隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求及設計

嚴開軍，潘家奇 ，李聯(lián)成

（1.中電建路橋集團工程設計研究院有限公司，北京，100080；2.中電建路橋集團有限公司，北京，100048；3.中電建路橋集團有限公司渝廣高速公路總承包部，重慶，400700）

隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求及設計

嚴開軍1，潘家奇2，李聯(lián)成3

（1.中電建路橋集團工程設計研究院有限公司，北京，100080；2.中電建路橋集團有限公司，北京，100048；3.中電建路橋集團有限公司渝廣高速公路總承包部，重慶，400700）

高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用了計算機技術和信息技術，是保證隧道正常運行的重要手段。本文主要介紹了監(jiān)控系統(tǒng)設計的基本思想、組成以及功能，對隧道交通監(jiān)控、通風、照明、火災報警、防火門等各子系統(tǒng)的控制進行設計與實現(xiàn)。

隧道；監(jiān)控系統(tǒng)；功能需求；設計

0 引言

隧道監(jiān)控系統(tǒng)是保證隧道內車輛高速、安全運行的必要條件。在隧道內設置完善的監(jiān)控設備，能提高隧道環(huán)境、減少事故、增加隧道內車輛通行能力、延長隧道壽命。因此，隧道監(jiān)控系統(tǒng)需要進一步創(chuàng)新，才能確保隧道的節(jié)能、環(huán)保、高效、安全運營環(huán)境。

1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設計思想

1.1 設計原則

隧道監(jiān)控系統(tǒng)對隧道進行實時管理和監(jiān)控，在設計中，高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)應遵循以下原則[1]。

（1）先進性 ；（2）可靠性 ；（3）安全性 ；（4）實用性 ；（5）友好性 ；（6）擴展性。

1.2 設計目標

隧道監(jiān)控系統(tǒng)基本的控制目標是實時地監(jiān)控隧道內的車輛運營狀況、預防、報警、處理隧道內的各種交通事故，保證隧道內車輛的安全和暢通實行，還要達到高速行駛和環(huán)境保護的目的。

1.3 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能

隧道監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括信息提供功能、信息采集功能、實時控制功能、信息處理功能、監(jiān)控系統(tǒng)自診斷功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢功能。

2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設計

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求分析

隧道監(jiān)控系統(tǒng)各個子系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能[2]。

（1）照明控制系統(tǒng)的功能需求

該系統(tǒng)主要組成部分是照明控制計算機、照明燈具、洞口內外光強檢測器等。該系統(tǒng)要實現(xiàn)以下功能：采集洞口內外光強值、實時監(jiān)控燈具運行狀態(tài)、自動或手動控制燈具開閉。

（2）通風控制系統(tǒng)的功能需求分析

該系統(tǒng)主要由通風控制計算機、射流和軸流風機、CO/VI檢測器、風速風向檢測器等構成。它主要實現(xiàn)以下功能：采集CO濃度風速風向和VI值、實時監(jiān)控射流和軸流風機工作狀況、控制射流和軸流分級的正反轉和起停、實現(xiàn)自動或手動控制。

（3）車輛檢測設備的功能需求分析

該系統(tǒng)主要對隧道內各個監(jiān)控設備進行集中控制，在監(jiān)控中心計算機和現(xiàn)場設備間進行傳輸命令。該系統(tǒng)要實現(xiàn)以下功能：收集本區(qū)段的檢測設備各類信息。預處理以及儲存收集信息、將信息上傳到計算中心、執(zhí)行計算中心發(fā)布的指令、現(xiàn)場控制設備、自檢功能、

（4）交通控制系統(tǒng)的功能需求分析

該系統(tǒng)主要由交通監(jiān)控計算機、可變限速標志、交通信號燈、車輛檢測器、人車指示標志、橫洞防火卷簾門等構成。它主要實現(xiàn)以下功能：采集車輛檢測值、設置車輛檢測器參數(shù)、實時監(jiān)控和控制交通信號燈、控制車道控制器、采集和控制橫洞防火卷門、控制車人紙質標志狀態(tài)。

（5）緊急電話及廣播檢測系統(tǒng)的功能需求分析

當隧道內發(fā)生交通事故或者火災等異常情況下，緊急電話系統(tǒng)能夠供隧道人員進行緊急呼救，用來向監(jiān)控中心報告隧道內發(fā)生的事故。系統(tǒng)不僅可以想監(jiān)控中心報告緊急事件，還可以監(jiān)聽隧道內情況。如果發(fā)生緊急情況，監(jiān)控中心可以通過廣播檢測系統(tǒng)向隧道內外的進行交通疏導、組織人員逃生疏散、實時指揮調度和救援。

（6）視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求分析

該系統(tǒng)主要由隧道監(jiān)控中心、視頻分配放大器、錄像機、外場攝像機等組成。該系統(tǒng)主要要實現(xiàn)以下功能：圖像顯示、切換或控制、網絡控制、視頻分配、字符疊加、報警聯(lián)動、錄像、回訪等功能。

（7）火災報警系統(tǒng)的功能需求分析

該系統(tǒng)主要由火災報警計算機、火災自動報警控制器、火災報警控制柜和變電所內的手動火災報警按鈕、自動溫差火災探測器等組成。它需要實現(xiàn)以下功能：火災信息檢測、火災控制處理、自診斷、系統(tǒng)主動補償、系統(tǒng)自適應、系統(tǒng)聯(lián)動控制。

2.2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設計

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)各個子系統(tǒng)的功能需求，各個子系統(tǒng)的設計如下。

（1）照明控制系統(tǒng)設計

隧道中的照明設備的布置原則：左邊應急照明、右邊基本照明、加強照明為1、加強照明為2進行有序的間隔布置。如果隧道中電路出現(xiàn)問題或者發(fā)生斷電情況，照明設備中的應急照明強度一般要求達到正常照明的五分之一。根據(jù)實際需要，照明控制系統(tǒng)的控制方式一般包括自動控制、時序控制以及手動控制。其中，自動控制方式是根據(jù)傳感器檢測隧道內外的光強并分析，通過計算機進行處理，自動并有效的形成控制方案，將控制指令傳輸?shù)秸彰鞯目刂乒裰校_到控制照明設備的目的。

（2）通風控制系統(tǒng)

在選擇隧道通風標準的過程中，則應該考慮能見度標準以及CO濃度問題。風機一般安裝在橫通道上游的入口處和在橫通道下游的出口出。在隧道的中間位置，通風設備應處在不遮擋車道指示標志的位置上。

（3）汽車檢測設備

隧道中的汽車檢測器的主要作用是檢測汽車的車速、交通流量、車重、排隊長度等基本信息。它主要包括有傳感器和處理器兩種。

（4）交通控制系統(tǒng)

目前，隧道交通控制等級主要有三個等級，分別是設備控制箱控制、本地控制器控制、管理站遠程控制。在正常的工作模式下，本地控制器是能夠控制和中斷隧道內的通信。在隧道側壁上，交通設備控制箱在發(fā)生緊急情況下可以進行臨時交通控制。目前，交通控制等級主要有正常運行、交通阻塞、交通事故以及火災等級別。

（5）緊急電話和廣播檢測系統(tǒng)設計

緊急電話設備采用光纖，單洞利用2芯光纖，采用波分復用方式。有效的主機控制根據(jù)撥打信號判斷呼叫電話的位置和編號。然后，對判定結果進行數(shù)據(jù)庫的記錄工作，實現(xiàn)打印和查詢的功能。隧道有線廣播系統(tǒng)的主要設備是揚聲器、有線廣播控制臺、麥克風、供電電纜、功率方法器、通信電纜以及應用軟件。

（6）視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)要求在隧道的兩個洞口之間設置一臺帶云臺可遙控攝像機，要求兩臺攝像機的間離為100m左右。其中，在隧道入口處安裝彩轉黑日夜兩用固定攝像機。在高速公路的隧道內部，固定攝像機按照150m的間距進行均勻布置。除此之外，可變焦彩色球型攝像機布置在緊急停車帶之前。

3 總結

高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)是保證高速公路和隧道安全高效通行的重要手段，對其不僅要求良好的可靠性，而且易于以后的更新和拓展。隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建立可以對高速公路咽喉地段的交通流量和交通運行實時監(jiān)視，能夠及時發(fā)現(xiàn)各種異常情況并立刻采取有效應急措施，保障高速公路的高速、安全、經濟、舒適的運營。

[1]陳署鑫.某高速公路隧道機電系統(tǒng)的創(chuàng)新設計探討[J/OL].機電信息,2017,(03):73-74.

[2]張景樂.高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)功能需求分析[J].電子制作,2013,(09):49.

Functional requirements and design of tunnel monitoring system

Yan Kaijun1,Pan Jiaqi2，Li Liancheng3
（1.China construction road bridge group engineering design research institute co., LTD., Beijing,100080; 2. China construction road bridge group co.,LTD., Beijing ,100048；3.China construction railway bridge group co.,LTD.Chongqing highway general contracting department,Chongqing,400700)

The highway tunnel monitoring system adopts computer technology and information technology,which is an important means to ensure the normal operation of the tunnel. This paper mainly introduces the basic idea, composition and function of the monitoring and control system design, the tunnel traffic monitoring, ventilation, lighting, fire alarm, fire door control in each subsystem, such as the design and implementation.

tunnel; Monitoring system; Functional requirements; design