談高速公路隧道智慧一體化管控系統(tǒng)

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摘要：簡(jiǎn)要介紹了高速公路隧道智慧一體化管控系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)建設(shè)的意義、現(xiàn)狀及項(xiàng)目總體需求，從而針對(duì)隧道一體化管控系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容進(jìn)行了深入探討，通過高速公路隧道智慧一體化管控系統(tǒng)建設(shè)，大大提升了隧道管控的質(zhì)量，確保了隧道行車的安全性、節(jié)能性和舒適性。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道；一體化；可視化；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

1高速公路隧道智慧一體化管控系統(tǒng)概述

智慧隧道營(yíng)運(yùn)一體化解決方案主要以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)為手段，針對(duì)隧道營(yíng)運(yùn)管理中涉及的安全、暢通、節(jié)能、養(yǎng)護(hù)等業(yè)務(wù)需求，搭建軟硬件一體化的隧道智能營(yíng)運(yùn)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)隧道日常監(jiān)控、事故應(yīng)急、安全監(jiān)測(cè)、節(jié)能減排、日常養(yǎng)護(hù)等全方位業(yè)務(wù)的管理，打破業(yè)務(wù)之間的阻隔，實(shí)現(xiàn)資源的有效整合、資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、集中數(shù)據(jù)分析，助力營(yíng)運(yùn)管理，幫助公路隧道管理單位提高隧道安全性，降低營(yíng)運(yùn)成本，并逐步向“智慧管理”邁進(jìn)。

2系統(tǒng)建設(shè)的意義

高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)安裝部署了交通監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，但上述子系統(tǒng)大部分為獨(dú)立工作狀態(tài)，并沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享以及聯(lián)動(dòng)。為了更好地發(fā)揮系統(tǒng)功能，有必要建立一套隧道行車安全管理大數(shù)據(jù)與可視化系統(tǒng)，完善各子系統(tǒng)信息服務(wù)能力，在營(yíng)運(yùn)中心建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，實(shí)時(shí)采集各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過二次建模，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終實(shí)現(xiàn)隧道行車安全管理目標(biāo)。

3現(xiàn)狀分析

高速公路隧道在建設(shè)時(shí)就非常重視行車安全，布設(shè)了多個(gè)與行車安全監(jiān)測(cè)相關(guān)的子系統(tǒng)，主要包括：視頻事件自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。上述已經(jīng)建成的子系統(tǒng)可以提供大部分與行車安全相關(guān)的原始數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)需要將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯總、挖掘以及展現(xiàn)。高速公路目前安裝的硬件設(shè)備還存在以下不足之處，很可能導(dǎo)致安全事故不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的隱患。（1）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)采用雙波長(zhǎng)綜合盤以及感溫光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在車輛發(fā)生較大明火之前無(wú)法發(fā)現(xiàn)火災(zāi)情況，無(wú)法做到災(zāi)前預(yù)警。（2）目前部署的視頻事件監(jiān)測(cè)由于隧道內(nèi)攝像機(jī)安裝高度達(dá)不到要求（要求為5.5～6m），且光線條件變化大，造成誤報(bào)頻繁以及漏報(bào)的情況。（3）現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)法對(duì)進(jìn)入隧道內(nèi)的車輛信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)與記錄。（4）現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)沒有聯(lián)動(dòng)電力監(jiān)控系統(tǒng)。

4項(xiàng)目總體需求

根據(jù)調(diào)研總結(jié)，高速公路營(yíng)運(yùn)管理單位對(duì)于隧道安全管理的需求主要有以下幾點(diǎn)：（1）通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的升級(jí)改造，采用新技術(shù)、新設(shè)備、新架構(gòu)提高隧道安全管控以及應(yīng)急指揮能力。（2）通過實(shí)時(shí)信息展現(xiàn)，全面掌握隧道運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。（3）對(duì)于各種報(bào)警信息能及時(shí)采集、展示并建立應(yīng)急預(yù)案。（4）能對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并能進(jìn)行智能化預(yù)測(cè)。（5）能實(shí)現(xiàn)照明通風(fēng)的智能化控制，在保障安全行車的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。系統(tǒng)功能需求包括以下幾個(gè)方面：（1）全面準(zhǔn)確掌握隧道整體交通狀況。（2）快速準(zhǔn)確掌握事故發(fā)生點(diǎn)的位置信息，并能聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。（3）掌握分析交通救援歷史數(shù)據(jù)。（4）匯總分析歷史和實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，掌握不同環(huán)境條件下交通狀況變化。（5）匯總關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備故障報(bào)修數(shù)據(jù)。（6）構(gòu)建完善、實(shí)用、可行的隧道應(yīng)急指揮預(yù)案。

5系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容

隧道智慧一體化管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括5.8G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、隧道本地智慧管控服務(wù)器、智能分布式本地控制系統(tǒng)、火災(zāi)移動(dòng)偵測(cè)系統(tǒng)、行車安全比對(duì)系統(tǒng)、雷達(dá)視頻融合事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智慧隧道一體化管控平臺(tái)軟件等。搭建軟硬件一體化的隧道智能營(yíng)運(yùn)管理平臺(tái)，其能實(shí)現(xiàn)隧道日常監(jiān)控、事故應(yīng)急、安全監(jiān)測(cè)、節(jié)能減排、日常養(yǎng)護(hù)等全方位業(yè)務(wù)的管理。智慧隧道營(yíng)運(yùn)一體化解決方案的核心目標(biāo)是讓隧道營(yíng)運(yùn)更安全、更暢通、更節(jié)能、更易維。

5.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)前端采用分布式智能采集控制器接入各種監(jiān)控設(shè)備，通過工業(yè)級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控中心專用數(shù)據(jù)庫(kù)，最后實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)高分可視化展示，實(shí)現(xiàn)各種管理功能。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

5.25.8G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

采用新一代5.8G通信技術(shù)的高速高帶寬無(wú)線物聯(lián)通信技術(shù)，是軟硬件、底層協(xié)議構(gòu)成的一整套分布式高速無(wú)線組網(wǎng)核心原創(chuàng)技術(shù)，形成物與物之間的無(wú)線分布式高速連接。通電即用，自動(dòng)連接，部署過程極其快捷，無(wú)須進(jìn)行挖溝占道等施工，可免除大量相關(guān)施工許可申請(qǐng)及工程成本。

5.3隧道本地智慧管控服務(wù)器

為實(shí)現(xiàn)“讓隧道管理好自己”的目標(biāo)，在隧道配電房部署隧道智慧管控服務(wù)器，它可實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心上位監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)對(duì)接，但能獨(dú)立于上位機(jī)監(jiān)控軟件運(yùn)行，不受通信故障影響，確保系統(tǒng)功能充分穩(wěn)定發(fā)揮。智慧運(yùn)維及能耗管控系統(tǒng)高度集成，具備邊緣計(jì)算能力。隧道智慧系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

5.4智能分布式本地控制系統(tǒng)

用新一代分布式智能物聯(lián)控制器替代原PLC控制柜，以分布就近接入以及產(chǎn)品化的思路解決施工麻煩、成本高以及后期維護(hù)難的痛點(diǎn)。新一代分布式智能物聯(lián)控制器可實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與控制接入，支持設(shè)備包括車道指示燈、交通信號(hào)燈、CO/VI、LI/LO、風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器、卷簾門、風(fēng)機(jī)控制柜、照明控制柜等。它內(nèi)置嵌入式核心單元及無(wú)線通信模塊，可自主采集設(shè)備工作數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及故障數(shù)據(jù)，并可通過有線或無(wú)線通信方式傳輸?shù)缴霞?jí)管理系統(tǒng)。

5.5火災(zāi)移動(dòng)偵測(cè)系統(tǒng)

多光譜移動(dòng)火焰探測(cè)器采用點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器原理，是雙波長(zhǎng)到N個(gè)波長(zhǎng)的延伸應(yīng)用，它是為滿足各類公路隧道火災(zāi)動(dòng)態(tài)探測(cè)需求而研發(fā)的高速火災(zāi)探測(cè)器。多光譜移動(dòng)火焰探測(cè)器的傳感器可以感知近紅外以及遠(yuǎn)紅外幾乎全部光譜信號(hào)，精度高，響應(yīng)速度快，可以有效識(shí)別火災(zāi)發(fā)生初期的光譜特征。

5.6行車安全比對(duì)系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)隧道行車安全管控，隧道出入口可部署隧道安全管控一體化門架系統(tǒng)，其包含多種監(jiān)測(cè)設(shè)備與交通預(yù)警控制設(shè)備，可對(duì)進(jìn)出隧道的車流量、車輛信息、車輛狀態(tài)等進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和比對(duì)。隧道安全管控一體化門架系統(tǒng)由可維護(hù)門架、全彩可變情報(bào)板、高清卡口設(shè)備、測(cè)溫型熱成像攝像機(jī)（可選）、微波車輛檢測(cè)器、高音廣播喇叭、高音警鈴、隧道安全一體化管控機(jī)柜等設(shè)備組成，其示意圖如圖3所示。功能描述：（1）交通事故與車輛滯留及時(shí)感知。（2）利用高清卡口與微波車輛檢測(cè)器的檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)截面車流量與平均車速的數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超限則預(yù)警，并聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，查看是否發(fā)生交通事故。（3）比對(duì)隧道入口車流量與出口車流量，比對(duì)數(shù)值超出合理范圍則預(yù)警，并聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，查看是否發(fā)生交通事故。（4）比對(duì)高清卡口以及微波車檢的客貨比數(shù)據(jù)，比對(duì)數(shù)值超出合理范圍則預(yù)警。（5）比對(duì)隧道入口車牌信息與出口車牌信息，發(fā)現(xiàn)車流進(jìn)入后沒有在合理時(shí)間內(nèi)駛出隧道則預(yù)警，并聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，查看是否發(fā)生交通事故或車輛滯留。

5.7雷達(dá)視頻融合事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

雷達(dá)視頻融合事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)把雷達(dá)事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全天候、精度高、定位準(zhǔn)的特點(diǎn)與視頻事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可視化特點(diǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)高精度的事件監(jiān)測(cè)，其準(zhǔn)確率高，受環(huán)境影響小，是新一代事件監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。雷達(dá)視頻融合事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

5.8一體化管控平臺(tái)軟件

傳統(tǒng)的隧道機(jī)電子系統(tǒng)一般包括交通監(jiān)控子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)、通風(fēng)及照明子系統(tǒng)、緊急電話機(jī)廣播子系統(tǒng)、高清視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等，智慧隧道一體化管控系統(tǒng)不僅能融合傳統(tǒng)的機(jī)電子系統(tǒng)，還從“更安全、更暢通、更節(jié)能、更易維”的隧道營(yíng)運(yùn)管理總體目標(biāo)出發(fā)，引入了先進(jìn)的理念、先進(jìn)的技術(shù)、先進(jìn)的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)交通狀況全天候感知、隧道安全全方位管控、設(shè)備運(yùn)維全周期管理、隧道能耗全時(shí)段管控。

5.9移動(dòng)應(yīng)用

本系統(tǒng)提供云端存儲(chǔ)與移動(dòng)APP應(yīng)用，可讓管理者隨時(shí)隨地獲取隧道安全營(yíng)運(yùn)狀況，并及時(shí)作出決策。

6結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過對(duì)隧道一體化管控系統(tǒng)的探討，將隧道施工整合為可視、可控的統(tǒng)一系統(tǒng)，有效提高了工程施工管理水平，實(shí)現(xiàn)了工程良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。管控一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能融合傳統(tǒng)的機(jī)電子系統(tǒng)，還從“更安全、更暢通、更節(jié)能、更易維”的隧道營(yíng)運(yùn)管理總體目標(biāo)出發(fā)，引入了先進(jìn)的理念、先進(jìn)的技術(shù)、先進(jìn)的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)交通狀況全天候感知、隧道安全全方位管控和設(shè)備運(yùn)維全周期管理。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，隧道一體化管控系統(tǒng)在技術(shù)上和管理上是可行的。接下來可以依托計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以管控一體化為基礎(chǔ)平臺(tái)，構(gòu)建施工企業(yè)信息化系統(tǒng)，推進(jìn)施工企業(yè)信息化建設(shè)。

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作者：王偉華 單位：廣東路路通有限公司