公路隧道智能化监控系统设计方案

公路隧道智能化监控系统概述随着我国交通工程建设和交通事业的发展，我国所建交通隧道的里程得到了迅速延长，由于不断增长的交通流量和路况改善以及运输物品的复杂性，增加了交通隧道的火灾和隧道污染等的风险，引发了不少严重的灾难性事故，尤其是火灾事故，它不仅严重威胁到人的生命和财产安全，而且对交通设施、人类的生产活动造成巨大的损坏。隧道的智能化监控显得越来越重要。随着计算机技术、图像处理技术、通讯技术、控制技术的发展，以太网技术和总线技术突破了原有的技术瓶颈，为公路隧道的智能化监控提供了一个行之有效的最佳解决途径，它满足了社会经济发展与人们文明生活的高标准的要求，为人类的出行创造了一个安全、方便、快捷、舒适、经济、高效的交通与生活环境。隧道智能化监控系统隧道智能化监控系统采用分级管理的模式，通过建立多平台，多系统下的统一管理平台，实现对所有系统内的分监控中心或各本地监控主机及监控设备进行统一有序的协调、管理。而各分监控中心在服从总监控中心调度指挥的同时，也在自己职能范围内管理和调度其所管辖各隧道内的监控设备，从而达到集中与分散相结合的多级用户管理模式。隧道智能化监控系统主要包括：隧道内实时视频监控、车流量、流速检测、变配电参数检测、火灾自动报警、照明、通风、紧急电话、环境监测、交通控制等子系统。其中隧道网络视频监控系统的建立可实时隧道内交通流量和交通运行的监视，对关键路段实施交通适时控制，及时发现各种异常情况并采取应急措施，以确保隧道高速、安全、舒适、经济地运营。隧道智能化监控系统构架图：隧道智能化监控系统架图1隧道广播系统图22.1中央控制中心：中央监控中心是整个隧道智能化监控系统的核心，由中心服务器、网络交换机、视频工作站、电子地图/报警主机/数字矩阵主机、电视墙等组成，其功能主要包括：信息采集功能、信息处理与发布功能、控制功能、告警处理功能、报表统计与打印功能、查询功能、自动数据备份和系统恢复功能、自动后备功能、联网功能及网络管理等功能。实现对隧道引道区、隧道区及出入口区的信号灯、可变情报板、综合交通信息板、限速信号板、火灾自动报警、应急广播等的控制功能，达到分流、启闭车道、引导车辆改道等作用，对车辆的运行实施动态管理和控制。系统控制模式控制是实现隧道监控系统目的的根本手段。从系统结构考虑，系统控制应从集散式控制系统逐步发展为现场控制，从而提高系统的可靠性、维护操作的方便性与降低工程造价，应用现场总线技术，由FCS（无中心控制）代替现在的DCS（集散式控制）和PLC（可编程控制）是发展的必然趋势；现场总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，近年来得到了迅猛的发展和应用，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点，在隧道智能化监控中得到了广泛的应用。目前所应用的现场总线来看，模块化分布式控制系统，主要分为三个系列：（1）基于以太网和Modbus通讯协议的Openline系列；（2）基于Optomux和Modbus通讯协议的MicroDAC,OpenDAC,OpenLT系列；（3）基于现场总线Lonworks,Device,Profibus的Microlon,DacNet系列。系统网络结构形式魄为确保隧道未智能化艳监控系统的安膨全和高可靠性野，应采用自愈洋环碍网辞拓朴结构形式活，轮自愈环曾网框拓朴验结构咳优点突出，如岸果在环韵网辽的某处发生断使路，它将叛自动刘重新配置网络些使通讯得以继洲续。塌2.1.甘3呀思设备控制：、腊根据隧道内外组的交通状况、灰天气状况堤、车流情况，鸣对隧道内各交雀通控制设备进润行远程控制，纳通过中央控制择中心锄传送到旋现场慰的凡PLC数；顾现场招的钞PL仇C弦根据中央控制霸中心的操作指剥令非行各种操作命姿令逢，将卷操作信息强实时疫返回给栋中央控制中心腐。暖同时，氧各堡现场莲PL轮C剑控制单元洞应顾能根据隧道内悉的交通状况对叠整个系统进行刚控制。当某怜一漆PL回C考控制单元在进披行控制时，其顿它毅PL程C翠控制单元能监恼测到剂它的信息选，并作出相应舞的处理，同时焰，能境显示具体哪拨个德PL猫C香控制单元在进希行控制。矮设备控制还包必括通信、广播岗、消防等设备耗的监控。贴2.1.钳4养状态监视傍在喉中央控制中心徒的显示器上扁，黑通过电子地图旦，直观反应出牺隧道内的构图像资造料，慢实时坐显示出隧道内励所有交通控制碍设备象、消防设备、怪通风设备、变希配电设备喂的蚊工作梯状态访和扣隧道内交通状宏况的画面。段2.1.恋5罚故障报警级在系统检测到化故障信息后散应能腰立即弹出故障罢窗口，以闪烁必的方式售在电子地图上僻显示出相应的伐故障信息、故表障点和故障时梁间；同时，自写动将该故障信首息存入故障信仗息数据库。坚2.1.币6总文档生成教对系统内各项戴信息进行归纳糖、分析和整理旦，并生成所需尤的各旁种劫报表，如操作扰记录，报警记适录，输日洁报、月报段、季报赠和年报等。好2.1.骄7脊数据统计与分哑析牛对湾系统内测量的挪模拟信息记录小到模拟量历史焰数据库中，同说时根据用户的饭需要，将记录啦在数据库中的泽数据信息进行课统计与分析，件以生成实时趋条势图和历史趋贸势图。络2.2P恶L卫C眠控制技术叠PL孙C俱是实现整个隧尽道智能化监控路的最关键设备泪之一，通过设程在隧道内的牢工业控制以太拿光纤环网，将地现场统的应PLC镇蔑直接连接到该都网络上，相利烤用胶PL巩C炒网络技术来实僻现分布式采样咽，即在被控点覆附近设置采样智单元，就近完葡成被控点的状巡态采样和控制宾输出，完成该拆采样单元内部利各控制信号的暂互锁；即在各统采样单元之间损，通过工业控锯制告以太萍网络遍进行贡通讯，财实现再相互弦协调族、戴相互目控制沃的功能汉；各采样单元锣可独立责组成下位机系紧统爹，半实现对隧道内燥设备、交通状谦况的监控。辛2.辫3聋绸视频检测功能挥通过隧道内视到频监控系统的夸摄像机所产生睁的监控信号，好实施数字化处都理并通过数学喷模型运算，过字滤出事故报警桐；从而实现对若隧道内交通的告实时监控、事狠后分析、检测艘报警（如拥堵伪、逆行、弃物挂及停止等）、凡交通测量（流唤量、占有率、社平均速度等）葡。谷视频车辆检测婶器贿应皇具有检测视频局图像中每一车枝道和同一行驶丰方向上所通过晓的车流量、瞬社时速度、车头诉时距、道路占半有率讯、漆车辆长度识别阻、检测区域宽登度妇等功能。冰2.骗4磨岔闭路电视监控氧系统机闭路电视监控膀主要用于控制蒙中心值班员监翅视隧道内的实佩时交通情况，它辅助值班员指趴挥行车。在发免生灾情时，及不时了解现场的普灾害和乘客疏余散情况。水2.谣5膨紧急乐电话轻系统本隧道设紧急电社话，贵为驾驶员提供欲一个直接呼救泼求援的专用通逃信系统伏，铃对火灾、交通廊事故，采用热垫线方式，直通碎计算机主机，若并进行声光报攀警，警察接到影报警后立即响吸应；同时内，萍视频检测列器缺2渔4降小时监测隧道拼的运行情况，蜓指挥中心对隧魔道的发生事故帆通过图像及时伏记录与回放，刚及似时狸了解艇隧道内发生的木情况，及时通泉过电话和语音写进行报警疤、落提示堆和掌处理筹。草2.亏6择有线延广播涌系统叹系统可对隧道晋内来往车辆驾高驶员播放葬各种迷交通猴信息等派；随在发生紧急情农况滥时求进行紧急情况村的通知恳，同时丰，取当收到火灾报敲警信号时，能崖自动进入火灾组紧急广播状态声，与火灾自动察报警系统实现强联动。梁2.粉7巾隧道通风控制元子系统雪通风控制子系传统主要由风艘机乎PL拌C班控制器、隧道橡内区域控制器替、暴CO/V烦I滨检测器、风速羞风向检测器等馋组成。根据隧泳道的通风方式弟，分别在隧洞授中间、进口及恭通风竖井附近辣设置番了败CO/V肃I械检测器及风速乳风向检测器协，系统应能吨根绵据停CO/V测I贸和风速风向检狂测器的检测参管数。对洞内射滴流风机采梨用圣“精PL俯C统风机控制馆器进→许PL盯C夸区域控制序器格→揭监控中依心律”帝的三级控制孟。搏公路隧道火灾盗发生时骤，踩隧道内的最低警风速不应小于芹2.5m全/s网，珍保证在火灾发竹生时，烟雾只桂能顺着汽车前惜进的方向流动拔，而不出现回床流，如图水3甘中上方的图示完。这样不仅火送灾点前端的车杯辆能够迅速从罪隧道出口逃离肉（因为烟雾流饭动的速度远远委小于汽车的速蛾度），而且更笨为重要的是火哥灾点后方的车妈辆由于不受烟疼雾的干扰，可过以从连通道通添过相邻隧道逃喘离火灾区。否酱则，将给火灾束点后方的车辆侧逃逸带来许多申麻烦，如另图侦中间和下方的耍图示。缺失火时汽车前饲进方向示间甚图约3知2.挖8位.饼由隧道照明控制翠照明控制子系练统主要由洞内撤外亮度检测器届和区域控制器高完成，根据检催测到的洞内外婚亮度数据、交轿通量变化以及赠白天、黑夜等尝情况，雕根据预计的照努明控制策略益控制隧道的照驳明系统，调节钢出入口以及洞户内赔照明灯具的欠亮度，附防止黑洞和白名洞效应多，番保证行车的安兄全畅通，翠同时，匀在满足照明要尽求的情况下达石到节能运行的欠目的。握2.姻9麦歌电力监控搅电力监控系统哄对隧道变电所敞及箱式变电站津的运行状态进葛行监视，躺监测史高篇、吗低压开关柜的勿工作状态、接各断路器的开控关状态、故障植、电流、电压街、频率、有功泄功率、功率因田素、变压器温坛度等参数，肤并对供配电系稿统设备及通风勉、照明回路进聋行飘监控港。侄主要蔬包括她显示和统计打衡印联功能；捕事件报警和记胁录功能趁；嗽控制操作和记探录功能喘；殖数据采集和处穴理功能颠；言在线维护和修惊改功能潜；估数据库部分内错容的在线修改流；颤脂电能管理功能绘；江系统自检功能宏。随另外育，拥变电所无人值油守功能要求配刘备相应的图像忠监视设备和火懒灾自动检测及也手动报警设备线，分别纳入闭瞎路电视监视子幕系统和火灾报点警子系统遗。筋2.给10迷.始攻隧道火灾报警闲火灾旨报警方式斤分为旧手动报警按钮泳和火灾自动探熔测器两种。阿手动报警按钮王，在隧道内汗应异按每利5敌0蹈米武一套设置手动籍报警按钮。福在紧急情况下炎由人工按动报搜警按钮，即可摊将信号传到隧系道监控中心。承自动火灾报警双探测可简采用分布式光嘱纤感温自动探恒测器袋，在隧道内顶洁部敷设感温火请灾探测光缆保，对隧道内进师行连续的温度沈检测。该系统深利用光纤作为伍线性感温探测第器，钟该探测器僻基于光纤后向般拉曼散射效应垫，腹产生一个比光政源波长长的光稿，称斯托克丙斯得(stoke肉s棵)楚光，和一个比拴光源坟波菊长短的光，称燥为后斯托克斯铺(anti-敞stokes矛)牵光，光纤受外孕部温度的调制欢使光纤中的反亩斯托克每斯叙(anti-吴stokes乡)鬼光强发生变化裂，板anti-s斥toke决s药与耽stoke足s哲的比值提供了理温度的绝对指热示，利用这一初原理可以实现逮对光纤温度场初的分布式测量举，近因此华，走感温光纤可以币将环境温度以稿连续的线性方陡式表示出来。自该探测系统还沃可以准确地定蚁位温度发生变命化的确切位置鼻，定位精确度秧可达评10c痕m津。申火灾报警系统歉接受隧道内、陷变电所、泵房朋以及设备用房赌内过火灾烤探测器的报警家信号，当隧道坐内发生火灾时装，发出紧急信抱号，发出声、脚光报警信号，萝并显示出火灾尤报警的具体位选置，经过宰视频监控律系统自动将委事鸡故地点显示在刻相应的工作站第和大屏幕上，武并启动相应的留控制预案，以如虏启动莫应急宫照明、通风、袋消防笑灭火蜜等设施，发布废交通诱导信息殊，调度救援车匠辆及人员等，支以便能快速、锯有序地疏导隧黄道内的车辆和搁人员，保障隧待道及司乘人员疼的生命财产安道全。珠2.1真1咸交通信号控制永交通信号控制露主要是用于协妥助疏导交通、阁给司机提供信木息，以保证道垄路畅通。在隧盐道两端入口前拦设置交通信号虹灯，购由控制飘中心考通过接收其他棒系统的指令决首定信号灯的开转关及时间的长软短。皇在隧道入口处絮设置一个可变呢限速标志和一盖个可变情报板缝，崭控制匠中心根据隧道伟内的交通状况开，淹编辑和发送交傍通信息、运营利指令、路况资李料、副限速、股报警信息等多摩幅信息葬，泼控制进入隧道节的车流量，以踏避免或排除隧陪道内交通阻塞捉，引导车辆运岔行，并当突发注事件发生时关板闭隧道鼓通行阴，枪在隧道入口处脂设车高红外检仙测器，闸对进入隧道的多车辆的崖进行崭车高测量，发埋现其高度超出娱隧道的设置许葬可，配合车牌初识别系统，启旬动语音系统扩、芬视频检测系统旋，对车辆的禁耕止驶入进行语股音报警提示，染用停车系统