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        基于信息化管理的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2020-06-21 15:17:53胡建科盧娟
        西部交通科技 2020年2期
        關(guān)鍵詞:視頻監(jiān)控信息化管理高速公路

        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(cè)系統(tǒng)的組成,并結(jié)合某高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理實(shí)踐,對(duì)交通監(jiān)控和照明監(jiān)控進(jìn)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(jì)算得出自動(dòng)模式下隧道照明系統(tǒng)可節(jié)約能源51%左右,說(shuō)明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足公路隧道管理的要求。

        關(guān)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(lái),隨著國(guó)內(nèi)外技術(shù)交流的不斷加深,各行業(yè)直接的技術(shù)交流與融合也不斷加強(qiáng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,很多新技術(shù)、新設(shè)備被應(yīng)用到公路隧道機(jī)電管理中。本研究將計(jì)算機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的設(shè)備管理方法相結(jié)合,采用信息化管理的思路,設(shè)計(jì)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(jì)90年代,國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(shè)備管理方面均處于領(lǐng)先的地位。相比之下,國(guó)內(nèi)一些大型企業(yè)還只能依靠進(jìn)口,無(wú)論是在技術(shù)上還是在管理上都比較落后。近年來(lái),由于我國(guó)公路交通事業(yè)的發(fā)展,國(guó)家對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的鼓勵(lì)引導(dǎo),很多企業(yè)開(kāi)發(fā)出了一些適應(yīng)我國(guó)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(shè)備的生產(chǎn)階段,還沒(méi)有設(shè)計(jì)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(shè)備組成,而經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)很多企業(yè)現(xiàn)今可以生產(chǎn)出國(guó)際領(lǐng)先的設(shè)備。基于信息化管理的理念,運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù),建立一套科學(xué)合理、適應(yīng)國(guó)內(nèi)公路隧道管理的信息化監(jiān)控系統(tǒng),是當(dāng)今亟待解決的問(wèn)題。

        1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        1.1 用戶登錄

        軟件設(shè)計(jì)了一套先進(jìn)的基于用戶的安全管理系統(tǒng),各用戶被賦予不同的權(quán)限,可以通過(guò)用戶名和密碼進(jìn)行登錄,并根據(jù)不同角色被賦予不同的權(quán)限。系統(tǒng)具有加密功能,可以為系統(tǒng)提供進(jìn)一步的安全保障。系統(tǒng)設(shè)置管理員,可以對(duì)用戶進(jìn)行管理操作。用戶可以自己設(shè)定和修改密碼,也可以在自己的分配權(quán)限范圍內(nèi)查看信息、修改設(shè)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(biāo)志,并可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看,包括隧道內(nèi)車流量、通風(fēng)、照明、消防、視頻、交通信號(hào)燈狀態(tài)、CO2濃度、隧道內(nèi)外光強(qiáng)、車道占有率等信息。如果設(shè)備出現(xiàn)故障,系統(tǒng)可將故障設(shè)備的具體位置顯示出來(lái),并將報(bào)警狀態(tài)通過(guò)不同顏色顯示出來(lái)。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(shè)計(jì)

        交通監(jiān)控子系統(tǒng)可以采集交通流信息及交通信號(hào)燈、限速標(biāo)志等信息,并在用戶操作界面上以動(dòng)畫的形式顯示出來(lái)。具體交通監(jiān)控子系統(tǒng)界面如圖1所示。同時(shí),用戶可以操作交通監(jiān)控子系統(tǒng),對(duì)子系統(tǒng)所控制的設(shè)備進(jìn)行管理。

        1.4 通風(fēng)監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        隧道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)積聚大量的尾氣和煙塵,由于隧道內(nèi)屬于一個(gè)相對(duì)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(fēng)監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是十分必要的。為加強(qiáng)通風(fēng),在隧道內(nèi)安裝風(fēng)機(jī),通風(fēng)監(jiān)控子系統(tǒng)可以對(duì)隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、CO2濃度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并將監(jiān)測(cè)值傳遞到本地控制器,最終在系統(tǒng)主界面顯示出來(lái)。子系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、時(shí)間和風(fēng)向,保證隧道通風(fēng)效果。隧道通風(fēng)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(shè)計(jì)

        為防止駕駛員進(jìn)入隧道時(shí)出現(xiàn)“黑框現(xiàn)象”和眩光,應(yīng)根據(jù)隧道內(nèi)外的光照強(qiáng)度對(duì)洞內(nèi)光線進(jìn)行調(diào)節(jié)。照明監(jiān)控子系統(tǒng)可以對(duì)洞內(nèi)照明設(shè)備的亮度進(jìn)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(chǎng)總線控制方式,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)區(qū)域控制單元對(duì)隧道內(nèi)的照明設(shè)備進(jìn)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(shè)備的工作狀態(tài)、光強(qiáng)等監(jiān)測(cè)值,通過(guò)PLC上傳到中心控制系統(tǒng),并根據(jù)隧道運(yùn)營(yíng)需要調(diào)整光強(qiáng)和照明設(shè)備。

        1.6 消防監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí),消防監(jiān)控子系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè),可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、語(yǔ)音廣播等功能,通過(guò)管理中心進(jìn)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(shè)備的工作狀態(tài),發(fā)出報(bào)警信號(hào),顯示發(fā)生火災(zāi)的具體位置和故障設(shè)備的位置。同時(shí),可將火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)展。

        1.7 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        通過(guò)在隧道內(nèi)布設(shè)監(jiān)控?cái)z像機(jī),可以直觀、實(shí)時(shí)地將現(xiàn)場(chǎng)交通流和事故發(fā)生地點(diǎn)顯示出來(lái),為救災(zāi)排險(xiǎn)提供資料。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)這一功能,其對(duì)隧道內(nèi)多臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行控制,通過(guò)以太網(wǎng)與PLC連接,軟件系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)通訊,將隧道內(nèi)的視頻圖像及時(shí)準(zhǔn)確地傳輸?shù)焦芾碇行模瑸橹贫ń煌ūO(jiān)控方案提供參考依據(jù)。攝像機(jī)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(guò)圖像分析隧道內(nèi)的情況,對(duì)隧道進(jìn)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(shè)計(jì)

        當(dāng)車輛在隧道內(nèi)發(fā)生交通事故或故障時(shí),司機(jī)可以通過(guò)緊急電話系統(tǒng)聯(lián)系管理中心,監(jiān)控中心可以通過(guò)電話廣播系統(tǒng)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮調(diào)度、疏導(dǎo)交通和組織救援等。另外,緊急電話還可以對(duì)隧道內(nèi)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)。

        1.9 查詢統(tǒng)計(jì)

        隧道監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表查詢,對(duì)隧道監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、調(diào)用和輸出生產(chǎn)報(bào)表。隧道監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行趨勢(shì)曲線繪制,以橫軸為時(shí)間,縱軸為變量,繪制趨勢(shì)曲線圖,并具有預(yù)覽、打印等功能。系統(tǒng)還可以進(jìn)行報(bào)警事件查詢,把超出正常警戒值的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出來(lái),可實(shí)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(yīng)用

        2.1 依托工程簡(jiǎn)介

        某高速公路設(shè)計(jì)隧道5座,各隧道均采用雙洞、單向兩車道設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)車速為80 km/h,設(shè)計(jì)交通量為37 954輛/d,預(yù)計(jì)年交通量增長(zhǎng)速度為5%。隧道內(nèi)部布設(shè)有大量機(jī)電設(shè)備,運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,管理難度大。為監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況,對(duì)隧道內(nèi)車流量、洞內(nèi)CO2濃度等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè),通過(guò)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,開(kāi)發(fā)高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng),并運(yùn)用到隧道運(yùn)營(yíng)管理中。該監(jiān)控系統(tǒng)可以24 h不間斷收集隧道運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù),具有防止發(fā)生交通事故,進(jìn)行火災(zāi)預(yù)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(rèn)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(shí)間類似,洞外的光強(qiáng)基本一致,洞內(nèi)的照明設(shè)施的節(jié)能情況也基本一致。

        圖6為2018-12-01隧道各個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)間段,隧道內(nèi)車流量較少,均在140 veh/h以下,其他時(shí)間段車流量相對(duì)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(dòng)模式,按照“車進(jìn)燈亮,車走燈暗”的原則進(jìn)行管理。為驗(yàn)證節(jié)能效果,對(duì)隧道照明監(jiān)控系統(tǒng)在隧道內(nèi)的照明設(shè)備調(diào)暗時(shí)間、用電情況進(jìn)行分析。隧道內(nèi)照明設(shè)備的調(diào)暗時(shí)間如圖7所示。

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

        在自動(dòng)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(lái)計(jì)算隧道內(nèi)的最佳照明亮度。監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)洞外亮度進(jìn)行檢測(cè)。洞外亮度變化情況詳見(jiàn)圖8。

        通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)照明設(shè)備和用電量的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析,采用自動(dòng)模式與全亮模式相比,可以節(jié)約53%左右的電量,說(shuō)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(dòng)模式下遵循“車進(jìn)燈亮,車走燈暗”的原則,有車進(jìn)入隧道時(shí)亮度增加,沒(méi)車時(shí)照明燈具調(diào)暗,隧道內(nèi)照明亮度是通過(guò)洞外的亮度分析而確定的。

        3 結(jié)語(yǔ)

        公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化的組態(tài)方式,對(duì)隧道內(nèi)的交通流、通風(fēng)、照明、消防、視頻等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本文基于某高速公路隧道監(jiān)測(cè)管理實(shí)踐,在信息化管理的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)隧道交通和照明情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析,得出了以下結(jié)論:

        (1)基于信息化管理需求,對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的交通、通風(fēng)、照明、消防、視頻監(jiān)控等子系統(tǒng)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì),對(duì)隧道內(nèi)實(shí)際情況進(jìn)行智能化分析、報(bào)警和控制,保證隧道安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        (2)隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)交通情況進(jìn)行監(jiān)控,收集數(shù)據(jù)繪制曲線,得出日交通量、隧道各個(gè)時(shí)段的車流量等數(shù)據(jù),可為高速公路交通運(yùn)營(yíng)管理提供參考。

        (3)對(duì)隧道內(nèi)的照明情況進(jìn)行檢測(cè),得出采用自動(dòng)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(xiàn):

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        [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(shù),2009,46(6):8-16.

        [3]馮海玲.高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(guó)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析[J].電聲技術(shù),2018,42(5):50-51,65.

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

        盧 娟(1980—),工程師,從事專業(yè)高速公路機(jī)電管理工作。

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