面向交通安全的隧道群云監測系統

馬慶祿 鄒政

摘 要：傳統的公路隧道管理系統存在管理獨立分散、隧道各部位監測不夠靈活、病害細節可視化程度較低等問題。針對以上問題，提出了一種面向交通安全的隧道群區域性聯測聯控理念。首先通過云數據庫將眾多隧道零散的監測數據整合到一起，實現隧道集群管理;其次設計了一種“分/合”式的分段方法以對隧道任意位置的病害進行監測;然后依托地理信息系統（GIS）地圖并聯合Java服務器頁面（JSP）、CANVAS技術建立服務于路網交通安全的隧道群病害可視化監測平臺;最后實時分析處理監測數據并對隧道安全狀況進行分級預警，由此對路網交通安全作出評判。實驗基于某一區域內的隧道病害數據集，結果表明所提系統實現了隧道集群管理、病害細節可視化和隧道安全分級等功能，同時，系統對路網交通安全也具備一定的預警能力。

關鍵詞：公路隧道;病害監測;隧道安全;交通安全;云監測;CANVAS技術;分段監測

中圖分類號：TP277; U459.2

文獻標志碼：A

Abstract： Some defects exist in traditional management systems of highway tunnels， such as decentralized and independent management， lack of flexibility in eachpart monitoring and low degree of visualization of disease details. Aiming at these problems above， a regional joint control and measurement concept of tunnel groups for traffic safety was proposed. Firstly， the scattered monitoring data of tunnels were integrated into a cloud database to realize the management of tunnel group. Secondly， a “division/combination” segmental monitoring method was designed to monitor the diseases at any position of tunnels. Thirdly， on the basis of GIS （Geographic Information System） map， JSP （Java Server Pages） technology and CANVAS technology， a visualized monitoring platform of disease monitoring of tunnel group for traffic safety of road network was established. Finally， the monitoring data were analyzed and processed realtimely and classified prewarning of tunnel safety status was realized， so that traffic safety of road network could be judged. Experiments were carried out on the data set of tunnel diseases in a certain area. The results show that the proposed system realizes the functions such as tunnel group management， disease details visualization and tunnel safety classification; meanwhile， the system also has certain prewarning ability for traffic safety of road network.

英文關鍵詞Key words： highway tunnel; disease monitoring; tunnel safety; traffic safety; cloud monitoring; CANVAS technology; segmental monitoring

0 引言

隧道作為公路交通的重要基礎設施，其安全監測技術是保障公路通行安全、提高公路服務質量和經濟效益的關鍵[1]。在當前公路隧道運營管理中，有的地方仍然以人員巡查結合視頻監控技術為主，存在信息化程度不高、管理技術相對落后等問題[2]。

對于公路隧道信息化監測管理方面的研究，Alvear等[3]設計了公路隧道的應急管理決策支持系統，為管理者提供了實時處理緊急事件的決策建議; Koch等[4]建立了一種隧道信息模型框架，支持隧道工程的模擬和可視化; Makarov[5]建立了一個獨立的隧道運輸系統并增加了地下停車場，以便能通過增強城市生態和生活力的方式解決運輸問題;黃廷等[6]將建筑信息模型（Building Information Modeling， BIM）技術引入公路隧道的運維管理，并結合Autodesk平臺進行二次開發，實現了公路隧道運維管理的可視化;王繼驥[7]通過車輛全球定位系統（Global Positioning System， GPS）幫助監控員及時通過視頻發現滯留車輛，快速救助疏導，提高隧道行車安全;蒲雯等[8]認為隧道交通安全系統分析與決策過程呈現出明顯的大數據特征;蒲浩等[9]基于Microsoft Visual Studio 2010 環境開發了隧道監控的三維實時交互可視化信息平臺;鄧周全等[10]建立了一種面向車輛駕駛員和隧道管理單位的交通流信息管理與提示系統，提醒駕駛員及時規避危險，以縮短駕駛員的反應時間，降低交通事故發生概率;此外，還有一些學者[11-12]基于其他編程語言（如Delphi、Java等）并結合Excel（或者數據庫）工具開發了隧道監測管理系統;姜晨光等[13]借助物聯網技術實現了對隧道的遠程、實時、動態管理與控制。

綜上所述，公路隧道監測管理信息化的建設正在不斷發展，也取得了一些應用成果， 但總體來說，公路隧道管理和建設還是比較零散，即大多公路隧道監測管理系統仍是“按需、逐個、獨立”進行設計開發的，這也導致了隧道監測數據不能較好地在各個隧道管理部門交換共享。為了從整體上實現隧道群的區域性控制，本文提出了面向隧道群的區域性隧道聯測聯控理念并結合云計算的部署方法，基于Java服務器頁面（Java Server Pages， JSP）技術和CANVAS技術搭建隧道結構監測評估信息化平臺的策略，實現對多種養護資源信息的便捷獲取和全面共享，提高隧道養護的服務水平和質量，同時也對路網交通安全作出預警。

5 結語

傳統的隧道結構病害診斷方法無法妥善地將系統的模糊性和隨機性關聯在一起，基于此，研究針對公路隧道結構病害檢測數據的集群性病害模糊化特點，提出了基于云理論的公路隧道群結構綜合監測平臺，具體研究成果包括：

1） 探索性地提出了基于云監控的隧道集群聯控監測理念，將以往獨立、零散的隧道管理模式轉變為了隧道集群管理模式，使隧道的管理模式更加方便、高效。在隧道病害大數據分析技術的基礎上，對路網中關聯隧道的交通安全進行評估，由此指導駕駛員作出最優路徑的選擇。

2）設計了一種用于隧道分段的“分/合”分段方法，可以對隧道任意部位的病害進行監測定位。利用JSP和CANVAS技術建立了3D隧道和2D斷面模型，解決了傳統隧道信息化管理中存在的病害細節可視化程度不高的問題。

3）將隧道視頻檢測器接入GIS地圖，基于GIS地圖的二次開發實現了對隧道結構健康狀態以及行車狀況的動態監測。

雖然系統針對隧道結構病害狀況進行了全面的監測和評估，但對隧道機電設施等部分的監控尚沒有涉及，所以，該系統仍然有較大的擴展空間，即在接下來的研究工作中還可以根據需要在該系統之上繼續完善機電設施和其他工程設施監測評估等功能的研究。

參考文獻 （References）

[1] 丁恩澤. 高速公路隧道監控管理系統分析[J]. 四川建材，2017，43（9）：172-173.（DING E Z. Highway tunnel monitoring management system analysis [J]. Sichuan Building Materials， 2017，43（9）：172-173.）

[2] ??? 戴學臻. 公路隧道運營安全評價及管理系統開發研究[D]. 西安：長安大學， 2010： 23-24.（DAI X Z. Research on highway tunnel operation safety evaluation and management system development [D]. Xian： Changan University， 2010： 23-24.）

[3] ??? ALVEAR D， ABREU O. Decision support system for emergency management： road tunnels [J]. Tunneling and Underground Space Technology， 2013，34： 13-21.

[4] ??? KOCH C， VONTHRON A. A tunnel information modelling framework to support management， simulations and visualisations in mechanised tunnelling projects[J]. Automation in Construction， 2017， 83： 78-90.

[5] ??? MAKAROV V V. Island megalopolises： tunnel systems as a critical alternative in solving transport problems[J]. Engineering， 2018， 4： 138-142.

[6] ??? 黃廷，陳麗娟，史培新，等. 基于BIM的公路隧道運維管理系統設計與開發[J]. 隧道建設，2017，37（1）：48-55.（HUANG T， CHEN L J， SHI P X， et al. Design and development of highway tunnel operation and maintenance management system based on BIM[J]. Tunnel Construction， 2017， 37（1）：48-55.）

[7] ??? 王繼驥. 基于高清卡口的高速公路隧道行車安全管理系統[J]. 中國交通信息化，2016（6）：88-89.（WANG J J. Highway tunnel traffic safety management system based on high definition bayonet[J]. China ITS Journal， 2016（6）：88-89.）

[8] ??? 蒲雯，姚慶華. 基于數據驅動的高速公路隧道交通安全系統分析與決策方法[J]. 科技資訊，2017，15（22）：61-65.（PU W， YAO Q H. Analysis and decision method of highway tunnel traffic safety system based on data driven [J]. Science and Technology Information， 2017，15（22）：61-65.）

[9] ??? 蒲浩，彭永，徐源，等. 隧道工程監控三維實時交互可視化信息平臺研究[J]. 鐵道工程學報，2014（3）：91-96.（PU H， PENG Y， XU Y， et al. Research on three dimensional real time interactive visualization information platform for tunnel engineering monitoring [J]. Journal of Railway Engineering Society， 2014（3）：91-96.）

[10] ?? 鄧周全，蔡直言，張文靜，等. 隧道路況實時監測系統[J]. 河南科技，2017（1）：121-122.（DENG Z Q， CAI Z Y， ZHANG W J， et al. Realtime monitoring system of tunnel traffic condition [J]. Henan Science and Technology， 2017（1）：121-122.）

[11] ?? 王海英，程瑤，金曉臻，等. 基于Delphi的隧道監測信息管理系統研究[J]. 公路隧道，2010（2）：5-8.（WANG H Y， CHENG Y， JIN X Z， et al. Research on tunnel monitoring information management system based on Delphi [J]. Highway Tunnel， 2010（2）：5-8.）

[12] ?? 方恩權. 基于Web技術的地鐵隧道結構調查管理系統研究[J]. 現代隧道技術，2017，54（2）：40-45.（FANG E Q. Research on metro tunnel structure survey management system based on Web Technology [J]. Modern Tunnel Technology， 2017，54（2）：40-45.）

[13] ?? 姜晨光，劉冠林，王紀明，等. 基于物聯網的隧道智能監測系統設計[J]. 上海國土資源，2013，34（1）：85-89.（JIANG C G， LIU G L， WANG J M， et al. Design of tunnel intelligent monitoring system based on Internet of things[J]. Shanghai Land and Resources， 2013，34（1）：85-89.）

[14] ?? 喬墩，蔣樹屏，林志，等.公路隧道養護技術規范（JTGH-12—2015）[M]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2015：13-17.（QIAO D， JIANG S P， LING Z， et al. Technical Specification of Maintenance for Highway Tunnel （JTGH122015）[M]. Beijing： Peoples Communications Publishing House Co.， Ltd， 2015：13-17.）

[15] ?? GEARY D. Core HTML5 Canvas Graphics， Animation， and Game Development[M]. Upper Saddle River： Prentice Hall， 2013：63-64.

[16] ?? 雙城風機（上海）有限公司.隧道通風[EB/OL]. [2018-09-04].http：//www.tcfchina.com/Applicationinfo2.asp？id=1204.（Twin City Fan （Shanghai） Co.， Ltd. Tunnel ventilation [EB/OL]. [2018-09-04].http：//www.tcfchina.com/Applicationinfo2.asp？id=1204.）