楊明輝，王曉龍

（山西省交通信息通信有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

眾所周知，我國公路分為5個等級：高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路。其中，高速公路、一級公路雙向車道有中央分隔帶，分道行駛；二級公路以下沒有中央分隔帶，更容易引發(fā)交通事故，特別是山區(qū)、隧道多、交通流量大的地區(qū)。

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，為完善全國路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提高運行效率、進一步提升國道省干線綜合服務(wù)水平，實現(xiàn)高效、安全、綠色運輸?shù)闹匾こ探ㄔO(shè)，我國公路的升級改造建設(shè)進入了新的階段；隧道是公路的咽喉地帶，它的安全運營直接關(guān)系到人民群眾的生命財產(chǎn)安全，特別是低級別公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)、運營、管理及預(yù)案處理更是重中之重[1-9]。應(yīng)急聯(lián)動預(yù)案系統(tǒng)可以當(dāng)緊急事件發(fā)生時系統(tǒng)調(diào)用預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案，保證公路的行車安全，提高通行效率[10-14]。

筆者結(jié)合山西省道平長線的實際情況，進行了隧道監(jiān)控的總體設(shè)計，通過移動互聯(lián)網(wǎng)（4G）或者Wifi網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的監(jiān)控手段，開展了多終端隧道監(jiān)控系統(tǒng)及應(yīng)急預(yù)案的研究。

1 項目概況

山西省道平長線位于山西省長治市境內(nèi)，平長線含兩條隧道：贏仗嶺隧道位于平長公路K6+600—K7+550段，長950 m，設(shè)計速度40 km/h，荷載等級公路Ⅰ級。為單洞雙車道，隧道寬9.5 m，凈寬7.5 m，該隧道位于直線式路段，路線縱坡3.06%。老頂山隧道位于平長公路K23+285—K24+045段，長760 m，設(shè)計速度60 km/h，荷載等級公路Ⅰ級。為單洞雙車道，隧道寬9.5 m，凈寬7.5 m，該隧道位于直線式路段，路線縱坡3.06%。

路段設(shè)置監(jiān)控中心一處，主要監(jiān)控的設(shè)備如下：贏仗嶺隧道含隧道IP對講、廣播系統(tǒng)1項；洞外光強檢測器1套；洞內(nèi)光強檢測器1套；COVI檢測器1套；風(fēng)速風(fēng)向檢測器1套；彩色球形攝像機2臺；固定彩色攝像機13臺；可變信息標(biāo)志2套；交通信號燈2套。老頂山隧道含隧道IP對講、廣播系統(tǒng)1項；洞外光強檢測器1套；洞內(nèi)光強檢測器1套；COVI檢測器1套；風(fēng)速風(fēng)向檢測器1套；彩色球形攝像機2臺；固定彩色攝像機11臺；可變信息標(biāo)志2套；交通信號燈2套。

整個項目位于山西省太行山上，項目地理位置環(huán)境復(fù)雜，交通量大，大型車比例高，路段上隧道為單洞雙車道雙向同行，衛(wèi)生條件極差，隧道內(nèi)的環(huán)境污染不僅增加了機電設(shè)備的故障率，而且嚴(yán)重影響了隧道內(nèi)的行車舒適性和安全性，造成了極大的交通安全隱患，極易發(fā)生交通事故。

2 總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能及構(gòu)成

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，監(jiān)控系統(tǒng)采用三級控制結(jié)構(gòu)，即苗莊監(jiān)控中心——本地控制器——現(xiàn)場設(shè)備。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)功能構(gòu)成圖

如圖2所示，整個監(jiān)控系統(tǒng)包含交通監(jiān)控子系統(tǒng)、CCTV子系統(tǒng)、電話廣播子系統(tǒng)、照明監(jiān)控子系統(tǒng)、應(yīng)急聯(lián)動子系統(tǒng)，根據(jù)項目要求通過現(xiàn)代化的信息技術(shù)全天候?qū)崟r準(zhǔn)確的交通流量和交通運行監(jiān)視，隨時隨地及時發(fā)現(xiàn)各種異常情況并采取應(yīng)急措施，按照應(yīng)急預(yù)案及時準(zhǔn)確地對隧道機電設(shè)備進行控制并實現(xiàn)聯(lián)動控制，保證道路高速、安全、經(jīng)濟地運營管理。

2.2 系統(tǒng)視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

如圖3所示，路段監(jiān)控視頻、洞內(nèi)監(jiān)控視頻、洞口監(jiān)控視頻接入隧道交換機，隧道交換機通過通信系統(tǒng)與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，上傳視頻供路段監(jiān)控中心集中調(diào)看。上傳到路段分中心后，采用按需調(diào)用的方式，通過視頻管理平臺輸出到高清監(jiān)視器、拼接大屏、主監(jiān)視器顯示。通過視頻客戶端軟件可以調(diào)用各隧道和路段硬盤錄像機內(nèi)存儲的錄像。通過控制鍵盤或者視頻工作站可以調(diào)用預(yù)設(shè)的大屏拼接預(yù)案以及任意切換路段視頻顯示，以及云臺鏡頭控制。

2.3 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)控制框架圖

從圖4所示，整個系統(tǒng)需要本地增加控制器的設(shè)備只有交通信號燈，綜合成本、可靠性等多方面考慮，采用本地增加IO控制器來實現(xiàn)；風(fēng)速風(fēng)向檢測器、COVI檢測器、洞內(nèi)光強檢測器、洞外光強檢測器增加串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)口來實現(xiàn)；情報板、攝像機、電話廣播連接到各個隧道交換機，隧道交換機與監(jiān)控中心交換機通過通信系統(tǒng)連接，監(jiān)控中心計算機通過監(jiān)控中心交換機連接，并對各設(shè)備的數(shù)據(jù)進行處理、顯示，并對各設(shè)備發(fā)出控制命令。

2.4 設(shè)備接口及信息反饋

交通燈的開關(guān)量信號與IO控制器連接，IO控制器與交換機連接，IO控制器通過標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議與監(jiān)控中心監(jiān)控軟件進行通信，并接受監(jiān)控軟件發(fā)出的命令。

風(fēng)速風(fēng)向檢測器、COVI檢測器、洞內(nèi)光強檢測器、洞外光強檢測器，通過485接口與串口服務(wù)器連接，將485接口轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)口，串口服務(wù)器與交換機連接，上述設(shè)備根據(jù)自身的通信協(xié)議與監(jiān)控中心監(jiān)控軟件通信，監(jiān)控軟件通過驅(qū)動接收各設(shè)備的信息，并將設(shè)備信息在軟件畫面上顯示。

情報板、電話廣播、攝像機連接到隧道交換機，并根據(jù)自身的通信協(xié)議與監(jiān)控中心監(jiān)控軟件通信，監(jiān)控軟件通過驅(qū)動接收設(shè)備的信息、控制設(shè)備，并將設(shè)備信息在軟件畫面上顯示。

3 控制策略

3.1 正常情況

正常運行情況下，隧道口兩側(cè)的交通信號燈呈綠色；可變信息標(biāo)志正常顯示，發(fā)布一些警示類、歡迎類信息；攝像機正常輪詢顯示。

3.2 應(yīng)急情況

當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生交通事故、火災(zāi)或擁堵時，經(jīng)監(jiān)控員確認(rèn)后，監(jiān)控軟件可以按照預(yù)制的控制方案對信號系統(tǒng)發(fā)布相應(yīng)控制命令，并且切換顯示相應(yīng)的攝像機圖像到主監(jiān)視器上，信號燈成紅色，情報板發(fā)布禁止通行，電話廣播引導(dǎo)交通。

以老頂山隧道內(nèi)，贏仗嶺到老頂山方向發(fā)生事故為例，交通預(yù)案的主要內(nèi)容包括：

a）老頂山隧道平順側(cè)入口處交通信號燈顯示紅色，封閉隧道。

b）贏仗嶺隧道平順側(cè)入口處交通信號燈顯示黃色，減速慢行。

c）老頂山隧道平順側(cè)入口處可變情報板顯示“前方發(fā)生事故，隧道暫時封閉！”。

d）贏仗嶺隧道平順側(cè)入口處可變情報板顯示“前方隧道群發(fā)生事故，請繞行！”。

e）老頂山隧道長治側(cè)入口處交通信號燈顯示紅色，封閉隧道。

f）贏仗嶺隧道長治側(cè)入口處交通信號燈顯示綠色，正常通行。

g）老頂山隧道長治側(cè)入口處可變情報板顯示“前方發(fā)生事故，隧道暫時封閉！”。

圖5 聯(lián)動控制流程圖

h）贏仗嶺隧道長治側(cè)入口處可變情報板顯示“正常通行！”。

i）監(jiān)控大屏自動切換到事故發(fā)生地畫面。

j）廣播系統(tǒng)開啟，協(xié)助交通誘導(dǎo)。

k）隧道雙洞照明燈具全部打開，提供充足照明。

l）監(jiān)控畫面提醒監(jiān)控人員救援呼叫/上級匯報。

3.3 報表系統(tǒng)

交通燈、情報板、電話廣播的控制狀態(tài)發(fā)生變化時，控制變量、狀態(tài)變量保存一次，形成報表。風(fēng)速風(fēng)向檢測器、COVI檢測器、洞內(nèi)光強檢測器、洞外光強檢測器的數(shù)據(jù)每隔60 s保存一次，形成報表。

報表信息可根據(jù)時間、信號變量信息進行查詢，上報。

4 移動終端監(jiān)控

4.1 設(shè)計原則

4.1.1 對多種客戶終端的支持

客戶端軟件需要考慮對多種平臺（Android、IOS等終端系統(tǒng)）的支持，最終實現(xiàn)隨時隨地、利用任何終端、任何網(wǎng)絡(luò)接入高速公路智能管理調(diào)度系統(tǒng)的目標(biāo)。

4.1.2 實時流媒體傳輸技術(shù)

實時流式傳輸特別適用于現(xiàn)場監(jiān)控，支持隨機訪問、實時傳送，用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內(nèi)容[1]。由于視頻監(jiān)控對圖像的實時性要求比較高，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸時，需要重點考慮利用先進的流媒體傳輸技術(shù)解決網(wǎng)絡(luò)帶寬不足或者延遲引起的卡頓、延時現(xiàn)象。

4.2 系統(tǒng)功能

a）用戶管理功能 包括用戶分類、設(shè)備權(quán)限管理、權(quán)限設(shè)定等。

b）錄像管理功能 包括呂梁計劃配置、添加、刪除、指定存儲類型與碼流類型等。

c）日志管理功能 包括操作記錄與查詢、行為審計等。

d）系統(tǒng)參數(shù)管理 包括校時參數(shù)、圖片保存、模糊查詢、記錄保存時間等。

e）實時監(jiān)控功能 包括實時視頻預(yù)覽、視頻抓錄、多畫面分割預(yù)覽等。

4.3 終端監(jiān)控畫面

終端監(jiān)控部分畫面如圖6、圖7所示。

圖6 登陸畫面

圖7 監(jiān)控畫面

5 結(jié)語

通過對省道平長線監(jiān)控系統(tǒng)總體功能設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)的規(guī)劃及設(shè)計，各種設(shè)備控制方式及接口分析，突發(fā)應(yīng)急情況預(yù)案研究，采用移動互聯(lián)網(wǎng)（4G）或者Wifi技術(shù)實現(xiàn)了多終端的隧道監(jiān)控系統(tǒng)，并已成功應(yīng)用，結(jié)果表明：該監(jiān)控系統(tǒng)自動化程度高，靈活方便，安全可靠，提高了省干線管理的信息化、智能化水平，提升了國道省干線綜合服務(wù)水平及道路突發(fā)、應(yīng)急事件處理效率。

a）管理人員、運營人員能夠?qū)崿F(xiàn)隨時隨地調(diào)取路段所有實時監(jiān)控視頻，更加靈活、方便、高效地提高突發(fā)、應(yīng)急事件處理效率。

b）終端軟件實現(xiàn)視頻的單路播放、多路播放、視頻抓拍、錄像等功能，用于施工現(xiàn)場管理、應(yīng)急事件處理等場景，提高處理問題效率。

c）管理后臺軟件提供全面的擴充功能，為跨區(qū)域乃至在省際范圍內(nèi)實現(xiàn)高速公路管理信息化、智能化打好基礎(chǔ)。