可能出現(xiàn)的交通問題作出提前的預(yù)警。通過交通控制系統(tǒng)的設(shè)計，能夠促使相應(yīng)管理人員直接通過系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果了解隧道通行情況，并在突發(fā)情況下，作出科學(xué)的交通通行控制決策，充分保障隧道通行安全。

2.2.5 通風(fēng)控制系統(tǒng)。在隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)設(shè)計上，通風(fēng)系統(tǒng)也是其中一個十分關(guān)鍵的構(gòu)成部分。通過通風(fēng)系統(tǒng)的作用發(fā)揮，能夠?qū)λ淼纼?nèi)的通風(fēng)情況有清晰的了解，明確隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)的工作情況，并對隧道風(fēng)機(jī)的正常啟停進(jìn)行管理和控制。由于隧道本身是一個半密閉空間，若是隧道中有較高的水汽情況下，會導(dǎo)致能見度下降。若是隧道中有較高的CO濃度，則可能會對通行者的生命安全造成威脅。所以通過通風(fēng)控制系統(tǒng)的搭載，能夠促使在隧道運(yùn)行過程中，通過隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)作用發(fā)揮，實現(xiàn)對隧道通風(fēng)情況的實時監(jiān)測，最大化保障隧道的通行安全[3]。

3 隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

在隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的具體實現(xiàn)上，包含系統(tǒng)集成、自動控制以及災(zāi)害預(yù)警等方面的作用。

3.1 系統(tǒng)集成

在整個隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的設(shè)計上，要想真正保證隧道能夠?qū)崿F(xiàn)正常、安全的運(yùn)行，則需要確保隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)中的照明、環(huán)境監(jiān)測等相關(guān)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在進(jìn)行系統(tǒng)集成規(guī)劃上，需要結(jié)合隧道工程情況出發(fā)，科學(xué)合理的規(guī)劃和布局，最大化實現(xiàn)相應(yīng)資源的利用。過去傳統(tǒng)的隧道工程監(jiān)測系統(tǒng)是在不同工作站進(jìn)行不同系統(tǒng)的搭載，以滿足隧道監(jiān)測需求。但是這種設(shè)計耗費了大量的資源，而且在進(jìn)行隧道監(jiān)測工作開展上，也會有相對較高的實現(xiàn)難度。通過系統(tǒng)集成，在盡量減少設(shè)備使用數(shù)量的同時，提升隧道監(jiān)測工作的綜合品質(zhì)和效益。

在進(jìn)行具體的系統(tǒng)集成實現(xiàn)上，采取的解決方案是：各類監(jiān)測設(shè)備將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲到PLC相應(yīng)的寄存器上，組態(tài)王的變量值和PLC寄存器上的參數(shù)一一對應(yīng)，數(shù)據(jù)中心通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，可以將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)分析模塊根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫可以形成報表和趨勢圖，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。通過界面，可以查看各種傳感器的工作狀態(tài)和可控設(shè)備的運(yùn)行情況，并可進(jìn)行相應(yīng)的控制?？刂浦噶钜訶ML形式傳給解析器，解析為組態(tài)王可識別執(zhí)行的命令，對設(shè)備進(jìn)行操控。

3.2 自動控制

對于隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的設(shè)計而言，其最大的目的就是通過系統(tǒng)作用的發(fā)揮，實現(xiàn)對隧道工程的智能化監(jiān)測和自動控制。管理者僅僅需要坐在計算機(jī)前，通過操作相應(yīng)的界面，進(jìn)行相應(yīng)系統(tǒng)的控制，就能夠完成對應(yīng)預(yù)案的選擇和執(zhí)行。

自動控制是隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)最大的優(yōu)勢。其可以通過智能化的方式實現(xiàn)系統(tǒng)工作方式的控制，確保在隧道工程監(jiān)測工作開展上，取得突出的成績和效益。

3.3 災(zāi)害預(yù)警

相較于傳統(tǒng)地面交通來說，隧道內(nèi)外光差較大且內(nèi)部可見度也不足，這也致使隧道成為交通事故高發(fā)的地段之一，一旦發(fā)生交通事故導(dǎo)致隧道內(nèi)車量激增，發(fā)生火災(zāi)時，因為空間有限，空氣流動性差，有毒氣體無法及時排出，就會發(fā)生無法彌補(bǔ)的損失。所以，通過隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的運(yùn)用，可以做到對災(zāi)害、事故的預(yù)防和科學(xué)預(yù)警。在具體實現(xiàn)上，常用的方法有閾值比較法，該方法簡單易行，缺點是抗干擾性較差，誤報警率較高，還需利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法加以配合，從而更好地對災(zāi)害進(jìn)行智能預(yù)警[4]。

4 結(jié)束語

總之，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。通過隧道工程智能監(jiān)測以及信息管理系統(tǒng)的運(yùn)用，不僅能夠促使我們在隧道監(jiān)測管理上取得更突出的管理效率，還能有效地進(jìn)行隧道通行量監(jiān)測，確保隧道始終有安全、高效的通行能力。