城市道路隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)探討

張興軍

(上海寶信軟件股份有限公司，上海 201900)

隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)是交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的重要附屬設(shè)施,建設(shè)城市道路隧道通常具有打通城市道路交通網(wǎng)絡(luò)瓶頸的作用。要將城市道路隧道建成真正一流的交通黃金通道需要一流的交通組織管理來保障;一流的交通組織管理需要一流的交通信息服務(wù)系統(tǒng)來支撐;一流的交通信息服務(wù)系統(tǒng)需要一流的綜合監(jiān)控解決方案來實(shí)現(xiàn);一流的綜合監(jiān)控解決方案需要一流的設(shè)備管理來維持;如此才能切實(shí)創(chuàng)造出一流的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

城市道路隧道和普通公路隧道的最大區(qū)別是車流量大、環(huán)保要求嚴(yán)格、市政管理部門和媒體的監(jiān)管力度更大,因此城市道路隧道要求比其他道路隧道有更高的綜合監(jiān)控水平和服務(wù)能力。城市道路隧道通常都有專屬的監(jiān)控中心,各個(gè)系統(tǒng)集成度和總體監(jiān)控水平各不相同,國內(nèi)城市道路隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)在硬件設(shè)備配置、集成度、監(jiān)控功能等多方面都處于世界先進(jìn)水平,但在進(jìn)一步提高人性化服務(wù)水平、貫徹低碳節(jié)能理念、促進(jìn)交通安全暢通等多方面仍值得創(chuàng)新改進(jìn);在工程實(shí)施規(guī)范化、軟件價(jià)值認(rèn)識(shí)等方面還存在較大差距;設(shè)計(jì)規(guī)范往往跟不上技術(shù)發(fā)展和養(yǎng)護(hù)管理單位從實(shí)踐中總結(jié)出來的需求變化。本文全面分析國內(nèi)隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)劃與建設(shè)案例,提出利于提高隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)水平的一些策略和方法。

1 城市道路隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)組成

隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,包括中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、CCTV閉路電視系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、輔助支持系統(tǒng)等,其核心是中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

圖1 隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中值得關(guān)注和需注意避免的問題

2.1 重土建、輕機(jī)電

在國內(nèi)隧道工程建設(shè)中還存在:包括綜合監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)的隧道機(jī)電設(shè)備是主體土建工程的配套設(shè)施,業(yè)主方或工程總承包單位往往較少考慮機(jī)電設(shè)備,特別是對(duì)保障隧道長期、穩(wěn)定、安全運(yùn)行的支撐作用的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。業(yè)主方或工程總承包單位較多考慮降低成本,較少考慮建成后怎樣有效提高土建基礎(chǔ)設(shè)施利用率。

2.2 重市場(chǎng)、輕技術(shù)

對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案的技術(shù)含量普遍重視不足,評(píng)價(jià)系統(tǒng)集成商往往更多考慮價(jià)格和市場(chǎng)關(guān)系等因素。甚至有人簡單地認(rèn)為城市道路隧道只要路平、燈亮就可通車,舒適行車環(huán)境對(duì)安全行車、排堵保暢的重要影響不夠重視,高水平監(jiān)控管理對(duì)改善隧道行車環(huán)境關(guān)鍵作用的認(rèn)識(shí)比較缺乏。

2.3 重硬件、輕軟件

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的最終效果主要靠軟件來實(shí)現(xiàn),但軟件系統(tǒng)的重要性尚未得到應(yīng)有的重視,投標(biāo)文件軟件報(bào)價(jià)所占比重往往很小;預(yù)防性維修技術(shù)沒有得到很好應(yīng)用。

2.4 崇洋貨、輕國貨

盡管國外的商用集成平臺(tái)軟件存在諸多局限性,國內(nèi)企業(yè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)系統(tǒng)集成平臺(tái)軟件已達(dá)到很高水平,并經(jīng)受多個(gè)典型工程項(xiàng)目長期運(yùn)行的考驗(yàn),但更迷信外國產(chǎn)品的現(xiàn)象還普遍存在。

2.5 重進(jìn)度、輕規(guī)范

普遍非常重視工程進(jìn)度,在不影響當(dāng)前使用功能的工程實(shí)施細(xì)節(jié)方面較少對(duì)照國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn),改進(jìn)完善工程實(shí)施質(zhì)量;設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范跟不上技術(shù)的高速發(fā)展,最終用戶需求變化也難以在設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范中得到及時(shí)反映,如保障長期穩(wěn)定運(yùn)行、設(shè)備檢修、維護(hù)方便等方面;綜合監(jiān)控系統(tǒng)在工程實(shí)施規(guī)范細(xì)則與國際先進(jìn)水平存在一定的差距,如接線方式的可靠性、合理性,標(biāo)記標(biāo)識(shí)的完整性、耐用性、唯一性等。

2.6 重面子、輕內(nèi)涵

中控室裝修氣派,但大屏幕顯示內(nèi)容單一,自動(dòng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制缺乏;中控室席位眾多、功能定位單一;一些完全可實(shí)現(xiàn)無人值班的地方還在安排人員值班,一些完全可由計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備自動(dòng)完成的工作還由人類工作。如可以無人值班的變電所安排人員值班;人機(jī)交互設(shè)備功能單一、集成度不高導(dǎo)致設(shè)備數(shù)量繁多和操作使用不便。

2.7 重完工、輕改進(jìn)

土建和建筑裝璜方面的創(chuàng)新改進(jìn)得到廣泛重視,而相對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用功能的實(shí)用性改進(jìn)尚未得到應(yīng)有的重視,對(duì)已通車隧道長期使用的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)并未得到足夠重視。

3 隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展新趨勢(shì)

3.1 全面集成

隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和各相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)和用戶應(yīng)用層的無縫集成,而不是傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)互通和信息簡單共享,同時(shí)考慮先進(jìn)性、適用性、可靠性和可擴(kuò)展性。

在正常情況下,讓監(jiān)控管理人員及時(shí)、全面、準(zhǔn)確、方便和穩(wěn)定地掌握所有系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備工作狀態(tài),誘導(dǎo)隧道及周邊交通流和車速平滑,達(dá)到交通安全、有序和暢通的目標(biāo)。在突發(fā)事件發(fā)生后,向監(jiān)控管理人員提供緊急調(diào)度和應(yīng)急指揮功能,以完備地快速響應(yīng)協(xié)同機(jī)制和周到、可靠、方便易用、擴(kuò)充調(diào)整靈活的應(yīng)急預(yù)案實(shí)現(xiàn)有條不紊的應(yīng)急管理和指揮調(diào)度,滿足緊急疏散和救災(zāi)應(yīng)急指揮等方面的要求。

3.2 集成平臺(tái)國產(chǎn)化、自主化

以上海寶信軟件股份有限公司自主開發(fā)的一體化監(jiān)控平臺(tái)iCentroView[1]為例,不僅集成了通常的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、電氣控制設(shè)備和環(huán)境檢測(cè)儀表,而且還全面集成了大屏、視頻、廣播、電話、火災(zāi)報(bào)警、供配電、無線通信、交通信息檢測(cè)/發(fā)布、UPS/EPS、直流屏等所有能對(duì)外提供各類接口的設(shè)備。基于寶信自主集成平臺(tái)軟件iCentroView的隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)已在上海大連路隧道、上海翔殷路隧道[2]、上中路隧道[3]、武漢長江隧道[4]、蘇州獨(dú)墅湖隧道、長沙年嘉湖隧道等國內(nèi)多條城市道路隧道長期穩(wěn)定運(yùn)行,并獲得最終用戶的廣泛好評(píng)。

3.3 低碳、以人為本的監(jiān)控中心

監(jiān)控中心日常運(yùn)行主要依靠低成本、低能耗的近距離液晶監(jiān)視器組合和計(jì)算機(jī)(Personal Computer,PC)工作站,在保證監(jiān)視效果的前提下,近距離液晶監(jiān)視器能夠16分割顯示16路動(dòng)態(tài)視頻,與常規(guī)用1臺(tái)監(jiān)視器顯示1路視頻的方式相比,既節(jié)省投資又能起到很好的節(jié)能效果。數(shù)字光處理(Digital Light Procession,DLP)大屏只在突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)或其他特殊情況時(shí)啟用,節(jié)省了中控室電能消耗、延長了DLP投影機(jī)使用壽命。

3.4 智能交通技術(shù)靈活運(yùn)用

著眼于系統(tǒng)“人、車、路、環(huán)境”的和諧,從交通流的動(dòng)態(tài)供需平衡入手,將交通流量和車速的平滑處理作為智能交通解決方案的核心。利用先進(jìn)的現(xiàn)代化信息系統(tǒng)技術(shù)、智能化的交通控制策略,并采用先進(jìn)的智能交通數(shù)學(xué)模型,達(dá)到交通安全暢通的目標(biāo)。

3.4.1 注重銜接

充分考慮綜合監(jiān)控、通信、收費(fèi)系統(tǒng)與現(xiàn)有路網(wǎng)信息系統(tǒng)的信息互聯(lián)互通。從交通狀態(tài)信息的相互共享、誘導(dǎo)信息的交叉發(fā)布和監(jiān)控中心之間數(shù)據(jù)的彼此交互都將作全面考慮。

3.4.2 平滑過渡

對(duì)隧道各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)詳盡分析后,綜合考慮隧道匯入點(diǎn)、隧橋連接點(diǎn)和立交橋交通集散處等可能存在的問題,提出針對(duì)性的解決方案,實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵、敏感部位的交通流動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)控管理,實(shí)現(xiàn)橋、隧、路整體交通流的平滑過渡。

3.4.3 突出服務(wù)

基于全面的信息采集,直接獲取宏觀于微觀交通狀態(tài)參數(shù),采用針對(duì)隧橋特定環(huán)境下的模型算法,快速處理海量路況數(shù)據(jù),判斷暢通,擁擠或堵塞的路面情況,預(yù)告行程時(shí)間,自動(dòng)識(shí)別交通事件,使管理者能夠直觀、準(zhǔn)確地感知隧橋整體的實(shí)時(shí)交通狀態(tài)。通過多種不同的發(fā)布手段,為隧道潛在和正在參與的出行者提供各類誘導(dǎo)信息。如旅行時(shí)間、交通狀態(tài)、速度和事件等信息,力求實(shí)現(xiàn)隧道交通流整體運(yùn)行的安全、暢通、舒適和快捷。

3.4.4 重視遏止

采用檢測(cè)技術(shù),快速獲取各類可能影響交通安全、暢通的事件和對(duì)象。通過警告、廣播、威懾和強(qiáng)制等手段,遏止容易引起交通安全事故和阻塞事件的誘因,力保隧道交通流整體運(yùn)行的安全、暢通。

3.4.5 強(qiáng)調(diào)預(yù)警

對(duì)有預(yù)期重大交通事件發(fā)生但尚未導(dǎo)致交通參數(shù)改變,或預(yù)測(cè)到交通狀況將要惡化時(shí),采取提前預(yù)警的方式,提醒管理人員采取及時(shí)的調(diào)控對(duì)策。

3.4.6 快速疏導(dǎo)

通過實(shí)時(shí)檢測(cè),依據(jù)快速事件檢測(cè)和響應(yīng)技術(shù),通過應(yīng)急預(yù)案機(jī)制,采用誘導(dǎo)、廣播和控制結(jié)合的技術(shù),利用宏觀和微觀相結(jié)合的方式對(duì)隧橋上的交通流進(jìn)行整體的疏導(dǎo)。

3.4.7 交通組織優(yōu)化

車道信號(hào)燈是國家道路交通安全法規(guī)定的強(qiáng)制執(zhí)行指令,隧道內(nèi)設(shè)置車道信號(hào)燈[5]間隔不超過200 m,保證駕駛員在任何時(shí)候都能有效看清前方兩組信號(hào)燈狀態(tài),確保駕駛員有足夠時(shí)間響應(yīng)前方交通狀態(tài)變化。

隧道內(nèi)車道信號(hào)燈上下行雙向配置、洞口引道段中線留變道缺口(應(yīng)急預(yù)案時(shí)臨時(shí)導(dǎo)向標(biāo)志和情報(bào)板配合),為有效改善早晚高峰時(shí)段交通流潮汐現(xiàn)象明顯的隧道交通擁擠狀況。針對(duì)交通事故、隧道養(yǎng)護(hù)、路面施工、設(shè)備檢修等靈活采取交通應(yīng)急預(yù)案,封閉某隧洞或洞內(nèi)部分車道,有利于高效工作和運(yùn)行安全。

疏散指示燈具雙向動(dòng)態(tài)指示功能,根據(jù)火災(zāi)發(fā)生位置自動(dòng)選擇最佳逃生指示路線,有利于完善防災(zāi)應(yīng)急預(yù)案。

3.4.8 交通精細(xì)化管理

實(shí)施基于高清卡口設(shè)備的隧道交通流精細(xì)化管理:將目前已成熟的機(jī)器視覺技術(shù)創(chuàng)造性地應(yīng)用到隧道智能交通設(shè)計(jì)中,并以此預(yù)測(cè)隧道全線不同特征段的行程時(shí)間和平均速度、機(jī)動(dòng)車空間分布、道路車輛占有數(shù)。基于所收集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析,進(jìn)行車輛特征精細(xì)化分析,有利于交通管理者掌握隧道交通運(yùn)行規(guī)律,采取科學(xué)誘導(dǎo)手段,并為以后評(píng)估總體利用水平和運(yùn)營水平提供可靠依據(jù)。

3.4.9 交通執(zhí)法和綜合監(jiān)控結(jié)合

高清卡口系統(tǒng)、交通視頻檢測(cè)系統(tǒng)集成電子警察功能,綜合監(jiān)控系統(tǒng)為交警執(zhí)法提供依據(jù),監(jiān)督隧道內(nèi)駕駛員嚴(yán)格按交通規(guī)則行駛,保障隧道交通安全、暢通。

3.5 閉路電視系統(tǒng)優(yōu)化

城市道路隧道和高速公路隧道的最大區(qū)別是車流量大、環(huán)保要求嚴(yán)格、管理部門和媒體的監(jiān)管力度大,故數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、重點(diǎn)區(qū)域無盲區(qū)全覆蓋是閉路電視監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)調(diào)研多條已通車城市道路隧道使用經(jīng)驗(yàn),洞內(nèi)攝像機(jī)布置的最佳距離不宜超過100 m[6],最好在90 m左右,以保證獲得清晰的、全覆蓋的實(shí)時(shí)圖像效果和準(zhǔn)確的交通視頻檢測(cè)數(shù)據(jù)。間隔4臺(tái)固定攝像機(jī)插裝1臺(tái)全方位彩色云臺(tái)攝像機(jī)的效果更佳,隧道內(nèi)發(fā)生突發(fā)事件后可通過縮放對(duì)焦光清晰察看事故點(diǎn)動(dòng)態(tài)。

在隧道出入口處,宜選用具超級(jí)寬動(dòng)態(tài)(Ultra Dynamic Range,UDR)技術(shù)的攝像機(jī);工作井除高低壓配電間外,照明配電間也宜加裝攝像機(jī),以實(shí)時(shí)監(jiān)視照明控制室狀態(tài)。

3.6 廣播和無線通信優(yōu)化

由于國內(nèi)城市道路隧道突發(fā)事件較多,駕駛員不按交通信號(hào)燈指示行駛的現(xiàn)象普遍存在,發(fā)生交通事故和需要應(yīng)急檢修維護(hù)時(shí)有線廣播提醒駕駛員變道的作用還比較明顯。隧道內(nèi)通常按200 m設(shè)置一個(gè)廣播音區(qū),但廣播功能宜改進(jìn)為隔音區(qū)揚(yáng)聲器輪番同時(shí)廣播,既消除混響效果又有效保障隧道內(nèi)機(jī)動(dòng)車駕駛員能收聽廣播內(nèi)容,還避免全音區(qū)廣播造成的不必要投資增加。

無線調(diào)頻廣播宜增加突發(fā)事件由中控室強(qiáng)制切換廣播功能,及時(shí)提醒駕駛員按規(guī)定要求行車。

3.7 設(shè)備管理現(xiàn)代化

只有隧道的交通檢測(cè)、交通誘導(dǎo)發(fā)布、機(jī)電設(shè)施等設(shè)備能夠正常運(yùn)行,才能夠保障隧道快速、安全、通暢和高效運(yùn)行。因此,建設(shè)一套隧道綜合監(jiān)控配套的、采用信息化組織的設(shè)備管理系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維修可以有效減少或避免這種情況的出現(xiàn)。

3.8 實(shí)施規(guī)范化

針對(duì)重大市政工程普遍存在重進(jìn)度和基本功能,強(qiáng)調(diào)竣工節(jié)點(diǎn),對(duì)工程文檔規(guī)范重視程度不足。設(shè)計(jì)文檔的完整性、規(guī)范化方面應(yīng)爭取盡早與國際接軌,工程文檔要有完整的原理圖、接線圖、布置圖、設(shè)備材料表及用戶手冊(cè)等。文檔質(zhì)量應(yīng)該達(dá)到內(nèi)部能有效復(fù)用,實(shí)施階段能按圖施工,運(yùn)行階段能按圖維護(hù)檢修的要求。

線纜敷設(shè)、固定質(zhì)量,線纜編號(hào)、設(shè)備名稱、安裝位置等標(biāo)記標(biāo)識(shí)的完整性和科學(xué)性,永久性標(biāo)簽材料質(zhì)量,進(jìn)出盤箱柜孔洞封堵,檢修空間考慮,施工環(huán)境整治都是值得進(jìn)一步重視和考慮改進(jìn)完善。

4 結(jié) 語

隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)是交通基礎(chǔ)設(shè)施的配套輔助設(shè)施,對(duì)于改進(jìn)隧道行車環(huán)境、高效處理突發(fā)事件、最大限度減少對(duì)交通繁忙時(shí)段的意外干擾至關(guān)重要。

[1]張興軍,叢力群,范 昀,等.城市隧道橋梁管理智能化和信息化[J].世界儀表與自動(dòng)化,2007(6):66-68.

[2]楊志豪,喬宗昭,王 曦,等.上海翔殷路隧道工程設(shè)計(jì)[C]∥上海市土木工程學(xué)會(huì),上海隧道工程股份有限公司.2005上海國際隧道工程研討會(huì)文集.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2005:74-79.

[3]王德中,傅德明,丁志誠.上海上中路越江隧道工程[C]∥上海市土木工程學(xué)會(huì),上海隧道工程股份有限公司.2005上海國際隧道工程研討會(huì)文集.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2005:67-73.

[4]譚順輝,李勇軍.武漢長江隧道工程綜述[C]∥上海市土木工程學(xué)會(huì),上海隧道工程股份有限公司.2005上海國際隧道工程研討會(huì)文集.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2005:49-57.

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 18567-2001高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)模式[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[6]中華人民共和國交通部.重慶交通科研設(shè)計(jì)院.JTG/T D71-2004 公路隧道交通工程設(shè)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004:12-15.