胡建科 盧娟

摘要：文章分析高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，從用戶登錄、交通監(jiān)控、視頻監(jiān)控、照明監(jiān)控等方面闡述了高速公路隧道監(jiān)測系統(tǒng)的組成，并結合某高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)運營管理實踐，對交通監(jiān)控和照明監(jiān)控進行調(diào)查分析，收集數(shù)據(jù)繪制曲線分析后得出隧道內(nèi)車流量曲線，計算得出自動模式下隧道照明系統(tǒng)可節(jié)約能源51%左右，說明監(jiān)測系統(tǒng)滿足公路隧道管理的要求。

關鍵詞：高速公路;信息化管理;隧洞監(jiān)控系統(tǒng);視頻監(jiān)控;交通監(jiān)控;照明監(jiān)控

0 引言

近年來，隨著國內(nèi)外技術交流的不斷加深，各行業(yè)直接的技術交流與融合也不斷加強。隨著計算機技術和大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，很多新技術、新設備被應用到公路隧道機電管理中。本研究將計算機技術與先進的設備管理方法相結合，采用信息化管理的思路，設計一套符合現(xiàn)代公路隧道要求的監(jiān)控系統(tǒng)。

早在20世紀90年代，國外發(fā)達國家公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的研究已取得了一定的成果，特別是在數(shù)據(jù)采集和設備管理方面均處于領先的地位。相比之下，國內(nèi)一些大型企業(yè)還只能依靠進口，無論是在技術上還是在管理上都比較落后。近年來，由于我國公路交通事業(yè)的發(fā)展，國家對技術創(chuàng)新的鼓勵引導，很多企業(yè)開發(fā)出了一些適應我國公路隧道管理的監(jiān)控系統(tǒng)。然而，很多企業(yè)尚處于硬件設備的生產(chǎn)階段，還沒有設計出一套全面、通用的監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)由大量的設備組成，而經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)很多企業(yè)現(xiàn)今可以生產(chǎn)出國際領先的設備?；谛畔⒒芾淼睦砟?，運用互聯(lián)網(wǎng)技術、計算機技術，建立一套科學合理、適應國內(nèi)公路隧道管理的信息化監(jiān)控系統(tǒng)，是當今亟待解決的問題。

1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1.1 用戶登錄

軟件設計了一套先進的基于用戶的安全管理系統(tǒng)，各用戶被賦予不同的權限，可以通過用戶名和密碼進行登錄，并根據(jù)不同角色被賦予不同的權限。系統(tǒng)具有加密功能，可以為系統(tǒng)提供進一步的安全保障。系統(tǒng)設置管理員，可以對用戶進行管理操作。用戶可以自己設定和修改密碼，也可以在自己的分配權限范圍內(nèi)查看信息、修改設置、上傳數(shù)據(jù)。

1.2 隧道管理

用戶登錄管理系統(tǒng)后，可以在主界面查看背景畫面、圖形標志，并可以對設備運行的數(shù)據(jù)進行實時查看，包括隧道內(nèi)車流量、通風、照明、消防、視頻、交通信號燈狀態(tài)、CO2濃度、隧道內(nèi)外光強、車道占有率等信息。如果設備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可將故障設備的具體位置顯示出來，并將報警狀態(tài)通過不同顏色顯示出來。另外，用戶可以操作控制按鈕，切換監(jiān)控畫面。

1.3 交通監(jiān)控子系統(tǒng)設計

交通監(jiān)控子系統(tǒng)可以采集交通流信息及交通信號燈、限速標志等信息，并在用戶操作界面上以動畫的形式顯示出來。具體交通監(jiān)控子系統(tǒng)界面如圖1所示。同時，用戶可以操作交通監(jiān)控子系統(tǒng)，對子系統(tǒng)所控制的設備進行管理。

1.4 通風監(jiān)控子系統(tǒng)設計

隧道在運營過程中會積聚大量的尾氣和煙塵，由于隧道內(nèi)屬于一個相對封閉的空間，單靠車輛行駛所產(chǎn)生的活塞作用不能完全排除這些有害氣體，因此通風監(jiān)控子系統(tǒng)的設計是十分必要的。為加強通風，在隧道內(nèi)安裝風機，通風監(jiān)控子系統(tǒng)可以對隧道內(nèi)風機的運行狀態(tài)、CO2濃度、風速等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測值傳遞到本地控制器，最終在系統(tǒng)主界面顯示出來。子系統(tǒng)可以根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，調(diào)整風機的運行臺數(shù)、時間和風向，保證隧道通風效果。隧道通風監(jiān)控子系統(tǒng)界面如圖2所示。

1.5 照明控制子系統(tǒng)設計

為防止駕駛員進入隧道時出現(xiàn)“黑框現(xiàn)象”和眩光，應根據(jù)隧道內(nèi)外的光照強度對洞內(nèi)光線進行調(diào)節(jié)。照明監(jiān)控子系統(tǒng)可以對洞內(nèi)照明設備的亮度進行調(diào)節(jié)，防止出現(xiàn)交通事故，也可以節(jié)約能源。該子系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制方式，計算機系統(tǒng)通過區(qū)域控制單元對隧道內(nèi)的照明設備進行控制與管理。照明監(jiān)控子系統(tǒng)界面如圖3所示。其操作界面可顯示照明設備的工作狀態(tài)、光強等監(jiān)測值，通過PLC上傳到中心控制系統(tǒng)，并根據(jù)隧道運營需要調(diào)整光強和照明設備。

1.6 消防監(jiān)控子系統(tǒng)設計

當隧道內(nèi)發(fā)生火災時，消防監(jiān)控子系統(tǒng)通過監(jiān)測，可實現(xiàn)聲光報警、語音廣播等功能，通過管理中心進行滅火和救援。消防控制子系統(tǒng)操作界面如圖4所示，可顯示隧道內(nèi)消防設備的工作狀態(tài)，發(fā)出報警信號，顯示發(fā)生火災的具體位置和故障設備的位置。同時，可將火災現(xiàn)場的畫面?zhèn)鬏數(shù)焦芾碇行模┎僮魅藛T查看，以便下一步救援工作的開展。

1.7 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)設計

通過在隧道內(nèi)布設監(jiān)控攝像機，可以直觀、實時地將現(xiàn)場交通流和事故發(fā)生地點顯示出來，為救災排險提供資料。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)可以實現(xiàn)這一功能，其對隧道內(nèi)多臺攝像機進行控制，通過以太網(wǎng)與PLC連接，軟件系統(tǒng)與計算機通訊，將隧道內(nèi)的視頻圖像及時準確地傳輸?shù)焦芾碇行?，為制定交通監(jiān)控方案提供參考依據(jù)。攝像機拍攝到的視頻圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，顯示在視頻監(jiān)視器上，操作人員通過圖像分析隧道內(nèi)的情況，對隧道進行管理。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)操作界面如圖5所示。

1.8 電話廣播監(jiān)控子系統(tǒng)設計

當車輛在隧道內(nèi)發(fā)生交通事故或故障時，司機可以通過緊急電話系統(tǒng)聯(lián)系管理中心，監(jiān)控中心可以通過電話廣播系統(tǒng)對事故現(xiàn)場進行遠程指揮調(diào)度、疏導交通和組織救援等。另外，緊急電話還可以對隧道內(nèi)的運行情況進行監(jiān)聽。

1.9 查詢統(tǒng)計

隧道監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)報表查詢，對隧道監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進行查詢、調(diào)用和輸出生產(chǎn)報表。隧道監(jiān)控系統(tǒng)可以進行趨勢曲線繪制，以橫軸為時間，縱軸為變量，繪制趨勢曲線圖，并具有預覽、打印等功能。系統(tǒng)還可以進行報警事件查詢，把超出正常警戒值的數(shù)據(jù)統(tǒng)計出來，可實現(xiàn)打印、顯示、轉(zhuǎn)發(fā)等操作。

2 公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)工程應用

2.1 依托工程簡介

某高速公路設計隧道5座，各隧道均采用雙洞、單向兩車道設計，設計車速為80 km/h，設計交通量為37 954輛/d，預計年交通量增長速度為5%。隧道內(nèi)部布設有大量機電設備，運行環(huán)境復雜，管理難度大。為監(jiān)測隧道內(nèi)機電設備運行狀況，對隧道內(nèi)車流量、洞內(nèi)CO2濃度等指標進行監(jiān)測，通過進行實地調(diào)查，開發(fā)高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)，并運用到隧道運營管理中。該監(jiān)控系統(tǒng)可以24 h不間斷收集隧道運行過程中的數(shù)據(jù)，具有防止發(fā)生交通事故，進行火災預警等功能。

2.2 交通監(jiān)控分析

表1列出了該高速公路某一路段3 d的交通監(jiān)控信息，這3 d的天氣情況類似。分析數(shù)據(jù)表明，這3 d交通量相差≤40 veh/d，每天所有車輛的平均車速基本相同，因此可認為這三天的車流量、車速情況基本一致。由于這三天的光照、日出和日落時間類似，洞外的光強基本一致，洞內(nèi)的照明設施的節(jié)能情況也基本一致。

圖6為2018-12-01隧道各個時段的車流量數(shù)據(jù)曲線圖。經(jīng)分析可知，一天中0：00-6：00和20：00-24：00兩個時間段，隧道內(nèi)車流量較少，均在140 veh/h以下，其他時間段車流量相對較大，其中最大值為1 733 veh/h。

2.3 照明監(jiān)控分析

本隧道照明監(jiān)控系統(tǒng)采用自動模式，按照“車進燈亮，車走燈暗”的原則進行管理。為驗證節(jié)能效果，對隧道照明監(jiān)控系統(tǒng)在隧道內(nèi)的照明設備調(diào)暗時間、用電情況進行分析。隧道內(nèi)照明設備的調(diào)暗時間如圖7所示。

圖7為2018-12-01隧道內(nèi)各時段照明燈調(diào)暗時間變化情況，分析可知在0：00-6：00和20：00-24：00兩個時間段，隧道內(nèi)車流量較小，照明燈調(diào)暗時間也較長，其中調(diào)暗時間最大值為55 min，可有效節(jié)約能源。其余時間車流量較大，調(diào)暗時間也相對較短。統(tǒng)計表明，該隧道2018-12-01調(diào)暗時間共計605 min，一天共1 440 min，計算調(diào)暗時間所占比例為42%。

在自動模式下，隧道照明監(jiān)控軟件還需要根據(jù)隧道洞外亮度來計算隧道內(nèi)的最佳照明亮度。監(jiān)測過程中對洞外亮度進行檢測。洞外亮度變化情況詳見圖8。

通過對隧道內(nèi)照明設備和用電量的監(jiān)測結果分析，采用自動模式與全亮模式相比，可以節(jié)約53%左右的電量，說明這種模式可有效減少電量消耗，節(jié)約能源。這主要是由于自動模式下遵循“車進燈亮，車走燈暗”的原則，有車進入隧道時亮度增加，沒車時照明燈具調(diào)暗，隧道內(nèi)照明亮度是通過洞外的亮度分析而確定的。

3 結語

公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化的組態(tài)方式，對隧道內(nèi)的交通流、通風、照明、消防、視頻等設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。本文基于某高速公路隧道監(jiān)測管理實踐，在信息化管理的基礎上，通過對隧道交通和照明情況進行監(jiān)測分析，得出了以下結論：

（1）基于信息化管理需求，對隧道監(jiān)控系統(tǒng)的交通、通風、照明、消防、視頻監(jiān)控等子系統(tǒng)進行智能化設計，對隧道內(nèi)實際情況進行智能化分析、報警和控制，保證隧道安全穩(wěn)定運行。

（2）隧道監(jiān)測系統(tǒng)對交通情況進行監(jiān)控，收集數(shù)據(jù)繪制曲線，得出日交通量、隧道各個時段的車流量等數(shù)據(jù)，可為高速公路交通運營管理提供參考。

（3）對隧道內(nèi)的照明情況進行檢測，得出采用自動模式可節(jié)約隧道用電量51%左右，節(jié)能效果明顯。

參考文獻：

[1]朱 晶，彭 敏.PLC在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應用研究[J].公路，2019，64（8）：347-349.

[2]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，2009，46（6）：8-16.

[3]馮海玲.高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].科技視界，2019，9（19）：196-197.

[4]丘燦燦.河惠莞高速公路龍紫段隧道監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國交通信息化，2018，20（7）：121-123，129.

[5]任拴哲，孟引鵬，馮 慧.高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)分析[J].電聲技術，2018，42（5）：50-51，65.

作者簡介：胡建科（1975—），工程師，從事專業(yè)高速公路機電管理工作;

盧 娟（1980—），工程師，從事專業(yè)高速公路機電管理工作。