周晗庚

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司莆田管理分公司機(jī)電維護(hù)中心，福建莆田 351100）

0 引言

公路隧道作為交通運(yùn)輸工程的重要組成部分，具有成本投入較大、使用周期較長(zhǎng)等特點(diǎn)。為了確保公路隧道工程的安全運(yùn)營(yíng)，減少外界因素對(duì)隧道的影響，需加強(qiáng)公路隧道智能化監(jiān)控，同時(shí)需要做好交通安全管理，為公眾的出行提供保障，同時(shí)可以積累相應(yīng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)的健康發(fā)展。

1 建立公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)的意義

總結(jié)以往應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可以得知，建立公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)的意義如下：

其一，降低隧道事故帶來(lái)的損害，通過(guò)在隧道內(nèi)設(shè)置安裝設(shè)施、建立智能化監(jiān)控系統(tǒng)，可以確保隧道內(nèi)發(fā)生交通事故或其他突發(fā)事件時(shí)，能夠第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警或者進(jìn)行自救，縮短事故救援時(shí)間間隔，同時(shí)可以第一時(shí)間提醒其他即將經(jīng)過(guò)隧道的車輛，避免二次傷害，最大限度地降低隧道事故帶來(lái)的損害。

其二，維持交通干線的正常運(yùn)行，交通事故具有較強(qiáng)的不可預(yù)見(jiàn)性，若不能及時(shí)處理這些事故，也會(huì)導(dǎo)致交通干線癱瘓。而智能化監(jiān)控與交通安全措施的應(yīng)用，可以根據(jù)以往歷史數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬，對(duì)于可能出現(xiàn)的事故類型、危害性展開科學(xué)性判斷，及時(shí)制定相應(yīng)的預(yù)防措施和應(yīng)急處理措施，最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)干線的正常運(yùn)行，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

2 公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)分布組成

2.1 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)作為整個(gè)智能化監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，主要是利用獲取數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷出隧道中的事故類型、危害性，隨后下達(dá)相應(yīng)指令，最大限度地降低事故帶來(lái)的負(fù)面影響。在系統(tǒng)的硬件設(shè)施中，主要包括中心控制服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、視頻工作站、電子數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)警主機(jī)、矩陣主機(jī)、電視墻等，而系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的子模塊如下：

其一，信息采集處理模塊，主要是對(duì)獲取到的隧道影像數(shù)據(jù)、煙塵濃度數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)等進(jìn)行系統(tǒng)化處理，在各類計(jì)算公式、智能化程序輔助下完成計(jì)算和分析，對(duì)比后判斷隧道目前的安全狀態(tài)。

其二，功能發(fā)布模塊，其主要功能是在獲取到數(shù)據(jù)整理結(jié)果后，利用隧道內(nèi)廣播、導(dǎo)航信息提示等途徑來(lái)傳遞相關(guān)信息，如提醒人員重新規(guī)劃路線、減速慢行等，減少二次傷害事故。

其三，遠(yuǎn)程控制，在總線控制技術(shù)輔助下，可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制方式來(lái)下達(dá)相關(guān)指令，還可以利用遠(yuǎn)程控制信號(hào)燈、廣播、指示牌等方式提示來(lái)往車輛，保證車輛行駛安全性。

其四，報(bào)表統(tǒng)計(jì)模塊，依據(jù)信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)對(duì)已整理的信息展開進(jìn)一步分析，基于不同分類標(biāo)準(zhǔn)完成數(shù)據(jù)整理，并匯總整理成不同報(bào)表，以提高所整理信息的使用價(jià)值。

2.2 設(shè)備控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要工作是利用傳感器數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷出隧道中設(shè)備工作情況，發(fā)現(xiàn)異常的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)后，會(huì)及時(shí)組織人員進(jìn)行檢修，也會(huì)向其他設(shè)備下達(dá)調(diào)節(jié)指令，暫時(shí)分擔(dān)故障設(shè)備工作內(nèi)容，維持隧道智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的完整性。此類系統(tǒng)在應(yīng)用中包含以下子模塊：

一是傳感器模塊，主要是對(duì)隧道設(shè)備電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)采集載體為各類傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、電壓傳感器等，這些數(shù)據(jù)在簡(jiǎn)單處理后會(huì)傳輸?shù)娇刂颇K中展開進(jìn)一步分析。

二是信息傳輸模塊，在總線控制技術(shù)輔助下，可以讓獲取數(shù)據(jù)在非常短時(shí)間內(nèi)，將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂颇K中展開處理，模塊設(shè)置的IP/TCP 協(xié)議可最大限度滿足不同格式數(shù)據(jù)傳輸，保證控制模塊中整理數(shù)據(jù)的完整性。

三是信息控制模塊，依據(jù)各類計(jì)算公式、智能化程序輔助下完成計(jì)算和分析，對(duì)比后判斷隧道攝像機(jī)、電視墻等設(shè)備目前的工作狀態(tài)，便于后續(xù)指令下達(dá)工作的進(jìn)行。

四是遠(yuǎn)程控制模塊，發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備后，利用遠(yuǎn)程控制的方式向其他設(shè)備下達(dá)相關(guān)指令，如攝影設(shè)備出現(xiàn)故障，會(huì)通過(guò)下達(dá)角度調(diào)節(jié)指令的方式，讓其他攝影設(shè)備暫時(shí)改變巡視范圍，以覆蓋之前攝影設(shè)備的工作區(qū)域，等待設(shè)備完成檢修后，再恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

五是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)模塊，依據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)來(lái)對(duì)已整理的設(shè)備監(jiān)控信息展開價(jià)值數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)歸類存儲(chǔ)、信息報(bào)表制作等工作，利于后續(xù)數(shù)據(jù)提取、查詢工作的順利推進(jìn)。

2.3 狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是基于獲取到的各類數(shù)據(jù)，對(duì)目前公路隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境安全性進(jìn)行判斷，利于應(yīng)急救援、災(zāi)害防治等活動(dòng)的高效展開，保證公路隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境的安全性。該系統(tǒng)的運(yùn)行模塊包含以下內(nèi)容：

一是數(shù)據(jù)采集模塊，主要工作內(nèi)容是對(duì)隧道運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度、煙塵濃度等）、隧道基礎(chǔ)環(huán)境（隧道頂板形變數(shù)據(jù)、隧道基礎(chǔ)沉降數(shù)據(jù)等）、車輛來(lái)往數(shù)據(jù)等內(nèi)容進(jìn)行采集，主要采集載體為各類傳感器和監(jiān)測(cè)器，以獲取完整的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

二是狀態(tài)評(píng)估模塊，依據(jù)各類計(jì)算程序、云計(jì)算技術(shù)、專家系統(tǒng)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，在對(duì)比分析相關(guān)數(shù)據(jù)后，可以科學(xué)判斷目前公路隧道運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，利于后續(xù)控制活動(dòng)的進(jìn)行。

三是遠(yuǎn)程控制模塊，發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題后，會(huì)利用遠(yuǎn)程控制的方式向其他設(shè)備、電視墻、電子指示牌、信號(hào)燈下達(dá)相應(yīng)指令，提醒來(lái)往車輛及時(shí)更換路線、提前放慢速度等，維持公路隧道環(huán)境運(yùn)行安全。

四是數(shù)據(jù)報(bào)表模塊，利用各類技術(shù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，以報(bào)表形式顯示事故發(fā)生頻率、發(fā)生位置等內(nèi)容，利于后續(xù)交通安全措施優(yōu)化與完善活動(dòng)的進(jìn)行。

2.4 故障預(yù)警系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是在系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題后，會(huì)在控制室、電子地圖上彈出警示窗口，同時(shí)會(huì)顯示故障位置、發(fā)生時(shí)間等內(nèi)容，利于后續(xù)應(yīng)急救援活動(dòng)的快速推進(jìn)。該系統(tǒng)的運(yùn)行模塊包含以下內(nèi)容：

一是故障響應(yīng)模塊，主要工作是在公路隧道出現(xiàn)異常情況后，故障預(yù)警系統(tǒng)會(huì)及時(shí)做出響應(yīng)，在控制室屏幕處持續(xù)閃爍預(yù)警窗口，并伴隨著警示聲來(lái)提示人員查看公路隧道內(nèi)情況，在經(jīng)過(guò)影像信息確認(rèn)后，將故障地點(diǎn)、時(shí)間等信息傳遞給行車用戶，提示其及時(shí)變道和變速，避免事故問(wèn)題的進(jìn)一步擴(kuò)大。

二是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊，利用信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)相關(guān)預(yù)警數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，做好相應(yīng)的屬性標(biāo)記工作，利于數(shù)據(jù)查詢活動(dòng)的進(jìn)行，同時(shí)也為系統(tǒng)升級(jí)與更新活動(dòng)的進(jìn)行提供可靠依據(jù)。

2.5 文檔生成系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要工作是對(duì)價(jià)值數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和記錄，為系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化完善提供可靠依據(jù)。在該系統(tǒng)的運(yùn)行中，所包含的運(yùn)行模塊如下：

一是數(shù)據(jù)整合模塊，主要是對(duì)公路隧道日常運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、分類、整合。在公路隧道每日運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生基數(shù)龐大的各類數(shù)據(jù)，多數(shù)數(shù)據(jù)的重復(fù)性較強(qiáng)，但是仍有極少部分的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，是判斷公路隧道工程運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵性參考?；跀?shù)據(jù)挖掘技術(shù)、信息技術(shù)對(duì)其進(jìn)行整理，能夠快速篩選出價(jià)值數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行填報(bào)分析與永久記錄[1]。

二是數(shù)據(jù)表報(bào)模塊，利用信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能化程序?qū)ο嚓P(guān)信息進(jìn)行整理，按照要求將其整理成報(bào)警記錄、操作記錄、日?qǐng)?bào)、年報(bào)、季報(bào)等，做好報(bào)表數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和整理，為系統(tǒng)升級(jí)與更新活動(dòng)的進(jìn)行提供可靠保障。

2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

除上述提到的應(yīng)用系統(tǒng)外，在智能化監(jiān)控系統(tǒng)中還會(huì)設(shè)置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，此系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是對(duì)價(jià)值數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類、整合，使其可以作為系統(tǒng)不斷完善與優(yōu)化的重要參考。該系統(tǒng)包含的模塊如下：

其一，數(shù)據(jù)整合模塊，主要是整理公路隧道工程的日常運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，按照時(shí)間線、類別對(duì)其進(jìn)行整理，隨后也會(huì)在智能化技術(shù)輔助下完成價(jià)值數(shù)據(jù)提取、分類、整合等工作。在數(shù)據(jù)整合時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)整理出實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖，利于公路隧道交通安全管理活動(dòng)的有序進(jìn)行。

其二，模擬演練模塊，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)建立訓(xùn)練集，在訓(xùn)練集當(dāng)中也包含各類數(shù)據(jù)，利用機(jī)器人深度學(xué)習(xí)算法整理相關(guān)數(shù)據(jù)，不斷提升系統(tǒng)的智能化水平。而且基于智能化模塊還可以模擬不同交通流量下隧道內(nèi)參數(shù)變化情況，從而幫助相關(guān)人員及時(shí)擬定相匹配處理措施，以提高公路隧道工程運(yùn)行過(guò)程的安全性，延長(zhǎng)公路隧道工程的使用壽命[2]。

3 公路隧道交通安全措施

3.1 防火救援設(shè)計(jì)

在防火救援設(shè)計(jì)活動(dòng)中，其包含的相關(guān)內(nèi)容如下：

3.1.1 耐火極限設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：

其一，頂部耐火極限值設(shè)計(jì)，隧道內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)會(huì)讓溫度急劇上升，最高可達(dá)1000℃以上，此情況下隧道內(nèi)混凝土很容易出現(xiàn)崩落現(xiàn)象。基于此，需要做好頂部耐火極限的提升工作，將耐火極限延長(zhǎng)至兩小時(shí)以上，為救援活動(dòng)的進(jìn)行預(yù)留足夠時(shí)間。

其二，墻面耐火極限，為保護(hù)裝飾墻內(nèi)的管道和電纜，需要在前期施工時(shí)選擇瓷磚或鋁合金板等不易燃材料進(jìn)行裝飾，同時(shí)會(huì)在中間填充硅酸鋁、石棉板等材料，使墻面可在兩小時(shí)內(nèi)可維持不超過(guò)100℃的狀態(tài)。

其三，排風(fēng)道的耐火極限設(shè)計(jì)，選材時(shí)要注意不能選用一些易燃材料來(lái)作為排風(fēng)道的內(nèi)襯使用，應(yīng)該選用一些不燃的材料，比如石膏板玻璃棉等，以提升該結(jié)構(gòu)的防火性能[3]。

3.1.2 防火分區(qū)劃分，防火區(qū)段的劃分應(yīng)該從火災(zāi)排煙、經(jīng)濟(jì)合理著手進(jìn)行考慮。目前，規(guī)范建議的防火區(qū)段長(zhǎng)度是1000m。而從實(shí)際作業(yè)情況來(lái)看，為了確保消防管道和消防器材布設(shè)的便捷，防火區(qū)段一般與橫通道對(duì)應(yīng)，建立安全可靠的公路隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境。

3.2 洞口增減光設(shè)施設(shè)計(jì)

公路隧道的洞內(nèi)和洞外存在很大的光線反差，從而對(duì)駕駛員視線帶來(lái)較大干擾，使隧道出入口成為事故高發(fā)區(qū)域。基于此，在安全交通措施的擬定中，也需要做好洞口增減光設(shè)施設(shè)計(jì)，改善公路隧道出入口的視線環(huán)境。目前經(jīng)常使用到的減光設(shè)施如下：

一是設(shè)置遮陽(yáng)棚，其主要作用是可以遮擋陽(yáng)光直射在洞口位置，減弱路面的反光效果，以達(dá)到相應(yīng)的減光目的。在具體的設(shè)計(jì)中，遮陽(yáng)棚的尺寸、鋪設(shè)間隔、傾斜角度等內(nèi)容，需要參考當(dāng)?shù)氐奶?yáng)高度角展開設(shè)計(jì)，以提高遮陽(yáng)棚的應(yīng)用效果[4]。

二是種植減光植被，在公路隧道洞外道路兩側(cè)種植高大樹木，距離洞口越近，其栽種密度越高，在緩解人員心理壓抑感的同時(shí)，可以減少陽(yáng)光直射。具體種植活動(dòng)中，多選擇養(yǎng)護(hù)成本較低、吸光能力強(qiáng)的植物進(jìn)行作業(yè)。

3.3 隧道內(nèi)裝設(shè)計(jì)

為了提高行車過(guò)程的安全性，需要隧道側(cè)壁亮度可以長(zhǎng)期維持正常應(yīng)用狀態(tài)，基于此，進(jìn)行內(nèi)裝材料選擇時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)墻面反射率來(lái)改善亮度，即在內(nèi)裝材料選擇時(shí)，會(huì)優(yōu)選光亮度較高的材料，以達(dá)到良好的亮度效果。同時(shí)考慮到隧道環(huán)境封閉性較強(qiáng)，并且具有較大回聲，增加了隧道運(yùn)行期間的噪聲。因此，在內(nèi)裝材料選擇中，也需要優(yōu)選吸聲良好、防反射材料再進(jìn)行內(nèi)裝。例如，某些公路隧道工程在前期裝修施工時(shí)，會(huì)使用石棉網(wǎng)板或空心板作為頂棚裝飾，在保證噪聲吸收率的同時(shí)，能夠有效降低系統(tǒng)噪聲，以降低外部聲音對(duì)于駕駛員的干擾，營(yíng)造安全的行車環(huán)境[5]。

另外，在內(nèi)裝過(guò)程中，還需要考慮材料的耐久性，減少后期維修養(yǎng)護(hù)成本支出量，同時(shí)能夠維持公路隧道交通環(huán)境的通暢性，保證車輛的正常運(yùn)行。

3.4 隧道運(yùn)營(yíng)管理

除上述提到的相關(guān)內(nèi)容外，在交通安全管理活動(dòng)中，也需要做好隧道運(yùn)營(yíng)管理工作，這也是降低隧道工程安全事故發(fā)生概率的重要保障。在具體實(shí)踐中需注意以下內(nèi)容：

第一，行車方式管理，隧道內(nèi)車道分隔線為實(shí)線，不允許隨意超車和變道。如果出現(xiàn)事故占用車道的情況，可以通過(guò)改變道路上信號(hào)指示提醒車輛改變行駛車道，避免隧道內(nèi)車輛擁堵問(wèn)題。同時(shí)間隔布置緊急停車帶，營(yíng)造安全車輛運(yùn)營(yíng)環(huán)境[6]。

第二，行車速度和行車間距管理，通過(guò)降低行車速度、加大行車間距等方式來(lái)保證公路隧道交通運(yùn)行環(huán)境的安全性。同時(shí)，會(huì)在隧道入口、路線醒目位置布置警示標(biāo)志，提示駕駛員提前降速，以保證車輛行駛速度的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)的專業(yè)性和復(fù)雜性，對(duì)今后隧道運(yùn)營(yíng)情況監(jiān)控及維護(hù)有著明顯的促進(jìn)作用。因此，相關(guān)運(yùn)營(yíng)部門需要不斷對(duì)公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，加強(qiáng)公路隧道交通安全管理，以此來(lái)降低后期維護(hù)管理成本的投入，更好地發(fā)揮出高速公路隧道的功能和效用。