高速公路特長隧道交通監控與控制策略分析

宋曉軒

（云南省交通科學研究院有限公司，云南 昆明 650011）

0 引言

在我國高速公路交通安全建設中，特長隧道方面的安全問題尤其突出。在長距離、封閉化的客觀設施條件下，一旦特長隧道內部出現火災、交通事故等風險情況，將很可能伴隨內外聯絡難、搶險救援難、情況不明確、處理滯后化等負面問題發生。同時，特長隧道災害事故不僅會造成交通路網的阻塞甚至癱瘓，還會對內部及周邊的人物安全構成嚴重威脅，致使其監測控制與應急處理具有較高的緊迫性。由此，為了更好地實施交通管理、保障交通安全，有必要對高速公路特長隧道的交通監控與控制策略展開討論。

1 高速公路特長隧道交通監控的需求分析

在設計高速公路特長隧道交通監控系統并規劃相關控制策略時，主要應明確如下需求：其一，常規情況下行車引導、道路管控的交通管理需求；其二，半封閉條件下機械通風系統、人工照明系統的合理應用需求；其三，隧道內部環境信息、路況信息、事故信息的動態化采集與可視化呈現需求；其四，火災、施工、交通事故等特殊場景下實踐輔助需求，如火災自動報警、事故區域定位、交通指示切換、施工風險評估等[1]。

2 高速公路特長隧道交通監控的系統設計

2.1 系統總體設計

在進行高速公路特長隧道交通監控系統的總體設計時，系統應具有前端感知、監控管理、終端顯示三個主要層次，并做好相關監控設施、網絡通信、輔助裝置等方面的配置工作。其中，前端感知層是監控系統獲取隧道信息的基礎，主要由各類傳感裝置、檢測設備組成，如影像監控器、一氧化碳濃度監測器、能見度監測器、亮度檢測器、衛星定位裝置等。在系統應用過程中，前端感知層應保持全天候監測、動態化上傳的運行狀態，從而為系統監控分析、程序控制、風險告警、通信聯絡等行為的實施提供可靠依據。監控管理層是監控系統的核心，主要包括主控制器及消防監控、照明監控、影像監控、通風監控等子系統模塊。在系統應用過程中，監控管理層主要通過程序自動控制與人工手動控制兩種模式來實現各類信息的分析處理、信號指令的反饋發送。同時，為了滿足歷史查詢、趨勢分析、大數據管理等需求，監控管理層還應配置有數據交換、數據儲存等模塊。終端顯示層的主要作用是實現隧道監控信息、系統運行信息的可視化呈現，主要配置包括監視器、視頻工作站、LED 拼接屏等。通過各類顯示平臺、顯示設備，監控站相關人員可對特長隧道內部的實時情況進行了解，并根據顯示內容開展實況分析、系統操控、應急處理等活動。在此基礎上，還需要結合具體的隧道條件、管控需求，落實通風、消防、照明、排水、交通引導等多個方面的設備設施配置，并依托交換機、公共通信網絡等構建隧道交通監控通信體系，確保控制中心、現場設備、監控站、移動終端等保有高效、順暢、穩定的通信條件[2]。

2.2 系統功能設計

設計高速公路特長隧道交通監控系統的根本目的是保障隧道內部的行車安全與道路暢通，并全程化、全面化地實現各類風險隱患的及時感知與控制處理。基于此，在開展設計實踐時，應保證系統具備如下功能。

第一，隧道現場信息的綜合采集功能。具體來講，采集對象應包括車速、車流量、能見度、空氣質量、現場畫面、設備狀態、系統運行信息等。在此基礎上，信息采集的精度越高、可靠性越強，監控系統運行控制的基礎條件越好。

第二，已采集信息的處理功能。對于已采集、已接收的信息，監控系統應具備一定的自動分析能力，并快速執行針對化、合理化的控制行為或處理動作。例如，在編制系統運行程序時，應針對能見度、車速、一氧化碳濃度等監測指標設置相應的安全值或標準區間。在此基礎上，一旦實測結果超出安全值或標準區間，即代表特長隧道內部存在異常情況，監控系統就需要對此做出響應。

第三，信息提供的功能。一方面，監控系統在采集信息、分析信息、反饋響應的同時，要將各類信息同步提供給監控站及相關移動終端設備，以保證相關人員能夠全面掌握特長隧道內部的實際情況，并可實現監控畫面的切換與監控信息的調用。另一方面，監控系統需要通過信號燈、指示牌、廣播等設施，為特長隧道內外的車輛駕駛者提供可靠信息，如通行信息、災情信息、管制信息等。例如，當隧道內部發生火災，需要進行暫時的封閉處理時，系統應將入口處信號燈切換為紅色或黃色，并改變指示牌上的文字信息，以避免有車輛誤入隧道。

第四，專項控制功能。在系統綜合監控的基礎上，通風、消防、照明等子系統均應具備獨立的控制機制。例如，通風系統應根據隧道內部空氣質量進行自動的運行控制，從而將隧道內空氣環境長期維持在健康狀態。又如，照明系統應獨立分為普通照明、加強照明、應急照明等多種模式，并能分時段、分情況地對照明燈具進行控制。只有如此，才能達到隧道內部照明條件的供需平衡，并避免照明資源出現過度浪費[3]。

3 高速公路特長隧道交通監控的控制策略

3.1 常規情況下的控制策略

在無事故、無災害的特長隧道交通場景下，交通監控系統主要起到動態監測、自動調節的作用，從而保證隧道交通的穩定性與隧道環境的適宜性。

首先，在常規情況下，影像監控子系統將全程化、動態化地對隧道場景進行機器視覺感知，并對相關圖像、影像信息進行記錄。在此基礎上，影像監控子系統一方面可依據預設的跟蹤機制與判定標準，對隧道內車輛的身份性、特征性數據信息進行識別，并自動判斷有無停車、逆行等異常交通違規行為。另一方面，現場監控探頭采集的各類信息可同步傳輸至主控監視端，從而滿足相關人員觀看實時畫面、切換監控視角、調出歷史錄像等需求。

其次，在常規情況下，通風、照明等子系統始終處于正常運行狀態，在通過各類傳感器分析隧道內部空氣質量、能見度等環境條件的基礎上，自動實施適宜性的控制調節動作。例如，當空氣質量監測器、一氧化碳濃度監測器、能見度監測器等監測傳感裝置顯示正常值時，即代表特長隧道內部空氣質量良好、能見度達標。此時，通風系統無需執行特殊動作，風機設施處于關閉狀態。而當相關監測結果超出標準范圍時，通風系統便會在控制中心指令反饋的導向下，對通風設施進行電機驅動，從而達到開啟機械通風、改善隧道環境的目的。在此基礎上，通風系統還可切換時序控制、手動控制等模式，以滿足不同時期、不同條件下的常態控制需求。又如，照明系統可依托亮度檢測器的現場安裝運行，實現照明強度、照明時間等方面的自動控制。控制實踐中，照明系統應按照自然亮度、同日時段分成日間、夜間、深夜、全關、陰天、重陰6 種運行模式，并由此對特長隧道內照明燈具的開啟數量、照明強度、工作功率進行調節。如此一來，既能滿足隧道內部車輛行駛的照明需求，也能達到節約電能資源、降低設備損耗的效果。

最后，在常規情況下，由于無隱患、無報警、無應急指令，消防監控系統始終處在穩定運行狀態中，同時各類消防設施、給排水設施均為待命模式。隧道入口及內部車道沿線的指示燈、信號牌均顯示正常通行，即表明特長隧道當前可投入交通使用[4]。

3.2 交通事故場景下的控制策略

在特長隧道內部發生擁擠、阻塞等交通異常或車禍事故后，交通監控系統可基于現場影像采集與預設分析程序對事故情況進行初步判定，并向監控中心自動發送報警信號。同時，監控中心相關人員也可通過人工報警對隧道內事故進行感知。其后，相關人員應將主控監視端畫面切換至事故區域，以實現交通事故發生與否、報警信息正確與否的確認。確認屬實后，即可采取多方面行動進行事故的控制與處理。一方面，監控中心相關人員應立即通知巡邏、維護、清障、救護、警察等多方人員趕赴現場，并配合做好交通疏導、現場保護、傷員搶救、事故定責等工作。另一方面，監控系統應在自動控制或人為控制的條件下做出綜合反饋，如將隧道入口處信號燈切換為黃色或紅色，對內部車道指示信息進行聯動調整，從而達到暫時關閉隧道交通或引導規避事故路段的目的[5]。

在此基礎上，還應針對不同的交通事故類型規劃更加具體、適宜的控制策略。例如，在非擁擠、車禍等條件下，若特長隧道內部存在車輛拋錨、車輛明顯慢行（通常速度小于5km/h）等異常情況，相關人員應在監控確認后啟用隧道現場廣播系統，明確要求相關車輛保持正常行駛或加快行駛速度。若目標車輛已響應，則無需進行后續處理，或按上游交通擁堵情況實施進一步處理。若目標車輛無響應，則需要通知隧道附近巡邏人員、管理人員達到現場進行實際情況的評估與處理。同時，應依托交通監控系統，對上游交通實施適當控制，如限制上游車輛行駛速度、暫時關閉事故車道等。這樣一來，便能在保障特長隧道內部監控反饋效果與交通管理質量的基礎上，實現交通異常情況的妥善處理。又如，在交通擁堵事故發生后，相關人員應先以影像監控畫面、定位傳感信息等實況資料為依據，對擁堵路段的位置、長度進行掌握。此外，通過隧道現場廣播系統，對擁堵車隊前方車輛提出快速行駛要求，并播報擁堵事故的情況信息。同時，控制入口處及車道沿線的信號燈、指示牌，建立基于擁堵事故的限速、限行機制。最后根據擁堵車隊的交通運行情況，動態調整限速值與信號燈的綠信比。當擁堵問題明顯緩解，擁堵車隊的平均車速達到20km/h時，即可解除事故控制，將特長隧道內部的交通管控恢復至正常狀態。

3.3 隧道火災場景下的控制策略

當高速公路特長隧道內部發生火災事故時，隧道交通監控系統中的各子系統、各運行節點應做好聯動響應。首先，在自動監測到火災信息并經過控制端確認后，應立即對入口處、車道沿線的信號燈、指示牌實施切換處理，以表明隧道禁止通行。同時，應將隧道火災信息傳輸至上游交通節點，從而避免車輛向隧道方向行駛。其次，影像、通風、照明、給排水等子系統均與消防監控建立聯動機制，全面進入火災處理模式。其中，影像監控子系統需要將主顯示畫面切換至火災近端，從而為事故分析、控制調度、應急規劃等提供可靠依據。通風系統則需要在傳感器支持下，對隧道內部的煙氣量、可見度、一氧化碳濃度等情況進行感知，繼而對通風設施的開度、功率進行調節，以實現火災救援處理環境的改善。在確認不存在二次火災風險的背景下，照明系統應強制啟用所有照明燈具，從而將隧道內部的照明條件提升至最高水平。若存在電氣火災風險或火勢過大，且對隧道內正常供電線路存在較大影響，則需要切斷除消防應急照明以外的所有照明回路。給排水系統則應對水泵、水閥等設施進行控制，為火災處理工作提供穩定、充足的消防用水。在火災處理過后，給排水系統還應控制排水裝置，實現隧道內積水的快速排除。最后，在采取火災場景下特長隧道內部系統的控制處理時，相關人員還需要及時向交警、公安、急救、消防等部門請求援助，協調實施交通管制、人員救援、火情控制等工作。與此同時，還需要對特長隧道上下游的交通路段進行清理，從而為相關車輛、人員的高效到場提供保障。

3.4 道路施工場景下的控制策略

在道路施工場景下，特長隧道交通監控系統既要建立交通管制與交通疏導機制，也要在保障施工安全、輔助施工設計、指導施工管理等方面發揮作用。例如，在影像、定位等傳感機制與監控系統的支持下，相關人員需要對隧道內施工活動的位置、動線做出明確，并由此控制信號燈、指示牌等對上游車輛、隧道內車輛進行限速、限行或變道引導，從而避免施工、交通雙方發生沖突。又如，在施工作業過程中，相關人員可通過影像監控、空氣質量監測、亮度監測等系統功能，對圍巖結構穩定性、施工環境適宜性進行評估分析。如此一來，一旦隧道結構在施工擾動中產生風險隱患，或施工區域存在照明加強需求，相關人員、系統便會及時進行響應處理，從而達到保障施工安全、改善施工條件的目的。

4 結語

綜上所述，高速公路特長隧道的內部環境具有一定特殊性，對相關監控條件、管控機制提出了更高要求。基于此，在監控系統設計、控制策略規劃等相關實踐中，應堅持全面化、多元化、靈活化的監控管理原則，并致力提升特長隧道監控行為的及時性與前瞻性。此外，還需要根據不同的特長隧道運行場景，實施針對性的控制策略手段。只有這樣，才能最大化地保證隧道交通安全，提高隧道管控質量。