高速公路隧道監(jiān)控子系統(tǒng)控制策略設(shè)計

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摘要：為進一步提升高速公路隧道的安全行駛，為駕駛員提供安全、舒適的駕駛環(huán)境，在研究高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，完成了高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計，并對高速公路隧道內(nèi)交通誘導(dǎo)控制子系統(tǒng)、通風(fēng)控制子系統(tǒng)以及照明控制子系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)以及控制策略進行設(shè)計，為后續(xù)進一步完善高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高速公路；隧道監(jiān)控；交通誘導(dǎo)；通風(fēng)控制；照明控制

引言

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平的日益提升，汽車的擁有量已經(jīng)突破一個階段，對城市道路和高速公路的容量和安全性提出了更高的要求。高速公路及隧道作為人們出行的必不可少的交通環(huán)境。對于高速公路的隧道而言，鑒于相對封閉、地形危險且交通流量大，是交通事故頻發(fā)的位置。因此，為了進一步改善高速公路上隧道內(nèi)的交通環(huán)境，避免交通事故的發(fā)展以及提高事故處理的效率，隧道監(jiān)控系統(tǒng)必不可少[1]。本文將對高速公路上的隧道監(jiān)控系統(tǒng)及其控制策略進行設(shè)計。

1高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析

隧道輸出高速公路的特殊路段，當駕駛員駕車駛?cè)胨淼罆r由于光線、地形以及空氣質(zhì)量的變化，容易導(dǎo)致司機出現(xiàn)操作失誤的情況而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。具體表現(xiàn)為：駕駛員駕車駛?cè)胨淼罆r由于隧道內(nèi)外光線強度的變化，駕駛員會出現(xiàn)短時時間的視覺模糊，稱為“黑洞效應(yīng)”；隧道為一個相對封閉的空間，其中集聚著大量的CO和NO等，而且隧道越長濃度會越來越高，會導(dǎo)致駕駛員出現(xiàn)惡心、呼吸困難的情況。鑒于上述情況，為了減緩由于光線變化而導(dǎo)致駕駛員視線模糊的情況，降低隧道內(nèi)CO、NO等有害氣體的濃度，有必要建立監(jiān)控系統(tǒng)對影響駕駛員操作的因素進行調(diào)節(jié)控制；此外，基于隧道監(jiān)控系統(tǒng)還能夠?qū)κ鹿蔬M行快速定位，提高事故處理的效率[2]。因此，為保證高速隧道監(jiān)控系統(tǒng)能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用，其各項子系統(tǒng)設(shè)計時需遵循如下原則：1）隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計必須本著改善高速公路運營安全為基礎(chǔ)，為駕駛員提供安全、舒適的駕駛環(huán)境；2）在合理預(yù)算的范圍之內(nèi)，盡可能地選用高科技產(chǎn)品和先進技術(shù)，保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性；3）要求監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實時通信，并保證數(shù)據(jù)傳輸過程中的準確性。根據(jù)高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求，需為其配置交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)、通風(fēng)控制子系統(tǒng)、照明控制子系統(tǒng)、火災(zāi)報警聯(lián)動控制子系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)，并根據(jù)不同子系統(tǒng)的功能要求為其配置對應(yīng)的控制策略。高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下頁圖1所示。如下頁圖1所示，隧道監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)場的監(jiān)視器、固定攝像頭和云平臺攝像機對隧道的各項參數(shù)進行監(jiān)測，并將所采集的數(shù)據(jù)基于通信協(xié)議傳輸至上位機（電力監(jiān)控、火災(zāi)報警、交通監(jiān)控、通風(fēng)和圖像處理計算機等）后對其進行分析處理。

2隧道監(jiān)控子系統(tǒng)及控制策略的設(shè)計

本節(jié)將主要對高速公路隧道監(jiān)控子系統(tǒng)中的交通誘導(dǎo)控制子系統(tǒng)、通風(fēng)控制子系統(tǒng)、照明控制子系統(tǒng)進行設(shè)計。

2.1交通誘導(dǎo)控制子系統(tǒng)的設(shè)計

交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)的主要功能是對隧道中發(fā)生的火災(zāi)、事故以及正在施工的路段進行交通誘導(dǎo)和控制，包括對隧道內(nèi)交通指示燈的控制和限速的調(diào)整，盡可能少的避免事故的發(fā)生。對于隧道箭筒誘導(dǎo)系統(tǒng)而言，要求其具備交通的基本控制功能、交通應(yīng)急處理功能、分區(qū)段控制功能、對隧道內(nèi)流量、車速、占有率監(jiān)測的功能等[3]。

2.1.1隧道車流量監(jiān)測子系統(tǒng)本方案采用環(huán)形線圈車檢器對隧道內(nèi)的車流量進行監(jiān)測，該設(shè)備具有高精度、操作靈活方便的優(yōu)勢。具體監(jiān)測原理如圖2所示。如圖2所示，根據(jù)隧道內(nèi)車道的實際數(shù)量配置對應(yīng)數(shù)量的環(huán)形線圈車檢器，線圈每通過一輛汽車均會記錄，并根據(jù)需求可記錄固定時間段、一天或者更長時間段的車流量，并將測量結(jié)果上傳至上位機。

2.1.2隧道車速監(jiān)測子系統(tǒng)對于車速監(jiān)測，本方案選擇兩個環(huán)形線圈車檢器對隧道內(nèi)通行車輛的速度進行監(jiān)測，其監(jiān)測原理如圖3所示。如圖3所示，固定車道中兩個環(huán)形線圈車檢器之間的間距（S）為固定值，只需記錄車輛通過線圈1和線圈2時的時間差（T），即可換算得出被測車輛的車速V=S/T。

2.2通風(fēng)控制子系統(tǒng)的設(shè)計

為保證高速公路隧道中空氣的流通，本方案選用大型射流風(fēng)機對隧道進行通風(fēng)并將CO、NO控制在合理范圍之內(nèi)。通風(fēng)控制子系統(tǒng)能夠根據(jù)對現(xiàn)場CO濃度監(jiān)測控制對應(yīng)數(shù)量的通風(fēng)機運行。此外，隧道能見度和其他交通信息也是控制其中通風(fēng)機啟動數(shù)量、風(fēng)向和通風(fēng)時間的主要依據(jù)。通風(fēng)控制系統(tǒng)具備自動控制和人工干預(yù)控制兩種控制模式。一般正常工作狀態(tài)，采用聯(lián)網(wǎng)自動控制對通風(fēng)系統(tǒng)進行控制；當聯(lián)網(wǎng)自動控制系統(tǒng)存在故障時采用現(xiàn)場自動控制系統(tǒng)；在事故狀態(tài)或者特殊情況下采用遠程人工控制模式；在設(shè)備檢修或其他特殊情況下采用現(xiàn)場人工控制[4]。通風(fēng)控制系統(tǒng)對應(yīng)的控制流程如下頁圖4所示。如下頁圖4所示，通風(fēng)控制系統(tǒng)的控制依據(jù)為對隧道內(nèi)CO等參數(shù)進行采集，當上述參數(shù)超標時，根據(jù)超標的情況控制相應(yīng)數(shù)量的通風(fēng)機啟動；期間，若通風(fēng)機存在故障時應(yīng)啟動器對應(yīng)的備用通風(fēng)機。此外，通風(fēng)控制系統(tǒng)還需對通風(fēng)機運行參數(shù)進行實時監(jiān)測和顯示。

2.3照明控制子系統(tǒng)的設(shè)計

照明控制子系統(tǒng)的主要功能是對隧道內(nèi)照明設(shè)施或者光線強度等參數(shù)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，控制隧道內(nèi)照明系統(tǒng)以確保隧道內(nèi)的行車安全和道路暢通。結(jié)合照明控制子系統(tǒng)的任務(wù)需為其配置照明設(shè)備狀態(tài)實時顯示和報警功能、照明設(shè)備控制功能、自動執(zhí)行照明預(yù)案和數(shù)據(jù)顯示功能。照明控制子系統(tǒng)采用時序自動控制策略對隧道內(nèi)照明系統(tǒng)進行控制，具體控制略為：根據(jù)季節(jié)的變化和不同的時間段以及隧道內(nèi)實時能見度啟動不同數(shù)量的照明回路，以保證隧道內(nèi)車輛安全行駛[5]。此外，當出現(xiàn)由于天線和交通事故引發(fā)的突發(fā)狀況時，需人工對照明進行控制，對應(yīng)的控制流程如圖5所示。

3結(jié)語

目前，我國在高速公路的工程建設(shè)方面的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，隧道為高速公路中不可避免的咽喉地段，鑒于其空間相對封閉，為保證隧道內(nèi)車輛的安全行駛需為其配置有效、可行的監(jiān)控系統(tǒng)對隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)、能見度、車輛速度、車輛流量等進行監(jiān)測，并根據(jù)對應(yīng)規(guī)范得出相應(yīng)的控制策略，以確保隧道內(nèi)光線、CO濃度等在合理范圍之內(nèi)；并對隧道內(nèi)的違法行為進行監(jiān)控。

參考文獻

[1]王志偉，楊超.高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009，46（6）：8-16.

[2]尹鋒，趙等層，祝勇.高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].公路工程，2010（3）：85-91.

[3]蔡曉霞，趙丹兵，錢新標.基于iFIX高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2011，37（12）：22-24.

[4]鮑學(xué)俊.基于Profinet總線協(xié)議在云南高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2014（9）：193-196.

[5]王新增.新奧法在嶺南高速公路隧道施工中的應(yīng)用[J].筑路機械與施工機械化，2007（10）：48-50.

作者：趙霞飛 單位：山西欣奧特自動化工程有限公司