基于物聯網的長隧道運營安全監控方案

任 娜

（江蘇省交通技師學院，江蘇 鎮江 212006）

物聯網指的是將無處不在的末端設備和設施，包括具備“內在智能”的傳感器、移動終端、工業系統、數控系統、家庭智能設施、視頻監控系統等、和“外在使能”的，如貼上RFID的各種資產、攜帶無線終端的個人與車輛等等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”，通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網絡實現互聯互通、應用大集成、以及基于云計算的SaaS營運等模式，在內網、專網、和/或互聯網環境下，采用適當的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持、領導桌面等管理和服務功能，實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化。

在市政快速公路的長隧道中越來越多的事故是由于許多無關人員的進入、橫穿導致的，為了交通安全、避免類似事故的發生，本文提出了一種基于物聯網的多參數一起監測的安全監控方案。

1 設計分析

系統要實現車輛進入隧道不報警，無關人員進入隧道報警，相關人員（檢查人員、維修人員等）進入隧道不報警的功能，根據這些需求，采用如下設計思路：

視頻監控系統：在隧道口的每個車道上方設置1臺彩 轉黑一體化智能變倍攝像機云臺，來觀察和識別從隧道口進出的每一個移動物體（車輛和人員），并配置紅外燈以達到24小時連續監控的目的。

電子識別系統：在隧道口處安裝電子標簽讀取器，對出入隧道的相關人員（凡進入隧道內的相關人員必須攜帶粘有電子標簽的安全帽，否則為無關人員，視頻人員識別系統會自動報警）進行自動登記和識別，實時將通行數據傳輸到指揮部中心服務器，通過局域網，指揮部管理人員可以查看、統計相關人員出入隧道情況。

光纖周界防入侵報警系統：隧道口外部兩側的圍欄或者磚墻上安裝光纖周界防入侵監控報警系統，24小時報警系統布防，一旦有人進入防范區域，就會報警通知值班人員同時聯動視頻監控系統啟動錄像機對現場的圖像進行記錄，用以防范無關人員從隧道口一些隱蔽的地方進入隧道。

2 系統實現

2.1 視頻監控系統

系統采用數模混合方式，即音視頻圖象采用高質量的模擬圖象及模擬音頻傳輸，音視頻信號傳輸到總控室再進行數字化處理和控制。采用此方案可較好的解決目前數碼圖象傳輸質量普遍不高的現象。

2.1.1 前端部分（隧道口）

A 攝像機。隧道口每個車道上方安裝一個1臺彩轉黑一體化智能變倍攝像機，以觀察和識別從隧道口進出的每一個移動物體（車輛和人員）。該攝像頭具有自動白平衡、逆光補償和自動電子快門調節功能。配備鏡頭為電動可變鏡頭，可進行自動變焦、自動聚焦和自動光圈調節。變焦可將畫面拉近推遠，改變視角和成像大小；調節（自動聚焦和自動光圈），可調整圖象清晰度。可將隧道的圖像清晰實時定格于整個屏幕。

B 室外云臺為萬向云臺，可帶動攝像機上、下、左、右、左上、左下、右上、右下全方位掃描。所用解碼器為智能解碼驅動器，接到主控機發出的信息命令后，驅動相應攝像機、電動三可變鏡頭、室內云臺等完成各種動作。

C 通過系統主控機或分控機的簡便操作,都可控制任意指定云臺的上下左右旋轉, 可觀察到隧道口的各個角落。還可控制鏡頭的變焦、聚焦和光圈可分別實現畫面的拉近拉遠和清晰度調整,使移動物體的各種動作細節一清二楚。

圖1 系統構成

D 利用內部局域網可把圖像聲音傳到具有信息點的任何地方。

2.1.2 傳輸部分

傳輸線共有以下幾種：視頻線、屏蔽雙絞線、多芯護套線及電源線。所有線看現場情況定。保證信號的高傳輸質量、具備一定抗干擾能力。

2.1.3 總控制室

中心控制室是整個電子視頻監控系統的核心部分，在這里可以觀察到隧道里各個角落的具體情況，中心控制室4臺17寸顯示器全部安裝在一個控制柜內。操作人員可通過計算機鍵盤和鼠標可控制教室內云臺和鏡頭的動作，以便進行細節監視。采用硬盤錄象機（1臺或多臺）進行實況監控及錄象。所有硬盤錄象機和顯示器都安裝在控制機柜內見圖，可一機多用，既可控制前端設備及錄象又可兼作網絡視頻服務器，通過內部網絡（TCP/IP）實現客戶端多點多級的遠端控制與網上瀏覽（加裝客戶端接收軟件），同時又可作為數碼錄象機進行16路長時間數碼錄象。

2.2 電子識別系統

首先在隧道進出口的兩側安放若干個讀卡器，具體數量和位置根據現場實際工況和要實現的功能要求而定，并且將它們通過網絡布線和地面控制中心的計算機聯網。同時在每個授權進入隧道的相關人員的安全帽上安置一個電子標簽RFID，當該人員進入隧道時，只要通過或接近放置在隧道口的任何一個讀卡器，讀卡器即會馬上感應到信號同時立即上傳到控制中心的計算機上，計算機馬上就可判斷出具體信息（如：是誰，在哪個位置，具體時間），把它顯示在控制中心的大屏幕或電腦顯示屏上并做好備份。同時視頻監控系統偵測到該移動人員的位置和時間信息，然后與電子識別系統讀取的信息作比較，以判斷是否為授權人員，若不是，則視頻監控系統會發出非相關人員進出的報警信號。

2.3 周界防范報警系統部分

每個隧道出入口兩側的周界總長分別為100米。采用圍欄敷設安裝振動光纜，一般是在圍欄上端1／5處用防紫外線扎帶固定一道采S型鐵圍欄光纜。振動光纜一般采用鎧裝光纜，為了防止人為蓄意破壞，外面可套鍍鋅管加強保護。主機、鍵盤設在相應的監控室，當發生入侵時，光纜受到振動，產生入侵信號傳到主機，由主機發出報警信號。

報警信號的應用如下：

A 報警信號傳輸到鍵盤上，在鍵盤上顯示報警防區編號，此時警衛人員可以迅速奔赴防區現場查看處理。

B 報警信號傳輸到聯動模塊，可以聯動相應防區現場的聲光報警器，發出聲光報警，以起到震懾、制止、驅趕入侵者的作用；

C 報警信號傳輸到接警軟件，以電子地圖形式呈現入侵防區在整個周界的位置，并以彈出視頻框的形式在電腦上顯示防區實時情況。本軟件還可以將每一次的入侵事件生成報警日志存儲起來，以方便用戶今后的查看。

3 系統特點

3.1 系統具有獨立的移動物體識別和報警功能，可按需要設置任意的報警畫面或局部畫面的移動報警。

3.2 在出現意外情況時，硬盤錄象監控系統將按程序設計進入相應的聯動控制狀態，及時地監視和記錄現場發生的情況，以備今后的進一步處理。各種操作程序均具有存儲功能，當市電中斷或關機時，所有編程設置均可保存。

3.3 系統可與其他電子系統聯網（需滿足接口需要），并可實現與其它子系統的聯動控制。 系統功能強大，完全可實施監控畫面的實時傳輸。

3.4 系統可靠性高，具備相應的防拆、防攀、防翻越、防破壞等功能，當人為破壞周界探測設備時，可以及時發出報警信號。

3.5 既全面又有重點的全方位入侵防范。

4 系統部署

本系統遵循”統一發標識卡、統一裝備、統一管理”的原則，按準許進入隧道的人員和班組實行”一人一卡”制，該標識卡可視為”上崗憑證”或”隧道準入證”。具體方案如下：

隧道中安裝一定數量的信號收發器，具體位置根據現場情況而定，以滿足區域定位為準。

隧道管理單位向有關人員統一配發并裝備無線標識卡，無線標識卡安裝在安全帽的合適位置。

圖2 電子識別系統

圖3 周界防范報警系統

每張無限標識卡具有唯一卡號，卡號對應員工的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務、本人照片、家屬信息等初始化到系統數據庫中。

進入隧道的人員必須佩戴裝有無線標識卡的安全帽。當此人經過隧道的信號收發器時，立即被系統識別，并通過系統網絡的信息交換，將此人通過的路段、時間等信息傳輸至安全監控中心記錄，并可同時在地理信息大屏幕墻上出現提示信息，顯示通過人員的姓名等。

結語

該系統不僅可以24小時不間斷對公路隧道口進行監控，保障隧道的安全使用，防止意外事情的發生。而且在技術上有很大的創新性，完全實現了車輛進入隧道不報警，無關人員進入隧道報警，相關人員（檢查人員、維修人員等）進入隧道不報警的功能。

[1]楊建平.數字視頻技術及應用[M].北京：科學出版社，2009（10）.

[2]康東.射頻識別(RFID)核心技術與典型應用開發案例[M].北京：人民郵電出版社，2008（07）.

[3]徐穎秦.物聯網技術及應用[M].北京：機械工業出版社，2012（09）.

[4]馬洪連.物聯網感知與控制技術[M].北京：清華大學，2012（08）.

[5]單承贛.射頻識別(RFID)原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2008（07）.