高速公路隧道监控系统设计与实现
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【摘 要】本文通过查阅大量的资料，对隧道监控管理所设备及软件系统、隧道内现场光纤环网、视频事件检测系统、火灾报警系统、多线制手动直接控制系统、照明控制系统、隧道有线广播系统等隧道监控系统的组成部分进行设计，并对高速公路隧道监控系统实现进行了分析，以保证高速公路隧道的行车安全性。
【关键词】高速公路;隧道监控系统;设计;实现
中图分类号： U453.8 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）19-0196-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.095
1 高速公路隧道监控系统的概述
某高速公路隧道全长 3450 米，设计为双向六车道、时速100KM/h，该隧道交通量巨大且多为集装箱半挂车、交通安全形势严峻。为了充分发挥隧道“安全、舒适、高效”的功能特性，保证较高的服务水平，实现对交通运行的宏观管理和调度而建立了包括：隧道现场光纤环网系统、视频监控系统、火灾报警系统、视频事件检测系统、隧道有线广播系统、多线制手动控制系统、照明控制系统等相对较完善的隧道监控体系。
2 隧道监控系统的设计
该隧道监控系统包括隧道监控管理所设备、软件系统、隧道内的现场光纤环网、照明控制系统、视频监控系统、火灾报警系统、视频事件检测系统、隧道有线广播系统等。通过上述设备监视沿线交通运行状况，采集交通、气象参数、监控隧道内环境、火灾情况，形成一个良好的行车环境、保证行车和人身的安全健康，一旦隧道发生火灾，监控系统能迅速做出反应，调整信号显示、疏导交通、维持车辆的正常运行达到平滑交通流、控制车速减少交通拥挤和阻塞及时处理交通事故，减少二次事故的发生，保证服务水平、提高通行能力、减少车辆延误。
2.1 隧道监控管理所设备及软件系统
隧道管理所配置相应的存储服务器、流媒体服务器、监控工作站交换机、电视墙、拼接器、广播主机、激光打印机等设备，负责隧道的交通运营管理，及时对辖区内道路情况进行参数检测、异常情况处理、视频监视、交通信息发布以及系统日常运行操作，对路段的交通数据及其他各种参数进行汇总、统计、打印;向监控分中心传输图像和数据，并接受其指挥控制。同时与消防救援、沿路医疗机构、交警、路政、养护部门实现互联，在紧急情况下获得相关部门单位的帮助和支援。
2.2 隧道内现场光纤环网
隧道现场光纤环网主要由PLC及隧道区段外场设备及现场工业以太网交换机组成。隧道区段外场监控设备（除摄像机外）分别挂接在就近的本地控制器上，本地控制器与现场工业以太网交换机相连，然后由现场工业以太网交换机组成的现场光纤环网与隧道管理所计算机系统进行通信。该隧道入口变电所、隧道出口变电所、各设置2台主LC（放置于隧道洞口变电所内），各隧道现场光纤环网通过主LC处的现场工业以太网交换机与管理所工业以太网交换机相连，进行数据交换。隧道现场光纤环网占用4芯光缆进行连接，左、右洞各一根，光缆在隧道洞口变电所处，与主干光缆熔接后，通过主干光缆上传，减少对主干光缆的损耗。可有效防止单个设备断路影响整个系统通信，有效保障隧道监控设备的运行通畅。
2.3 视频事件检测系统
在管理所设置一套视频事件检测系统。视频事件检测系统由视频事件检测器、事件检测工作站、输入视频及全套检测软件和管理软件组成。其中，视频事件检测器、事件检测工作站设置在隧道管理站内。该隧道左右洞共设置48套固定摄像机，其中44套用于视频事件检测及实时监控录像。视频图像上传至管理所后，经交换机分出接入CITILOG视频事件检测器，视频事件检测器与事件检测工作站通过网口与隧道管理站内的以太网交换机相连，与隧道管理站内其他工作站、服务器共同构成区域监控中心计算机网络系统。实时监测交通事故、交通拥堵、遗弃物、车辆停驶、烟雾、行人、车辆逆行、火灾、重大灾难等。并且系统具有联动功能，当系统检测到交通事件、事故时，系统能够快速自动报警和自动录像并自动弹出事故画面在主显示器上进行实时地显示;值班人员可根据画面对现场进行临时调度，并及时改变可变信息标志、交通信号灯、车道控制标志等的显示。为辅助洞内的交通安全管理和交通异常实时检测提供帮助。
2.4 火灾报警系统
本次工程在该隧道设置1套火灾自动检测报警系统和手动报警系统。隧道自动探测器选用光纤光栅火灾探测器和三波长火焰探测器，火灾报警信号通过总线由转换中继器传达至隧道洞口设备机房的火灾报警控制器，再通过LC光纤环网上传到监控管理所。能及时、准确的反映出隧道内火灾发生的地点，报警信号经火灾报警控制器、光纤检测主机传至隧道管理站，并在火灾检测计算机上显示相应位置报警信息，同时可经摄像机图像进行确认，隧道管理站内的计算机系统制定出相应的控制交通的方案，包括启动照明、通风、灭火系统、调整各外场设备的信息等，以便快速、有序的疏导隧道内的车辆和人员，保证隧道的安全运营。
2.5 多线制手动直接控制系统
多线制手动直接控制系统由多线制控制按钮面板、开关量光端机、8芯单模光纤、及多线制控制软件等构成。在隧道管理所通过多线制手动控制直接对消防水泵、风机进行控制，并可实时显示水泵、风机的当前运行状态。
2.6 照明控制系统
该隧道照明控制系统的控制由设置在隧道内的PLC本地控制器接入隧道管理所监控管理软件，根据光强监测数据、CO/VI监测数据实现远程控制，合理设置照明设施的点亮数量、时间、亮度，并且设置不间断电源以保证断电事故之后的正常照明及车辆在隧道的安全通行。
2.7 隧道有线广播系统
在监控管理所设置1套有线广播控制台，控制和管辖该隧道的有线广播。有线广播信号通过光纤传输到各个隧道功放，信号通过外接揚声器进行广播。当隧道内发生交通阻塞、交通事故或火灾等紧急情况时，值班人员可通过本系统对隧道洞内外进行广播，指挥调度、疏导交通和组织救援等。 3 高速公路隧道监控系统实现
在高速公路大规模建设阶段国内的隧道监控系统主要采用PLC为本地控制器对照明系统、消防灭火系统、通风系统、光强、CO/VI进行监测控制。总结以往经验和教训，该隧道在PLC对通风、照明、消防等进行控制的同时，加装了一套多线制手动控制系统在事故发生时给事故响应提供了更多的操作选择，为安全行车、隧道安全建立了双保险。同时随着科技进步、社会发展、人民对道路舒适程度要求的提高，相信不久的将来会有更多的性价比更高的智能交通设备及产品进入交通领域。
此外，高速公路隧道监控系统实现需要从各个角度来分析，例如，对于高速公路隧道监控系统中的照明系统来说，采用plc组态软件采集相关数据有利于对隧道实施监控。由于系统控制主要经历三个阶段：数据采集，数据分析和调光控制。数据采集是实时采集现场数据。数据分析主要用来对现场数据进行计算，得出照明模式的理论值。调光控制则根据理论情况和现场数据调整照明，达到最佳照明模式为止。运用plc组态软件进行数据采集的相关步骤及计算如下：
现场设备与现场控制器PLC直接连接，上位机中的系统采用串口通信的方法与现场控制器进行通信，可以读取现场的实时数据。在本系统中，设置每秒钟读取一次。根据国家出台的隧道通风照明设计规范，需要把隧道分为入口段、过渡段、中间段和出口段。各段的长度和亮度都有一定的标准。根据标准各行车段应满足条件如下：（1）入口段的亮度公式Lth=k*L20（S），其中亮度折减系数k由隧道的类型，车流量以及车速来决定，L20（S）为隧道外亮度，单位为cd/m2。（2）过渡段由tr1，tr2，tr3三个照明段组成，与之对应的亮度分别为：Ltr1=0.3Lth，Ltr2=0.1Lth，Ltr3=0.035Lth。
（3）中间段、出口段及夜間亮度根据车速和车流量查表来得到。由此可见，需要检测的主要参数就是隧道外的亮度、隧道内各路段的亮度、车流量和车速。在这里车流量和车速的采集主要是采用取平均值的方法，在每条车道的人口，出口和中间段各设置一个环形线圈，取三者的平均值作为现场数据进行处理。
4 结束语
综上所述，目前我国公路隧道监控系统正朝着智能化、一体化、集成化的方向发展，将来隧道监控系统的设计将更加合理、设备将更加先进可靠、施工安装工艺将更加规范。我们要不断的研究新问题、新设备、新工艺、新技术，为我国公路隧道的安全可靠运行提供强有力的保障，保证人民群众的行车安全，提高行车服务水平。
【参考文献】
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