公路隧道智能化監控及交通安全措施分析

周晗庚

（福建省高速公路集團有限公司莆田管理分公司機電維護中心，福建莆田 351100）

0 引言

公路隧道作為交通運輸工程的重要組成部分，具有成本投入較大、使用周期較長等特點。為了確保公路隧道工程的安全運營，減少外界因素對隧道的影響，需加強公路隧道智能化監控，同時需要做好交通安全管理，為公眾的出行提供保障，同時可以積累相應的應用經驗，促進交通運輸行業的健康發展。

1 建立公路隧道智能化監控系統的意義

總結以往應用經驗可以得知，建立公路隧道智能化監控系統的意義如下：

其一，降低隧道事故帶來的損害，通過在隧道內設置安裝設施、建立智能化監控系統，可以確保隧道內發生交通事故或其他突發事件時，能夠第一時間進行報警或者進行自救，縮短事故救援時間間隔，同時可以第一時間提醒其他即將經過隧道的車輛，避免二次傷害，最大限度地降低隧道事故帶來的損害。

其二，維持交通干線的正常運行，交通事故具有較強的不可預見性，若不能及時處理這些事故，也會導致交通干線癱瘓。而智能化監控與交通安全措施的應用，可以根據以往歷史數據在計算機中進行模擬，對于可能出現的事故類型、危害性展開科學性判斷，及時制定相應的預防措施和應急處理措施，最短時間內恢復干線的正常運行，具有很強的實用價值。

2 公路隧道智能化監控系統分布組成

2.1 中央控制系統

中央控制系統作為整個智能化監控系統的核心組成部分，主要是利用獲取數據，準確判斷出隧道中的事故類型、危害性，隨后下達相應指令，最大限度地降低事故帶來的負面影響。在系統的硬件設施中，主要包括中心控制服務器、網絡交換機、視頻工作站、電子數據庫、報警主機、矩陣主機、電視墻等，而系統運行時的子模塊如下：

其一，信息采集處理模塊，主要是對獲取到的隧道影像數據、煙塵濃度數據、溫度數據等進行系統化處理，在各類計算公式、智能化程序輔助下完成計算和分析，對比后判斷隧道目前的安全狀態。

其二，功能發布模塊，其主要功能是在獲取到數據整理結果后，利用隧道內廣播、導航信息提示等途徑來傳遞相關信息，如提醒人員重新規劃路線、減速慢行等，減少二次傷害事故。

其三，遠程控制，在總線控制技術輔助下，可以通過遠程控制方式來下達相關指令，還可以利用遠程控制信號燈、廣播、指示牌等方式提示來往車輛，保證車輛行駛安全性。

其四，報表統計模塊，依據信息技術、大數據技術、數據挖掘技術來對已整理的信息展開進一步分析，基于不同分類標準完成數據整理，并匯總整理成不同報表，以提高所整理信息的使用價值。

2.2 設備控制系統

此系統的主要工作是利用傳感器數據，準確判斷出隧道中設備工作情況，發現異常的設備運行數據后，會及時組織人員進行檢修，也會向其他設備下達調節指令，暫時分擔故障設備工作內容，維持隧道智能監控網絡的完整性。此類系統在應用中包含以下子模塊：

一是傳感器模塊，主要是對隧道設備電流數據、電壓數據、溫度數據等進行采集，數據采集載體為各類傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、電壓傳感器等，這些數據在簡單處理后會傳輸到控制模塊中展開進一步分析。

二是信息傳輸模塊，在總線控制技術輔助下，可以讓獲取數據在非常短時間內，將采集數據傳輸到控制模塊中展開處理，模塊設置的IP/TCP 協議可最大限度滿足不同格式數據傳輸，保證控制模塊中整理數據的完整性。

三是信息控制模塊，依據各類計算公式、智能化程序輔助下完成計算和分析，對比后判斷隧道攝像機、電視墻等設備目前的工作狀態，便于后續指令下達工作的進行。

四是遠程控制模塊，發現故障設備后，利用遠程控制的方式向其他設備下達相關指令，如攝影設備出現故障，會通過下達角度調節指令的方式，讓其他攝影設備暫時改變巡視范圍，以覆蓋之前攝影設備的工作區域，等待設備完成檢修后，再恢復正常工作狀態。

五是數據統計存儲模塊，依據大數據技術、數據挖掘技術、云計算技術來對已整理的設備監控信息展開價值數據提取、數據歸類存儲、信息報表制作等工作，利于后續數據提取、查詢工作的順利推進。

2.3 狀態監視系統

此系統的主要工作內容是基于獲取到的各類數據，對目前公路隧道運營環境安全性進行判斷，利于應急救援、災害防治等活動的高效展開，保證公路隧道運營環境的安全性。該系統的運行模塊包含以下內容：

一是數據采集模塊，主要工作內容是對隧道運行環境數據（溫度、濕度、煙塵濃度等）、隧道基礎環境（隧道頂板形變數據、隧道基礎沉降數據等）、車輛來往數據等內容進行采集，主要采集載體為各類傳感器和監測器，以獲取完整的監測數據。

二是狀態評估模塊，依據各類計算程序、云計算技術、專家系統來對數據進行計算和分析，在對比分析相關數據后，可以科學判斷目前公路隧道運營狀態，利于后續控制活動的進行。

三是遠程控制模塊，發現異常問題后，會利用遠程控制的方式向其他設備、電視墻、電子指示牌、信號燈下達相應指令，提醒來往車輛及時更換路線、提前放慢速度等，維持公路隧道環境運行安全。

四是數據報表模塊，利用各類技術對相關數據信息進行整理，以報表形式顯示事故發生頻率、發生位置等內容，利于后續交通安全措施優化與完善活動的進行。

2.4 故障預警系統

此系統的主要工作內容是在系統發現異常問題后，會在控制室、電子地圖上彈出警示窗口，同時會顯示故障位置、發生時間等內容，利于后續應急救援活動的快速推進。該系統的運行模塊包含以下內容：

一是故障響應模塊，主要工作是在公路隧道出現異常情況后，故障預警系統會及時做出響應，在控制室屏幕處持續閃爍預警窗口，并伴隨著警示聲來提示人員查看公路隧道內情況，在經過影像信息確認后，將故障地點、時間等信息傳遞給行車用戶，提示其及時變道和變速，避免事故問題的進一步擴大。

二是數據統計模塊，利用信息技術、大數據技術對相關預警數據信息進行整理，做好相應的屬性標記工作，利于數據查詢活動的進行，同時也為系統升級與更新活動的進行提供可靠依據。

2.5 文檔生成系統

此系統的主要工作是對價值數據進行提取和記錄，為系統進一步優化完善提供可靠依據。在該系統的運行中，所包含的運行模塊如下：

一是數據整合模塊，主要是對公路隧道日常運營數據進行提取、分類、整合。在公路隧道每日運營過程中，會產生基數龐大的各類數據，多數數據的重復性較強，但是仍有極少部分的關鍵性數據，是判斷公路隧道工程運行狀態的關鍵性參考。基于數據挖掘技術、信息技術對其進行整理，能夠快速篩選出價值數據，并對其進行填報分析與永久記錄[1]。

二是數據表報模塊，利用信息技術、大數據技術、智能化程序對相關信息進行整理，按照要求將其整理成報警記錄、操作記錄、日報、年報、季報等，做好報表數據的存儲和整理，為系統升級與更新活動的進行提供可靠保障。

2.6 數據統計系統

除上述提到的應用系統外，在智能化監控系統中還會設置數據統計系統，此系統的主要工作內容是對價值數據進行統計、分類、整合，使其可以作為系統不斷完善與優化的重要參考。該系統包含的模塊如下：

其一，數據整合模塊，主要是整理公路隧道工程的日常運營數據，按照時間線、類別對其進行整理，隨后也會在智能化技術輔助下完成價值數據提取、分類、整合等工作。在數據整合時可以根據實際情況來整理出實時趨勢圖，利于公路隧道交通安全管理活動的有序進行。

其二，模擬演練模塊，基于實時數據來建立訓練集，在訓練集當中也包含各類數據，利用機器人深度學習算法整理相關數據，不斷提升系統的智能化水平。而且基于智能化模塊還可以模擬不同交通流量下隧道內參數變化情況，從而幫助相關人員及時擬定相匹配處理措施，以提高公路隧道工程運行過程的安全性，延長公路隧道工程的使用壽命[2]。

3 公路隧道交通安全措施

3.1 防火救援設計

在防火救援設計活動中，其包含的相關內容如下：

3.1.1 耐火極限設計，具體的設計內容如下：

其一，頂部耐火極限值設計，隧道內出現火災時會讓溫度急劇上升，最高可達1000℃以上，此情況下隧道內混凝土很容易出現崩落現象。基于此，需要做好頂部耐火極限的提升工作，將耐火極限延長至兩小時以上，為救援活動的進行預留足夠時間。

其二，墻面耐火極限，為保護裝飾墻內的管道和電纜，需要在前期施工時選擇瓷磚或鋁合金板等不易燃材料進行裝飾，同時會在中間填充硅酸鋁、石棉板等材料，使墻面可在兩小時內可維持不超過100℃的狀態。

其三，排風道的耐火極限設計，選材時要注意不能選用一些易燃材料來作為排風道的內襯使用，應該選用一些不燃的材料，比如石膏板玻璃棉等，以提升該結構的防火性能[3]。

3.1.2 防火分區劃分，防火區段的劃分應該從火災排煙、經濟合理著手進行考慮。目前，規范建議的防火區段長度是1000m。而從實際作業情況來看，為了確保消防管道和消防器材布設的便捷，防火區段一般與橫通道對應，建立安全可靠的公路隧道運營環境。

3.2 洞口增減光設施設計

公路隧道的洞內和洞外存在很大的光線反差，從而對駕駛員視線帶來較大干擾，使隧道出入口成為事故高發區域。基于此，在安全交通措施的擬定中，也需要做好洞口增減光設施設計，改善公路隧道出入口的視線環境。目前經常使用到的減光設施如下：

一是設置遮陽棚，其主要作用是可以遮擋陽光直射在洞口位置，減弱路面的反光效果，以達到相應的減光目的。在具體的設計中，遮陽棚的尺寸、鋪設間隔、傾斜角度等內容，需要參考當地的太陽高度角展開設計，以提高遮陽棚的應用效果[4]。

二是種植減光植被，在公路隧道洞外道路兩側種植高大樹木，距離洞口越近，其栽種密度越高，在緩解人員心理壓抑感的同時，可以減少陽光直射。具體種植活動中，多選擇養護成本較低、吸光能力強的植物進行作業。

3.3 隧道內裝設計

為了提高行車過程的安全性，需要隧道側壁亮度可以長期維持正常應用狀態，基于此，進行內裝材料選擇時，可以通過調節墻面反射率來改善亮度，即在內裝材料選擇時，會優選光亮度較高的材料，以達到良好的亮度效果。同時考慮到隧道環境封閉性較強，并且具有較大回聲，增加了隧道運行期間的噪聲。因此，在內裝材料選擇中，也需要優選吸聲良好、防反射材料再進行內裝。例如，某些公路隧道工程在前期裝修施工時，會使用石棉網板或空心板作為頂棚裝飾，在保證噪聲吸收率的同時，能夠有效降低系統噪聲，以降低外部聲音對于駕駛員的干擾，營造安全的行車環境[5]。

另外，在內裝過程中，還需要考慮材料的耐久性，減少后期維修養護成本支出量，同時能夠維持公路隧道交通環境的通暢性，保證車輛的正常運行。

3.4 隧道運營管理

除上述提到的相關內容外，在交通安全管理活動中，也需要做好隧道運營管理工作，這也是降低隧道工程安全事故發生概率的重要保障。在具體實踐中需注意以下內容：

第一，行車方式管理，隧道內車道分隔線為實線，不允許隨意超車和變道。如果出現事故占用車道的情況，可以通過改變道路上信號指示提醒車輛改變行駛車道，避免隧道內車輛擁堵問題。同時間隔布置緊急停車帶，營造安全車輛運營環境[6]。

第二，行車速度和行車間距管理，通過降低行車速度、加大行車間距等方式來保證公路隧道交通運行環境的安全性。同時，會在隧道入口、路線醒目位置布置警示標志，提示駕駛員提前降速，以保證車輛行駛速度的安全性。

4 結語

綜上所述，公路隧道智能化監控系統具有較強的專業性和復雜性，對今后隧道運營情況監控及維護有著明顯的促進作用。因此，相關運營部門需要不斷對公路隧道智能化監控系統進行研究，加強公路隧道交通安全管理，以此來降低后期維護管理成本的投入，更好地發揮出高速公路隧道的功能和效用。