【摘要】? ? 高速公路隧道監(jiān)控作為重要管理內(nèi)容，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效的運(yùn)行管理，需合理構(gòu)建機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)。文章以高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)為切入點(diǎn)，要求系統(tǒng)能夠自動(dòng)化傳輸數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)化監(jiān)控環(huán)境、自動(dòng)化開(kāi)展辦公、全天化落實(shí)稽查，以此為基礎(chǔ)，提出機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成要素，結(jié)合實(shí)際案例選擇監(jiān)控模式，從而為相關(guān)工作者提供參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 高速公路? ? 機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)? ? 隧道監(jiān)控模式

引言：

現(xiàn)代科技發(fā)展下，技術(shù)的融合與創(chuàng)新為高速公路智能化監(jiān)控提供了基礎(chǔ)。隧道是高速公路關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有效節(jié)約用地、減少道路距離，以此緩解交通壓力，內(nèi)部卻由于處于地下，周?chē)^為封閉，導(dǎo)致內(nèi)部光線(xiàn)強(qiáng)度差，環(huán)境較為單調(diào)，加上空間密閉易產(chǎn)生嚴(yán)重交通事故。因此，高速公路隧道應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)用機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)，合理應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、信息處理技術(shù)，集成龐大信息模塊，協(xié)調(diào)多方面工作，從而維護(hù)公路質(zhì)量，確保車(chē)輛行駛安全。

一、高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)

高速公路隧道作為高速公路建設(shè)、施工及管理控制對(duì)象，應(yīng)結(jié)合《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，明確設(shè)備配置需求，經(jīng)過(guò)測(cè)量隧道長(zhǎng)度，預(yù)測(cè)隧道車(chē)輛年平均交通量，確定設(shè)計(jì)年度等各種因素，計(jì)算隧道監(jiān)控等級(jí)。為保證隧道監(jiān)控效果，功能特點(diǎn)要求如下：

1.數(shù)據(jù)自動(dòng)化傳輸。在科技發(fā)展下，監(jiān)控系統(tǒng)也需做到信息化管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息自動(dòng)傳輸，輸送至監(jiān)控中心，人員即可遠(yuǎn)程控制，推動(dòng)系統(tǒng)向集成化、智能化方向發(fā)展。

2.環(huán)境實(shí)時(shí)化監(jiān)控。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過(guò)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)控的方式，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，有關(guān)部門(mén)即可通過(guò)定時(shí)觀察采集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)機(jī)電監(jiān)控參數(shù)異常，采取有效措施，預(yù)防發(fā)生安全事故，保證隧道正常運(yùn)行。

3.人員自動(dòng)化辦公。監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化辦公，立足于處理信息系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，連接OA自動(dòng)化辦公系統(tǒng)，能夠自動(dòng)處理、存儲(chǔ)傳輸數(shù)據(jù)，提高工作效率。

4.稽查全天化落實(shí)。機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)安裝后，能夠?qū)崿F(xiàn)全天化稽查，全面記錄通過(guò)隧道的車(chē)輛信息、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、發(fā)生事故幾率等，保證資料記錄全面系統(tǒng)，滿(mǎn)足收費(fèi)稽查需求，實(shí)現(xiàn)正常工作。

二、高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)組成

（1）設(shè)備布設(shè)

監(jiān)控系統(tǒng)中，外場(chǎng)設(shè)備采取核心微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)處理、發(fā)送及收集整理數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析后，下達(dá)命令至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，由監(jiān)控站負(fù)責(zé)提出指令要求，根據(jù)交通量、隧道長(zhǎng)度等確定工程等級(jí)，按照工程等級(jí)，確定外場(chǎng)設(shè)備情況，強(qiáng)化隧道監(jiān)控，以此完成照明、交通誘導(dǎo)、通風(fēng)等要素的控制，增強(qiáng)隧道處理事故能力。布設(shè)內(nèi)容如下：

1.隧道進(jìn)、出口安裝變焦彩色攝像機(jī)，監(jiān)視隧道交通情況，內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)定焦攝像機(jī)，控制間距在150m內(nèi)。

2.隧道的緊急停車(chē)帶、洞口等部位，設(shè)置控制燈、情報(bào)板、信號(hào)燈等，保證車(chē)輛進(jìn)入洞口前能夠有所準(zhǔn)備。

3.隧道外設(shè)置攝像機(jī)、雷達(dá)測(cè)速探頭，內(nèi)部則安裝控制器、噪聲監(jiān)測(cè)儀，對(duì)隧道內(nèi)車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控。

4.隧道內(nèi)合理配置風(fēng)向風(fēng)速儀、CO/VI檢測(cè)儀，借此檢測(cè)隧道風(fēng)向、風(fēng)速及各種煙霧、煙氣濃度，合理開(kāi)啟、協(xié)調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，強(qiáng)化內(nèi)部管控。

5.隧道洞口位置安裝光強(qiáng)檢測(cè)儀，自動(dòng)控制照明。

6.隧道內(nèi)部、變電所安裝控制器、監(jiān)控設(shè)備等，采取光纖以太網(wǎng)模式，光纖100M能將內(nèi)部控制器和以太網(wǎng)交換機(jī)有效連接，構(gòu)建光纖環(huán)網(wǎng)，且將控制器、繼電器等備件放置于控制柜，控制柜則安裝在密集設(shè)備區(qū)，便于監(jiān)控人員能夠?qū)υO(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)確收集，了解現(xiàn)場(chǎng)情況。

7.洞口、內(nèi)部均安裝緊急電話(huà)線(xiàn)、廣播設(shè)備，通過(guò)兩者便于隧道內(nèi)車(chē)輛出現(xiàn)問(wèn)題后，人員能夠及時(shí)通過(guò)電話(huà)系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，監(jiān)控站人員也可通過(guò)廣播做好指揮工作，發(fā)出警告燈，設(shè)置緊急電話(huà)位置，安裝指示牌。

8.隧道行人橫洞、行車(chē)橫洞、緊急停車(chē)帶均要設(shè)置表示，利用光電標(biāo)志，便于駕駛?cè)藛T辨別。

（二）系統(tǒng)構(gòu)成

1.可變情報(bào)板顯示系統(tǒng)

監(jiān)控中心安排人員負(fù)責(zé)24小時(shí)管理，實(shí)時(shí)查看隧道內(nèi)監(jiān)控錄像、數(shù)據(jù)等，編輯交通信息，運(yùn)營(yíng)指令、路面情況，做好信息播放及緩存工作，監(jiān)控人員結(jié)合實(shí)際，確定信息顯示時(shí)間及順序，且屏幕能夠根據(jù)環(huán)境，對(duì)亮度自動(dòng)調(diào)整。

2.行車(chē)調(diào)度系統(tǒng)

為引導(dǎo)和控制隧道過(guò)往汽車(chē)，確保隧道行車(chē)暢通安全，隧道內(nèi)設(shè)置調(diào)度系統(tǒng)，便于人員進(jìn)行監(jiān)控，確保內(nèi)部發(fā)生事故、火災(zāi)等災(zāi)害后，能夠按照火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案的設(shè)置自動(dòng)執(zhí)行，隧道內(nèi)業(yè)開(kāi)啟控制機(jī)，轉(zhuǎn)換信號(hào)指示燈，提示其他車(chē)輛禁止通行，入口處也做好障礙設(shè)置，避免后續(xù)車(chē)輛不清楚情況隨意進(jìn)入。

3.通風(fēng)照明系統(tǒng)

隧道內(nèi)部由于封閉性高，車(chē)輛行駛中也會(huì)排放有害氣體，對(duì)于環(huán)境會(huì)造成污染，特別是長(zhǎng)大隧道，要求做好管控工作，保證隧道即便長(zhǎng)期運(yùn)行，也能維系內(nèi)部安全，安裝控制、通風(fēng)系統(tǒng)。其中，通風(fēng)系統(tǒng)可對(duì)內(nèi)部風(fēng)機(jī)、照明、應(yīng)急照明燈等設(shè)備加以控制，由于照明及風(fēng)機(jī)設(shè)備能耗高，需減少開(kāi)啟時(shí)間，結(jié)合情況確定開(kāi)啟組數(shù)等，節(jié)省運(yùn)營(yíng)和投資成本，產(chǎn)生火災(zāi)后，還要做好內(nèi)部空氣控制工作，開(kāi)啟通風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等壓制火勢(shì)，便于人員撲滅火災(zāi)。并且，通風(fēng)系統(tǒng)擁有手動(dòng)、自動(dòng)模式，計(jì)算機(jī)為人員提供數(shù)據(jù)參數(shù)后，人員分析難度高，加上流程復(fù)雜，多以自動(dòng)為主，設(shè)置在隧道管理中心，發(fā)生災(zāi)害后結(jié)合車(chē)輛及火情情況，根據(jù)模型生成控制通風(fēng)方案，控制隧道開(kāi)啟風(fēng)機(jī)的通風(fēng)方向，照明系統(tǒng)則負(fù)責(zé)引導(dǎo)、協(xié)助疏散人員。監(jiān)控人員可通過(guò)洞口視頻觀察控制開(kāi)關(guān)洞口照明燈，由于通風(fēng)是確保車(chē)輛行駛安全的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)和交通、環(huán)境、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，如表1所示。

隧道監(jiān)控平臺(tái)選用風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器、CO檢測(cè)儀及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)判斷是否發(fā)生火災(zāi)，監(jiān)控人員結(jié)合實(shí)際情況啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，為保護(hù)設(shè)備，風(fēng)機(jī)需設(shè)置延時(shí)啟動(dòng)，同組風(fēng)機(jī)延時(shí)20s，轉(zhuǎn)換延遲為5min。

4.隧道緊急電話(huà)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是用于隧道產(chǎn)生交通事故后，便于駕駛?cè)嘶蛑車(chē)藛T通過(guò)系統(tǒng)，撥打緊急電話(huà)尋求援助，也是收集事故、車(chē)輛故障、監(jiān)控運(yùn)行的重要設(shè)備，隧道內(nèi)200m安裝1個(gè)緊急電話(huà)，隧道出入口10m位置安裝緊急電話(huà)。設(shè)備分別是：緊急電話(huà)控制臺(tái)，包含計(jì)算機(jī)、管理軟件、打印機(jī)、主控制器等，控制臺(tái)有2個(gè)RS232串行接口，以此連接計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)可傳輸數(shù)據(jù)至監(jiān)控中心，中心人員即可根據(jù)電話(huà)控制臺(tái)完成協(xié)調(diào)指揮、互相通信，緊急電話(huà)通話(huà)柱負(fù)責(zé)管理和接收控制中心呼叫，能夠定時(shí)和隧道電話(huà)聯(lián)絡(luò)，檢測(cè)電話(huà)狀態(tài)，發(fā)生故障及時(shí)告警。

5.火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)在洞口變電所安裝報(bào)警機(jī)器，內(nèi)部隧道設(shè)置感光探測(cè)器、報(bào)警按鈕及聲光報(bào)警器，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后，人員即可利用報(bào)警設(shè)備，通過(guò)總線(xiàn)連接報(bào)警機(jī)器方式，設(shè)置獨(dú)立報(bào)警回路，能夠立即報(bào)警?；馂?zāi)報(bào)警主機(jī)的數(shù)據(jù)通過(guò)區(qū)域控制器+工業(yè)以太網(wǎng)的方式作為冗余網(wǎng)絡(luò)接入上級(jí)管理所火災(zāi)報(bào)警平臺(tái)，火災(zāi)報(bào)警平臺(tái)程序能顯示報(bào)警位置并與閉路電視系統(tǒng)形成聯(lián)動(dòng)，監(jiān)控畫(huà)面將強(qiáng)行向火災(zāi)報(bào)警位置切換，由監(jiān)控人員負(fù)責(zé)確認(rèn)后，執(zhí)行信號(hào)燈、照明等流程，做好隧道內(nèi)調(diào)度。

6.閉路電視系統(tǒng)

高速公路隧道視頻系統(tǒng)功能，每隔150m設(shè)置一臺(tái)彩色固定攝像機(jī)，能夠?qū)λ淼罒o(wú)盲區(qū)、連續(xù)監(jiān)視，各車(chē)行橫洞及緊急停車(chē)帶設(shè)置1臺(tái)變焦球型攝像機(jī)，可監(jiān)視車(chē)輛、交通運(yùn)行情況，設(shè)置激光夜視攝像機(jī)，便于確認(rèn)異常事件，以人工智能深度學(xué)習(xí)為核心，建立視頻檢測(cè)計(jì)算機(jī)，發(fā)生交通事故后，能夠自動(dòng)分析檢測(cè)進(jìn)行報(bào)警。還能和千兆環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)連接，每個(gè)變電所配制4個(gè)夜視攝像機(jī)與1臺(tái)工業(yè)網(wǎng)交換機(jī)，傳輸數(shù)據(jù)后顯示在2×11寸液晶屏幕上，輪番巡視緊急停車(chē)帶、人行橫通道、隧道洞口，將視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，磁盤(pán)容量根據(jù)30天存儲(chǔ)需求配置。

（三）數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)

高速公路監(jiān)控中包含諸多機(jī)電設(shè)備，有交通信號(hào)燈、情報(bào)板、車(chē)道指示器、車(chē)檢器等，確保設(shè)備可發(fā)揮作用，通過(guò)情報(bào)板將文字展現(xiàn)出來(lái)，為駕駛者提供前方救援、路況內(nèi)容;車(chē)檢器則能夠根據(jù)微波原理，對(duì)車(chē)流量、車(chē)速完成測(cè)量，為后續(xù)規(guī)劃提供測(cè)數(shù)據(jù)，車(chē)道指示器能夠引導(dǎo)司機(jī)選擇行車(chē)道，判斷隧道車(chē)道通行，以免發(fā)生事故或擁堵。此類(lèi)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行階段具有唯一狀態(tài)參數(shù)，隧道管理站及監(jiān)控軟件需對(duì)設(shè)備運(yùn)行及時(shí)更新，記錄好設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、操作指令等，做好數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)工作，可控設(shè)備狀態(tài)若有人員干預(yù)，還能將其記錄于日志內(nèi)。設(shè)備錄入下，可通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)收集環(huán)境數(shù)據(jù)，也能實(shí)時(shí)展示數(shù)據(jù)變化，錄入新數(shù)據(jù)，根據(jù)要求完成數(shù)據(jù)保存工作，為人員查詢(xún)、使用提供支持。

數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)可分為4級(jí)，分為中心路段、管理站、省中心、區(qū)域中心，確保級(jí)聯(lián)之間能夠暢通交流，傳輸數(shù)據(jù)做到資源共享，文本格式統(tǒng)一劃分，達(dá)到數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)效果，僅能實(shí)現(xiàn)上下級(jí)數(shù)據(jù)輸送，無(wú)法跨級(jí)傳輸。在數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)中，設(shè)備監(jiān)控中，文本格式選用xml，信息均存儲(chǔ)于xml字符串之中，經(jīng)過(guò)中間件將收集信息統(tǒng)一發(fā)送，且選用GBK編碼字符串，根節(jié)點(diǎn)選用MsgPackage，內(nèi)容包含return State、sub Package、head、identity 4個(gè)子節(jié)點(diǎn)，identity可以存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)符號(hào)，涵蓋源地址代碼、目標(biāo)地址代碼等，確定接受和發(fā)送對(duì)象屬性;sub Package可儲(chǔ)存數(shù)據(jù)內(nèi)容;head可以存儲(chǔ)各類(lèi)型數(shù)據(jù)信息，涵蓋業(yè)務(wù)編碼、時(shí)間等;return State可以存儲(chǔ)主機(jī)反饋內(nèi)容，包含未知錯(cuò)誤、接受信息、解析失敗等數(shù)據(jù)，無(wú)反饋則是空。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備管理中，能夠通過(guò)數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)確定數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)，結(jié)合及聯(lián)系分析，做好設(shè)備信息整理工作，按照字段標(biāo)準(zhǔn)格式完成匯總，上報(bào)至系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

三、高速公路隧道監(jiān)控模式

（一）常規(guī)監(jiān)控

高速公路隧道監(jiān)控中，選用常規(guī)監(jiān)控模式，以就地監(jiān)控的方式，出入口作為監(jiān)控站建設(shè)的主要地點(diǎn)，能夠及時(shí)了解隧道情況。數(shù)據(jù)傳輸中，分支信息能夠報(bào)送信息至監(jiān)控系統(tǒng)，人員可隨時(shí)錄入信息，及時(shí)上傳，系統(tǒng)內(nèi)部有光交換機(jī)、光纖自愈環(huán)、安裝于高清槍機(jī)與車(chē)輛檢測(cè)器中，確保準(zhǔn)確、完整的掌握車(chē)輛信息。車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)安裝中，內(nèi)部構(gòu)件以車(chē)輛檢測(cè)器為主，人員可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道具體位置。

（二）中心監(jiān)控

監(jiān)控系統(tǒng)采取中心監(jiān)控，是將隧道、道路、收費(fèi)等系統(tǒng)集成建設(shè)，有利于人員集中管理，做好道路監(jiān)控、隧道管控調(diào)度等工作，為合建工作形勢(shì)，由于管理復(fù)雜，很少實(shí)際應(yīng)用。建立監(jiān)控站處于收費(fèi)站內(nèi)，人員需嚴(yán)格落實(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，核查安裝位置，嚴(yán)謹(jǐn)工作通道與房間尺寸，保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，安裝采取走下線(xiàn)模式，完成安裝開(kāi)展試運(yùn)行，保證收費(fèi)站運(yùn)轉(zhuǎn)正常。人員監(jiān)控道路中，收費(fèi)站顯示屏?xí)蟼鲌D像、數(shù)據(jù)至監(jiān)控中心，轉(zhuǎn)化至監(jiān)控系統(tǒng)電視墻，以了解收費(fèi)站進(jìn)出車(chē)輛。

（三）分中心集群

公路隧道數(shù)量的增加，選用分中心集群模式，可擴(kuò)大使用系統(tǒng)范圍，外部設(shè)備如攝像機(jī)、傳感器、檢測(cè)設(shè)備等，能夠連接各隧道內(nèi)部情況采集信息，通過(guò)控制器匯總數(shù)據(jù)至監(jiān)控分中心，管理者即可根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容，分析現(xiàn)場(chǎng)故障、運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的指揮調(diào)度。監(jiān)控中心內(nèi)部有諸多網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，人員帶有數(shù)字鍵盤(pán)、對(duì)講機(jī)，系統(tǒng)配置傳輸器、報(bào)警器、顯示屏等，能夠隨時(shí)觀察隧道路段情況，收集數(shù)據(jù)，發(fā)生安全問(wèn)題警報(bào)器將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，安排人員及時(shí)奔赴現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題。

（四）實(shí)踐案例

高速公路建設(shè)作為潛力大、深拓展的行業(yè)，建設(shè)周期長(zhǎng)，西部區(qū)域隧道集中地段，造價(jià)達(dá)到8500萬(wàn)元/km，隧道監(jiān)控與機(jī)電投資為4500萬(wàn)元，需優(yōu)化管理統(tǒng)一規(guī)劃。以南兩高速公路為例，連接內(nèi)環(huán)、二環(huán)高速公路階段，沿途隧道有6座，2座隧道長(zhǎng)4000m以上，設(shè)計(jì)階段規(guī)劃隧道監(jiān)控、供配電、消防，便于集中統(tǒng)一調(diào)度。為保證投資相等下選擇最佳設(shè)備技術(shù)，分析各監(jiān)控模式優(yōu)缺點(diǎn)，如表2所示。

該工程采取中心監(jiān)控模式，相同投資下能夠優(yōu)化設(shè)備與技術(shù)，組網(wǎng)采用重慶IP地址規(guī)劃，以VLAN方式互通收費(fèi)、數(shù)據(jù)及監(jiān)控視頻，增加RS232數(shù)據(jù)通道，每個(gè)手報(bào)器與煙感器均分配相應(yīng)IP地址，便于準(zhǔn)確報(bào)警，及時(shí)處理。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高速公路隧道作為施工、管理及建設(shè)重要控制對(duì)象，為確保正常運(yùn)行高速公路，需做好隧道監(jiān)控工作。因此，隧道監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，從設(shè)備布設(shè)、系統(tǒng)構(gòu)成這兩方面出發(fā)，保證符合系統(tǒng)功能需求，選擇恰當(dāng)監(jiān)控模式，從而實(shí)現(xiàn)隧道機(jī)電設(shè)備的一體化管理監(jiān)測(cè)，提高高速公路隧道服務(wù)與管理水平。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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孫欽飛（1991.07-），男，苗族，貴州銅仁，本科， 中級(jí)工程師，研究方向：高速公路機(jī)電工程（三大系統(tǒng)、隧道機(jī)電）。