談高速公路機電監控系統組成、特點及隧道監控模式

【摘要】? ? 高速公路隧道監控作為重要管理內容，為實現節能、高效的運行管理，需合理構建機電監控系統。文章以高速公路機電監控系統特點為切入點，要求系統能夠自動化傳輸數據、實時化監控環境、自動化開展辦公、全天化落實稽查，以此為基礎，提出機電監控系統構成要素，結合實際案例選擇監控模式，從而為相關工作者提供參考。

【關鍵詞】? ? 高速公路? ? 機電監控系統? ? 隧道監控模式

引言：

現代科技發展下，技術的融合與創新為高速公路智能化監控提供了基礎。隧道是高速公路關鍵環節，有效節約用地、減少道路距離，以此緩解交通壓力，內部卻由于處于地下，周圍較為封閉，導致內部光線強度差，環境較為單調，加上空間密閉易產生嚴重交通事故。因此，高速公路隧道應當積極應用機電監控系統，合理應用數據傳輸技術、信息處理技術，集成龐大信息模塊，協調多方面工作，從而維護公路質量，確保車輛行駛安全。

一、高速公路機電監控系統特點

高速公路隧道作為高速公路建設、施工及管理控制對象，應結合《公路隧道設計規范》，明確設備配置需求，經過測量隧道長度，預測隧道車輛年平均交通量，確定設計年度等各種因素，計算隧道監控等級。為保證隧道監控效果，功能特點要求如下：

1.數據自動化傳輸。在科技發展下，監控系統也需做到信息化管理，實現數據、信息自動傳輸，輸送至監控中心，人員即可遠程控制，推動系統向集成化、智能化方向發展。

2.環境實時化監控。高速公路監控系統主要是通過環境動態監控的方式，能夠實時監控設備運行情況，有關部門即可通過定時觀察采集數據，發現機電監控參數異常，采取有效措施，預防發生安全事故，保證隧道正常運行。

3.人員自動化辦公。監控系統可實現自動化辦公，立足于處理信息系統升級優化，利用網絡通信技術，連接OA自動化辦公系統，能夠自動處理、存儲傳輸數據，提高工作效率。

4.稽查全天化落實。機電監控系統安裝后，能夠實現全天化稽查，全面記錄通過隧道的車輛信息、設備運行參數、發生事故幾率等，保證資料記錄全面系統，滿足收費稽查需求，實現正常工作。

二、高速公路機電監控系統組成

（1）設備布設

監控系統中，外場設備采取核心微處理器，能夠實現預處理、發送及收集整理數據，經過系統分析后，下達命令至現場設備，由監控站負責提出指令要求，根據交通量、隧道長度等確定工程等級，按照工程等級，確定外場設備情況，強化隧道監控，以此完成照明、交通誘導、通風等要素的控制，增強隧道處理事故能力。布設內容如下：

1.隧道進、出口安裝變焦彩色攝像機，監視隧道交通情況，內部設置相應定焦攝像機，控制間距在150m內。

2.隧道的緊急停車帶、洞口等部位，設置控制燈、情報板、信號燈等，保證車輛進入洞口前能夠有所準備。

3.隧道外設置攝像機、雷達測速探頭，內部則安裝控制器、噪聲監測儀，對隧道內車輛進行監控。

4.隧道內合理配置風向風速儀、CO/VI檢測儀，借此檢測隧道風向、風速及各種煙霧、煙氣濃度，合理開啟、協調通風系統，強化內部管控。

5.隧道洞口位置安裝光強檢測儀，自動控制照明。

6.隧道內部、變電所安裝控制器、監控設備等，采取光纖以太網模式，光纖100M能將內部控制器和以太網交換機有效連接，構建光纖環網，且將控制器、繼電器等備件放置于控制柜，控制柜則安裝在密集設備區，便于監控人員能夠對設備數據準確收集，了解現場情況。

7.洞口、內部均安裝緊急電話線、廣播設備，通過兩者便于隧道內車輛出現問題后，人員能夠及時通過電話系統進行報警，監控站人員也可通過廣播做好指揮工作，發出警告燈，設置緊急電話位置，安裝指示牌。

8.隧道行人橫洞、行車橫洞、緊急停車帶均要設置表示，利用光電標志，便于駕駛人員辨別。

（二）系統構成

1.可變情報板顯示系統

監控中心安排人員負責24小時管理，實時查看隧道內監控錄像、數據等，編輯交通信息，運營指令、路面情況，做好信息播放及緩存工作，監控人員結合實際，確定信息顯示時間及順序，且屏幕能夠根據環境，對亮度自動調整。

2.行車調度系統

為引導和控制隧道過往汽車，確保隧道行車暢通安全，隧道內設置調度系統，便于人員進行監控，確保內部發生事故、火災等災害后，能夠按照火災應急預案的設置自動執行，隧道內業開啟控制機，轉換信號指示燈，提示其他車輛禁止通行，入口處也做好障礙設置，避免后續車輛不清楚情況隨意進入。

3.通風照明系統

隧道內部由于封閉性高，車輛行駛中也會排放有害氣體，對于環境會造成污染，特別是長大隧道，要求做好管控工作，保證隧道即便長期運行，也能維系內部安全，安裝控制、通風系統。其中，通風系統可對內部風機、照明、應急照明燈等設備加以控制，由于照明及風機設備能耗高，需減少開啟時間，結合情況確定開啟組數等，節省運營和投資成本，產生火災后，還要做好內部空氣控制工作，開啟通風系統、控制系統等壓制火勢，便于人員撲滅火災。并且，通風系統擁有手動、自動模式，計算機為人員提供數據參數后，人員分析難度高，加上流程復雜，多以自動為主，設置在隧道管理中心，發生災害后結合車輛及火情情況，根據模型生成控制通風方案，控制隧道開啟風機的通風方向，照明系統則負責引導、協助疏散人員。監控人員可通過洞口視頻觀察控制開關洞口照明燈，由于通風是確保車輛行駛安全的重要環節，應和交通、環境、火災報警系統聯動，如表1所示。

隧道監控平臺選用風速風向檢測器、CO檢測儀及火災報警系統判斷是否發生火災，監控人員結合實際情況啟動風機，為保護設備，風機需設置延時啟動，同組風機延時20s，轉換延遲為5min。

4.隧道緊急電話系統

該系統主要是用于隧道產生交通事故后，便于駕駛人或周圍人員通過系統，撥打緊急電話尋求援助，也是收集事故、車輛故障、監控運行的重要設備，隧道內200m安裝1個緊急電話，隧道出入口10m位置安裝緊急電話。設備分別是：緊急電話控制臺，包含計算機、管理軟件、打印機、主控制器等，控制臺有2個RS232串行接口，以此連接計算機，系統可傳輸數據至監控中心，中心人員即可根據電話控制臺完成協調指揮、互相通信，緊急電話通話柱負責管理和接收控制中心呼叫，能夠定時和隧道電話聯絡，檢測電話狀態，發生故障及時告警。

5.火災報警系統

該系統在洞口變電所安裝報警機器，內部隧道設置感光探測器、報警按鈕及聲光報警器，當發生火災后，人員即可利用報警設備，通過總線連接報警機器方式，設置獨立報警回路，能夠立即報警。火災報警主機的數據通過區域控制器+工業以太網的方式作為冗余網絡接入上級管理所火災報警平臺，火災報警平臺程序能顯示報警位置并與閉路電視系統形成聯動，監控畫面將強行向火災報警位置切換，由監控人員負責確認后，執行信號燈、照明等流程，做好隧道內調度。

6.閉路電視系統

高速公路隧道視頻系統功能，每隔150m設置一臺彩色固定攝像機，能夠對隧道無盲區、連續監視，各車行橫洞及緊急停車帶設置1臺變焦球型攝像機，可監視車輛、交通運行情況，設置激光夜視攝像機，便于確認異常事件，以人工智能深度學習為核心，建立視頻檢測計算機，發生交通事故后，能夠自動分析檢測進行報警。還能和千兆環網工業交換機連接，每個變電所配制4個夜視攝像機與1臺工業網交換機，傳輸數據后顯示在2×11寸液晶屏幕上，輪番巡視緊急停車帶、人行橫通道、隧道洞口，將視頻數據存儲起來，磁盤容量根據30天存儲需求配置。

（三）數據級聯

高速公路監控中包含諸多機電設備，有交通信號燈、情報板、車道指示器、車檢器等，確保設備可發揮作用，通過情報板將文字展現出來，為駕駛者提供前方救援、路況內容;車檢器則能夠根據微波原理，對車流量、車速完成測量，為后續規劃提供測數據，車道指示器能夠引導司機選擇行車道，判斷隧道車道通行，以免發生事故或擁堵。此類監控設備運行階段具有唯一狀態參數，隧道管理站及監控軟件需對設備運行及時更新，記錄好設備運行參數、操作指令等，做好數據庫存儲工作，可控設備狀態若有人員干預，還能將其記錄于日志內。設備錄入下，可通過檢測系統收集環境數據，也能實時展示數據變化，錄入新數據，根據要求完成數據保存工作，為人員查詢、使用提供支持。

數據級聯可分為4級，分為中心路段、管理站、省中心、區域中心，確保級聯之間能夠暢通交流，傳輸數據做到資源共享，文本格式統一劃分，達到數據級聯效果，僅能實現上下級數據輸送，無法跨級傳輸。在數據級聯中，設備監控中，文本格式選用xml，信息均存儲于xml字符串之中，經過中間件將收集信息統一發送，且選用GBK編碼字符串，根節點選用MsgPackage，內容包含return State、sub Package、head、identity 4個子節點，identity可以存儲標識符號，涵蓋源地址代碼、目標地址代碼等，確定接受和發送對象屬性;sub Package可儲存數據內容;head可以存儲各類型數據信息，涵蓋業務編碼、時間等;return State可以存儲主機反饋內容，包含未知錯誤、接受信息、解析失敗等數據，無反饋則是空。監控系統對設備管理中，能夠通過數據級聯確定數據庫參數，結合及聯系分析，做好設備信息整理工作，按照字段標準格式完成匯總，上報至系統，實現數據存儲。

三、高速公路隧道監控模式

（一）常規監控

高速公路隧道監控中，選用常規監控模式，以就地監控的方式，出入口作為監控站建設的主要地點，能夠及時了解隧道情況。數據傳輸中，分支信息能夠報送信息至監控系統，人員可隨時錄入信息，及時上傳，系統內部有光交換機、光纖自愈環、安裝于高清槍機與車輛檢測器中，確保準確、完整的掌握車輛信息。車輛檢測系統安裝中，內部構件以車輛檢測器為主，人員可實時監測隧道具體位置。

（二）中心監控

監控系統采取中心監控，是將隧道、道路、收費等系統集成建設，有利于人員集中管理，做好道路監控、隧道管控調度等工作，為合建工作形勢，由于管理復雜，很少實際應用。建立監控站處于收費站內，人員需嚴格落實設計標準，核查安裝位置，嚴謹工作通道與房間尺寸，保證設備運行穩定，安裝采取走下線模式，完成安裝開展試運行，保證收費站運轉正常。人員監控道路中，收費站顯示屏會上傳圖像、數據至監控中心，轉化至監控系統電視墻，以了解收費站進出車輛。

（三）分中心集群

公路隧道數量的增加，選用分中心集群模式，可擴大使用系統范圍，外部設備如攝像機、傳感器、檢測設備等，能夠連接各隧道內部情況采集信息，通過控制器匯總數據至監控分中心，管理者即可根據數據內容，分析現場故障、運行情況，實現統一的指揮調度。監控中心內部有諸多網絡平臺，人員帶有數字鍵盤、對講機，系統配置傳輸器、報警器、顯示屏等，能夠隨時觀察隧道路段情況，收集數據，發生安全問題警報器將會產生報警信號，安排人員及時奔赴現場解決問題。

（四）實踐案例

高速公路建設作為潛力大、深拓展的行業，建設周期長，西部區域隧道集中地段，造價達到8500萬元/km，隧道監控與機電投資為4500萬元，需優化管理統一規劃。以南兩高速公路為例，連接內環、二環高速公路階段，沿途隧道有6座，2座隧道長4000m以上，設計階段規劃隧道監控、供配電、消防，便于集中統一調度。為保證投資相等下選擇最佳設備技術，分析各監控模式優缺點，如表2所示。

該工程采取中心監控模式，相同投資下能夠優化設備與技術，組網采用重慶IP地址規劃，以VLAN方式互通收費、數據及監控視頻，增加RS232數據通道，每個手報器與煙感器均分配相應IP地址，便于準確報警，及時處理。

四、結束語

綜上所述，高速公路隧道作為施工、管理及建設重要控制對象，為確保正常運行高速公路，需做好隧道監控工作。因此，隧道監控系統應當結合實際情況，從設備布設、系統構成這兩方面出發，保證符合系統功能需求，選擇恰當監控模式，從而實現隧道機電設備的一體化管理監測，提高高速公路隧道服務與管理水平。

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孫欽飛（1991.07-），男，苗族，貴州銅仁，本科， 中級工程師，研究方向：高速公路機電工程（三大系統、隧道機電）。