隧道無人值守一體化系統(tǒng)架構(gòu)與功能設(shè)計

摘要：文章介紹了隧道無人值守一體化系統(tǒng)的架構(gòu)與功能設(shè)計。該系統(tǒng)集成了監(jiān)控、控制、分析等功能，旨在提高隧道無人值守的管理效率和安全性。該系統(tǒng)分為感知層、核心層和應(yīng)用層：感知層通過傳感器和攝像頭實時采集隧道環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)；核心層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析；應(yīng)用層提供用戶接口和數(shù)據(jù)分析功能。該系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、智能門鎖、發(fā)電機(jī)與電能監(jiān)測、水池水位與管網(wǎng)水壓檢測、隧道照明控制等多項功能，能夠全方位監(jiān)測與智能管理隧道。

關(guān)鍵詞：隧道；無人值守；一體化；智能管理

中圖分類號：TP312文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

由于各個地區(qū)地理現(xiàn)狀不同，我國部分長隧道、位于山區(qū)或交通繁忙地段的隧道以及歷史上發(fā)生過事故或存在安全隱患的隧道，需要更嚴(yán)格的值守和監(jiān)控。但人工值守隧道長期以來存在點多、面大、人工成本開銷大等問題，且值守人員技能水平低下，工作期間存在一定的人員安全風(fēng)險。近年來，隨著智能化、自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步，隧道值守工作逐漸向無人化、智能化發(fā)展。本文通過整合各傳感器信息，形成一套完整的隧道無人值守一體化系統(tǒng)，以實現(xiàn)隧道的全方位無人化監(jiān)控，并自主管理各種突發(fā)問題。

1隧道無人值守一體化系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，部分需值守的隧道已初步構(gòu)建無人值守系統(tǒng)，但尚未實現(xiàn)全面集成與融合。部分隧道采用無人值守相關(guān)傳感器實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等功能，但這些功能缺乏統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)機(jī)制，呈現(xiàn)孤立狀態(tài)。數(shù)據(jù)共享與互通方面也存在障礙，由于系統(tǒng)、設(shè)備間的數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議存在差異，數(shù)據(jù)無法有效共享與互通，影響管理人員同時獲取實時數(shù)據(jù)。此外，無人值守系統(tǒng)的使用與維護(hù)亦缺乏完善的流程和一體化管理系統(tǒng)。因此，隧道無人值守系統(tǒng)的全面整合與優(yōu)化亟待進(jìn)行。

2隧道無人值守一體化系統(tǒng)的建設(shè)意義

隧道無人值守一體化系統(tǒng)通過集成監(jiān)控、控制、分析等功能，能夠顯著提高隧道管理的效率。系統(tǒng)可以自動完成大量煩瑣的監(jiān)控任務(wù)，減輕人工巡檢的工作負(fù)擔(dān)。無人值守一體化智能系統(tǒng)有助于提升隧道的安全性。通過全方位監(jiān)控和預(yù)警機(jī)制，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)的異常情況，如火災(zāi)、交通事故等，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處置，同時聯(lián)動配合相關(guān)部門，更快速地應(yīng)對各種突發(fā)情況，減少人民財產(chǎn)損失。

無人值守一體化智能系統(tǒng)能夠提高隧道的智能化水平，通過應(yīng)用先進(jìn)的傳感器、算法和通信技術(shù)，實現(xiàn)隧道環(huán)境的智能感知、設(shè)備的智能控制以及交通的智能調(diào)度等功能。這不僅可以提升隧道的整體運(yùn)行效率，還可以為未來的智能交通和智慧城市建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

3隧道無人值守一體化系統(tǒng)框架設(shè)計

隧道無人值守一體化系統(tǒng)可分為3層結(jié)構(gòu)，結(jié)合第三方系統(tǒng)，實現(xiàn)隧道值守點安全監(jiān)控、洞內(nèi)的交通安全監(jiān)控、隧道照明及路燈的啟停、隧道發(fā)電機(jī)自動啟停、隧道變電所的安全監(jiān)控、隧道消防設(shè)備控制、隧道緊急電力供給（Emergency Power Supply，EPS）和不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）設(shè)備監(jiān)控等功能。系統(tǒng)框架設(shè)計如圖1所示。

3.1感知層

感知層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要負(fù)責(zé)對隧道內(nèi)各種環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，并采集數(shù)據(jù)。感知層通過攝像頭、傳感器等物理設(shè)備，實時獲取隧道的溫度、濕度、光照、車輛流量等信息，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵膶舆M(jìn)行處理。感知層的數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性和實時性對于整個系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要，直接決定了系統(tǒng)能否及時、準(zhǔn)確地反映隧道的實際情況。

3.2核心層

核心層是整個系統(tǒng)的中樞，負(fù)責(zé)處理和分析來自感知層的數(shù)據(jù)以及實現(xiàn)各種管理功能。核心層包含了多個關(guān)鍵模塊和組件，例如人工智能（Artificial Intelligence，AI）計算引擎、數(shù)據(jù)庫、存儲等。AI計算引擎負(fù)責(zé)對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和處理，提取出有價值的信息和規(guī)律。數(shù)據(jù)庫和存儲模塊則負(fù)責(zé)存儲和管理這些數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性。此外，核心層還提供了數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)共享功能，使得不同系統(tǒng)之間可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通和共享。

3.3應(yīng)用層

應(yīng)用層主要面向用戶，提供多種應(yīng)用接口和展現(xiàn)平臺，如App、PC端和小程序等。用戶可以通過這些平臺實時查看隧道的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，包括環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、能耗情況等。同時，應(yīng)用層還提供了數(shù)據(jù)分析功能，用戶可以針對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，從而做出更加明智的決策，實現(xiàn)對隧道的自動化管理和監(jiān)控，減少人工干預(yù)的需要，提高管理效率。

4隧道無人值守一體化系統(tǒng)關(guān)鍵功能設(shè)計

隧道無人值守一體化智能系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、智能門鎖、發(fā)電機(jī)與電能監(jiān)測、水池水位與管網(wǎng)水壓檢測、隧道照明控制等多項功能于一體，通過高效配合，實現(xiàn)了對隧道的全方位監(jiān)測與智能管理。

4.1數(shù)據(jù)采集功能

當(dāng)構(gòu)建隧道無人值守一體化系統(tǒng)時，數(shù)據(jù)采集功能是整個系統(tǒng)的核心，承載著數(shù)據(jù)集成、處理、分析和應(yīng)用等多重任務(wù)，設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示。該功能匯總由多個傳感器獲得的數(shù)據(jù)，存入平臺服務(wù)器，確保一體化系統(tǒng)上層處理模塊能夠穩(wěn)定、高效地獲取所需的數(shù)據(jù)資源，為后續(xù)的圖像識別、分析決策等提供有力的數(shù)據(jù)支撐［1］。

4.2視頻監(jiān)控功能（事件檢測移動偵測）

隧道值守點四周屋檐增設(shè)高清紅外槍機(jī)，對值守點機(jī)房形成全方位、無死角的監(jiān)控，并為該值守點監(jiān)控增設(shè)存儲及管理硬盤錄像機(jī)，存儲視頻按30天進(jìn)行設(shè)計，保障值守點機(jī)房全天候24 h監(jiān)控。攝像機(jī)具有實時移動偵測功能，發(fā)現(xiàn)人員進(jìn)入設(shè)定的區(qū)域，發(fā)出語音警告，增設(shè)中心與現(xiàn)場的對講功能［2］。

4.3隧道電能監(jiān)測

隧道電能監(jiān)測在保障隧道運(yùn)營安全、提高能源利用效率以及優(yōu)化設(shè)備維護(hù)管理等方面都具有重要意義，通過無人值守集中控制柜將現(xiàn)有的照明變電器出線、發(fā)電機(jī)變電器出線統(tǒng)一放置，將發(fā)電機(jī)電表數(shù)據(jù)上傳至平臺，由集中監(jiān)控平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)報表，長期保存。一體化管理可實現(xiàn)如下功能：照明變、風(fēng)機(jī)變以及發(fā)電機(jī)的總用電量、電流、電壓檢測；現(xiàn)場實時電流大小檢測；電流異常報警；市電停電告警；遠(yuǎn)程高壓啟停。

4.4隧道照明控制

在原有值守點區(qū)域控制器基礎(chǔ)上，照明控制與無人值守集中控制臺對接，實現(xiàn)回路或時段控制方式，自動開啟、關(guān)閉照明燈。在中控臺中設(shè)計人員預(yù)留了6路0～5 V或0～10 V直流反向調(diào)光接口，后期可通過車輛檢測、洞外光強(qiáng)數(shù)據(jù)來實現(xiàn)亮度控制功能，從而實現(xiàn)高效的節(jié)能，同時避免回路控制所帶來的安全風(fēng)險［3］。所提方案采用雷達(dá)、洞內(nèi)外亮度檢測儀等技術(shù)，通過對車輛的實時監(jiān)測與跟蹤，運(yùn)用跟隨算法，實現(xiàn)隧道燈開關(guān)和亮度的實時控制，達(dá)到“車來燈亮、車走燈暗”，避免隧道燈處于長期、大面積全開狀態(tài)，有效實現(xiàn)照明節(jié)能。在車流量越小、早晚車流量分布越不均衡、隧道越長的情況下，所提方案的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益越明顯［4］。

4.5一體化操作平臺

隧道無人值守一體化智能操作平臺是一個高度集成、智能化的平臺，通過圖形化的界面，幫助隧道管理人員實現(xiàn)對隧道內(nèi)發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)展示的集中管理。管理人員可以實時獲取發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)電量、電壓、電流等關(guān)鍵信息，以便對設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面掌控。該平臺還具有智能化特點，能夠根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)，自動調(diào)整運(yùn)行參數(shù)或觸發(fā)相應(yīng)措施，以實現(xiàn)更高效的能源利用和更安全的運(yùn)行環(huán)境。

5結(jié)語

隧道無人值守一體化系統(tǒng)通過智能檢測與自主管理，實現(xiàn)了隧道安全監(jiān)控與高效運(yùn)營的完美結(jié)合。該系統(tǒng)不僅提升了隧道管理的效率，更在保障隧道安全方面發(fā)揮了重要作用。通過全方位、無死角的視頻監(jiān)控，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對各種異常情況，有效降低了事故風(fēng)險，提高了隧道管理的效率，降低了人力成本，在保障隧道安全方面發(fā)揮了重要作用。

參考文獻(xiàn)

［1］王旭東，耿亮，申林山.基于物聯(lián)感知的高速公路隧道機(jī)電一體化智能管控系統(tǒng)研究及應(yīng)用［J］.運(yùn)輸經(jīng)理世界，2021（11）：34-36.

［2］陳上甫.高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及建議［J］.交通科技，2016（6）：61-63.

［3］符敏杰.淺談高速公路隧道照明調(diào)控系統(tǒng)［J］.中國交通信息化，2021（5）：137-138，140.

［4］余牧，吳小剛.基于邊緣計算的高速公路隧道控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用［J］.交通科技與管理，2023（23）：8-11.

（編輯沈強(qiáng)編輯）

Architecture and function design of tunnel unattended integrated system

LIU" Fangjie1， TAN" Jingyu2， DAI" Liangliang3

（1.Guizhou New Thinking Technology Co.， Ltd.， Guiyang 550001， China; 2.Guizhou Vocational and Technical"College， Guizhou Open University， Guiyang 550001， China; 3.Guizhou Weiyu Science and Technology"Co.， Ltd.， Guiyang 550081， China）

Abstract： This article introduces the system architecture and functional design of the tunnel unattended integrated system. This system integrates monitoring， control， analysis and other functions， aiming to improve the efficiency and safety of unattended tunnel management. This system is divided into three layers：perception layer， core layer and application layer. Tunnel environmental parameters and equipment status are collected in real time through sensors and cameras in the perception layer. The core layer performs data processing and analysis， and the application layer provides user interface and data analysis functions. The system realizes multiple functions such as data collection， video surveillance， smart door locks， generator and power monitoring， pool water level and pipe network water pressure detection， tunnel lighting control， etc.， and can monitor and intelligently manage the tunnel environment in an all-round way.

Key words： tunnel; unattended; integration; intelligent management