朱晨達(dá)（中國科學(xué)院上海高等研究院，上海 201210）

論述智能監(jiān)控系統(tǒng)在城市道路隧道內(nèi)的組成與應(yīng)用

朱晨達(dá)
（中國科學(xué)院上海高等研究院，上海 201210）

城市道路隧道作為城市道路的主要組成部分之一，由于自身特有的環(huán)境特點(diǎn)，故必須設(shè)置可靠實(shí)用、先進(jìn)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理隧道內(nèi)發(fā)生的交通事故或火災(zāi)等意外情況。本文將通過對(duì)隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)及其組成進(jìn)行詳細(xì)的闡述，分析與探究其對(duì)路面交通運(yùn)行狀況的意義所在，并對(duì)智能監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)做出一定的參考性意見。

城市道路隧道 智能監(jiān)控 交通運(yùn)行 照明控制 消防聯(lián)動(dòng)

城市道路隧道處于城市道路之下，作為城市道路的重要組成部分之一，其主要功能是聯(lián)絡(luò)地下停車場和承擔(dān)主干道路的交通分流。隨著城市建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，各種機(jī)動(dòng)車數(shù)量的急劇上升，地面交通正在面臨著越來越嚴(yán)峻的考驗(yàn)，道路隧道的建設(shè)通過立體化地使用土地，有效緩解了地面交通的壓力，進(jìn)一步修繕城市道路的使用質(zhì)量，逐步改善行人與非機(jī)動(dòng)車的交通環(huán)境，對(duì)加強(qiáng)交通管理具有十分重要的意義，同時(shí)它更加有助于提高土地利用率，利于保護(hù)城市的生態(tài)環(huán)境。目前大部分城市的市區(qū)普遍都會(huì)面臨高峰期交通擁堵不堪，為有效疏導(dǎo)市內(nèi)交通，城市規(guī)劃部大力開展地下交通的建設(shè)，統(tǒng)籌兼顧社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，城市道路隧道正逐漸廣泛應(yīng)用在道路網(wǎng)的建設(shè)中。

1　城市道路隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)概述

一套較為完善的隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)符合以下幾個(gè)要求：首先，對(duì)隧道內(nèi)的交通運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制，組織與指揮各種交通異常狀況的處理工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)交通事故或車輛故障等各種交通異常情況，第一時(shí)間分析與決策處理方案，排除故障，并通過控制其他隧道內(nèi)的行車車速、平滑交通流等方式疏導(dǎo)交通，最大限度降低交通阻塞和擁擠的可能性，預(yù)防發(fā)生二次事故，確保道路隧道的安全性與通行能力，避免行車延誤。其次，智能監(jiān)控系統(tǒng)可以自動(dòng)對(duì)隧道內(nèi)外的環(huán)境照度值進(jìn)行檢測，及時(shí)調(diào)節(jié)各種不同天氣下的隧道內(nèi)的照明亮度。第三，能對(duì)隧道內(nèi)設(shè)備的運(yùn)營情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)處理設(shè)備故障，確保設(shè)備功能照常，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可使用性，不因部分子系統(tǒng)出現(xiàn)的故障而影響整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。第四，智能監(jiān)控系統(tǒng)以自動(dòng)控制和集中控制為主，人工干預(yù)和獨(dú)立控制為輔，對(duì)相鄰路段預(yù)留出相應(yīng)的接口，以此實(shí)現(xiàn)信息共享的目的。城市道路隧道以安全可靠、實(shí)用合理為基本的設(shè)計(jì)原則，當(dāng)前的城市道路隧道監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)并沒有相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際通用標(biāo)準(zhǔn)作為參考，但可采用最新先進(jìn)水平的監(jiān)控系統(tǒng)，隧道中排水、消防、照明、配電、通風(fēng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警等子系統(tǒng)的監(jiān)控都需要根據(jù)各個(gè)隧道的不同建設(shè)要求明確相應(yīng)的技術(shù)規(guī)格。

2　智能監(jiān)控系統(tǒng)的組成

表1　某隧道按季節(jié)控制的照明方案

表2　某隧道部分消防聯(lián)動(dòng)控制表

城市道路隧道的智能監(jiān)控系統(tǒng)主要包括監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、交通誘發(fā)以及信息發(fā)布系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)以及車流量、事件監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、隧道通信系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警以及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)備供電電源系統(tǒng)和隧道內(nèi)電纜敷設(shè)及接地系統(tǒng)等主要系統(tǒng)。下面是對(duì)這些系統(tǒng)的詳細(xì)說明。

2.1監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及軟件和大屏幕顯示系統(tǒng)，其供電電源為兩路電源加UPS供電方式，屬于特別重要一級(jí)負(fù)荷用電設(shè)備。監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)采集隧道內(nèi)的交通運(yùn)行狀況和各子系統(tǒng)的狀況。處理采集的信息并提供相應(yīng)的監(jiān)控方案，對(duì)下屬的監(jiān)控設(shè)備下發(fā)信息與控制指令。

監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)是道路隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，隧道的整體控制系統(tǒng)是以現(xiàn)場總線的分布式環(huán)形網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)指揮各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行，并對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)之間的溝通與協(xié)調(diào)負(fù)責(zé)，子系統(tǒng)則通過中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行信息的交換、顯示、匯總、統(tǒng)計(jì)和打印，為人工干預(yù)提供行車運(yùn)行的綜合信息與決策信息，并支持手動(dòng)控制、人機(jī)接口等其它功能，是道路隧道交通安全順暢的重要保障。由于隧道環(huán)境條件較為惡劣，且現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備數(shù)量繁多，所以多采用工業(yè)以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式，即隧道內(nèi)設(shè)立以太網(wǎng)交換機(jī)和可編程控制器作為區(qū)域內(nèi)的控制單元，集中對(duì)附近監(jiān)控設(shè)備的信息進(jìn)行采集工作，再通過冗余光纖網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心的千兆交換機(jī)，接收中心網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)地控制指令，輸入程序控制下端的執(zhí)行設(shè)備。當(dāng)監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)計(jì)算機(jī)故障或是通訊路線故障，區(qū)域控制單元會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。如圖1。

2.2閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)及車流量、事件監(jiān)測系統(tǒng)

閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)具有變焦鏡頭、彩色全天候、電動(dòng)云臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)安裝在隧道出入口，由監(jiān)控中心直接控制調(diào)節(jié)焦距、光圈或是云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，隧道內(nèi)每隔100米左右就會(huì)設(shè)置一臺(tái)一體化的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，其指向與車流方向一致，隧道的曲線段則設(shè)置電動(dòng)云臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，每臺(tái)攝像機(jī)都會(huì)配備對(duì)應(yīng)的專用防護(hù)罩，有效延長使用壽命。當(dāng)在變配電站上設(shè)置固定式的半球攝像機(jī)時(shí)，對(duì)攝像機(jī)的防護(hù)等級(jí)都必須高于IP65，確保所有實(shí)時(shí)、高清晰的視頻信號(hào)都可以通過1000M的以太網(wǎng)上傳至監(jiān)控中心，使監(jiān)控中心可隨時(shí)記錄與顯示每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的圖像，為疏導(dǎo)隧道交通提供最可靠的信息。

當(dāng)隧道內(nèi)交通運(yùn)行正常時(shí)，大屏幕顯示屏顯示的是全部的監(jiān)視畫面；發(fā)生意外事故時(shí)，如火災(zāi)或車輛事故時(shí)，大屏幕會(huì)自動(dòng)切換對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)監(jiān)視畫面；如幾個(gè)路段同時(shí)發(fā)生意外，火災(zāi)報(bào)警處于優(yōu)先報(bào)警的位置；當(dāng)發(fā)生交通擁擠阻塞時(shí)，可通過人工操作切換至擁擠路段，人工確認(rèn)后及時(shí)決定處理方案。

閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)通過前端設(shè)備、分配器、視頻解碼器和交通事故檢測主機(jī)等一系列設(shè)備，成功輸出正確的監(jiān)控視頻信號(hào)和分析視頻數(shù)據(jù)，檢測器可根據(jù)視頻實(shí)時(shí)分析車流量、車間距、行車速度、車輛分類、車輛密度、車頭時(shí)距、空間占有率等數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。此外，當(dāng)發(fā)生逆向行駛、違章停車、超低速車流、產(chǎn)生煙霧、道路高占有率時(shí)，檢測器會(huì)及時(shí)報(bào)警。

2.3照明控制系統(tǒng)

照明控制系統(tǒng)對(duì)道路隧道交通具有十分重要的作用。由于隧道內(nèi)的環(huán)境照度普遍較低，白天駕駛員從明亮的環(huán)境內(nèi)進(jìn)入和通過隧道時(shí) ，其視覺感官上往往會(huì)產(chǎn)生不適應(yīng)。駕駛員如要穿越長隧道時(shí)會(huì)產(chǎn)生黑洞現(xiàn)象，穿越短隧道時(shí)會(huì)產(chǎn)生黑框現(xiàn)象，進(jìn)入隧道后，往往會(huì)因?yàn)榱炼榷冈?，駕駛員不能迅速適應(yīng)看清隧道內(nèi)情況，而隧道出口雖然白天亮度高，看上去是個(gè)亮洞，但夜晚就成為黑洞，故駕駛員無法快速看清隧道外道路的路面狀況，因此，照明控制系統(tǒng)的合理調(diào)控對(duì)駕駛員行車具有十分重要的影響。

照明控制系統(tǒng)是由照明控制器、照明配電箱和照度儀等組成的自動(dòng)控制裝置。照明系統(tǒng)能夠根據(jù)隧道內(nèi)外的亮度比值，對(duì)隧道出入口的照明設(shè)施進(jìn)行調(diào)控，隧道出入口會(huì)設(shè)置亮度檢測器，照明系統(tǒng)根據(jù)外部亮度強(qiáng)弱和交通量的變化，通過設(shè)置在隧道內(nèi)的邏輯控制器分別對(duì)入口段、過渡段、出口處的照明亮度進(jìn)行調(diào)控，根據(jù)季節(jié)，晴天、陰天，早晚的不同模式調(diào)控亮度，并有多種手動(dòng)模式為管理人員提供可參考的照明控制方案。（表1）

2.4火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

由于隧道環(huán)境特殊，一旦發(fā)生火災(zāi)不易逃生與搶救，易導(dǎo)致重大的人員傷亡，故隧道多按一級(jí)保護(hù)對(duì)象設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，配備相應(yīng)的火災(zāi)報(bào)警控制器、緊急廣播、緊急電話等設(shè)置。通過與消防聯(lián)動(dòng)控制裝置的結(jié)合，發(fā)生火災(zāi)可及時(shí)聯(lián)動(dòng)交通誘導(dǎo)，播放廣播，打開逃生通道，開啟照明等，盡快疏散車輛人群，自動(dòng)啟動(dòng)消防泵、水噴霧泵、泡沫泵，繼而啟動(dòng)相關(guān)的排煙風(fēng)機(jī)等消防設(shè)施，最大程度降低火災(zāi)帶來的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡。（圖2、表2）

3　結(jié)語

城市道路隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)是隧道交通運(yùn)行的重要保障，系統(tǒng)與各個(gè)子系統(tǒng)利用先進(jìn)的多媒體技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)溝通協(xié)調(diào)的順暢，確保道路的服務(wù)質(zhì)量，綜合考量國內(nèi)外隧道監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展趨勢，采用可靠的高科技技術(shù)設(shè)備，在提高系統(tǒng)安全性與可靠性的同時(shí)，為城市道路隧道的運(yùn)營管理提供一個(gè)現(xiàn)代化的監(jiān)控手段，積極打造一個(gè)可靠實(shí)用、先進(jìn)高效的綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)。

［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.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009-12-15.

［2］曹力.城市隧道監(jiān)控系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì).公路交通技術(shù)，2010-08-15.

［3］謝路鋒.特長公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)本地控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).隧道建設(shè)，2011-02-20.