談高速公路隧道智慧一體化管控系統(tǒng)
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摘要：簡要介紹了高速公路隧道智慧一體化管控系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)建設(shè)的意義、現(xiàn)狀及項目總體需求，從而針對隧道一體化管控系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容進(jìn)行了深入探討，通過高速公路隧道智慧一體化管控系統(tǒng)建設(shè)，大大提升了隧道管控的質(zhì)量，確保了隧道行車的安全性、節(jié)能性和舒適性。
關(guān)鍵詞：高速公路隧道；一體化；可視化；無線網(wǎng)絡(luò)
1高速公路隧道智慧一體化管控系統(tǒng)概述
智慧隧道營運一體化解決方案主要以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)為手段，針對隧道營運管理中涉及的安全、暢通、節(jié)能、養(yǎng)護(hù)等業(yè)務(wù)需求，搭建軟硬件一體化的隧道智能營運管理平臺，實現(xiàn)隧道日常監(jiān)控、事故應(yīng)急、安全監(jiān)測、節(jié)能減排、日常養(yǎng)護(hù)等全方位業(yè)務(wù)的管理，打破業(yè)務(wù)之間的阻隔，實現(xiàn)資源的有效整合、資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、集中數(shù)據(jù)分析，助力營運管理，幫助公路隧道管理單位提高隧道安全性，降低營運成本，并逐步向“智慧管理”邁進(jìn)。
2系統(tǒng)建設(shè)的意義
高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)安裝部署了交通監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等子系統(tǒng)，但上述子系統(tǒng)大部分為獨立工作狀態(tài)，并沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享以及聯(lián)動。為了更好地發(fā)揮系統(tǒng)功能，有必要建立一套隧道行車安全管理大數(shù)據(jù)與可視化系統(tǒng)，完善各子系統(tǒng)信息服務(wù)能力，在營運中心建立數(shù)據(jù)倉庫，實時采集各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過二次建模，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終實現(xiàn)隧道行車安全管理目標(biāo)。
3現(xiàn)狀分析
高速公路隧道在建設(shè)時就非常重視行車安全，布設(shè)了多個與行車安全監(jiān)測相關(guān)的子系統(tǒng)，主要包括：視頻事件自動監(jiān)測系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。上述已經(jīng)建成的子系統(tǒng)可以提供大部分與行車安全相關(guān)的原始數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)需要將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯總、挖掘以及展現(xiàn)。高速公路目前安裝的硬件設(shè)備還存在以下不足之處，很可能導(dǎo)致安全事故不能及時發(fā)現(xiàn)的隱患。（1）火災(zāi)報警系統(tǒng)采用雙波長綜合盤以及感溫光纖監(jiān)測系統(tǒng)，在車輛發(fā)生較大明火之前無法發(fā)現(xiàn)火災(zāi)情況，無法做到災(zāi)前預(yù)警。（2）目前部署的視頻事件監(jiān)測由于隧道內(nèi)攝像機(jī)安裝高度達(dá)不到要求（要求為5.5～6m），且光線條件變化大，造成誤報頻繁以及漏報的情況。（3）現(xiàn)有系統(tǒng)無法對進(jìn)入隧道內(nèi)的車輛信息進(jìn)行監(jiān)測與記錄。（4）現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)沒有聯(lián)動電力監(jiān)控系統(tǒng)。
4項目總體需求
根據(jù)調(diào)研總結(jié)，高速公路營運管理單位對于隧道安全管理的需求主要有以下幾點：（1）通過現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備的升級改造，采用新技術(shù)、新設(shè)備、新架構(gòu)提高隧道安全管控以及應(yīng)急指揮能力。（2）通過實時信息展現(xiàn)，全面掌握隧道運營狀態(tài)。（3）對于各種報警信息能及時采集、展示并建立應(yīng)急預(yù)案。（4）能對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并能進(jìn)行智能化預(yù)測。（5）能實現(xiàn)照明通風(fēng)的智能化控制，在保障安全行車的前提下實現(xiàn)節(jié)能減排。系統(tǒng)功能需求包括以下幾個方面：（1）全面準(zhǔn)確掌握隧道整體交通狀況。（2）快速準(zhǔn)確掌握事故發(fā)生點的位置信息，并能聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)。（3）掌握分析交通救援歷史數(shù)據(jù)。（4）匯總分析歷史和實時氣象數(shù)據(jù)，掌握不同環(huán)境條件下交通狀況變化。（5）匯總關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備故障報修數(shù)據(jù)。（6）構(gòu)建完善、實用、可行的隧道應(yīng)急指揮預(yù)案。
5系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容
隧道智慧一體化管控系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容主要包括5.8G無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、隧道本地智慧管控服務(wù)器、智能分布式本地控制系統(tǒng)、火災(zāi)移動偵測系統(tǒng)、行車安全比對系統(tǒng)、雷達(dá)視頻融合事件監(jiān)測系統(tǒng)、智慧隧道一體化管控平臺軟件等。搭建軟硬件一體化的隧道智能營運管理平臺，其能實現(xiàn)隧道日常監(jiān)控、事故應(yīng)急、安全監(jiān)測、節(jié)能減排、日常養(yǎng)護(hù)等全方位業(yè)務(wù)的管理。智慧隧道營運一體化解決方案的核心目標(biāo)是讓隧道營運更安全、更暢通、更節(jié)能、更易維。
5.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)前端采用分布式智能采集控制器接入各種監(jiān)控設(shè)備，通過工業(yè)級無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控中心專用數(shù)據(jù)庫，最后實現(xiàn)大數(shù)據(jù)高分可視化展示，實現(xiàn)各種管理功能。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。
5.25.8G無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)
采用新一代5.8G通信技術(shù)的高速高帶寬無線物聯(lián)通信技術(shù)，是軟硬件、底層協(xié)議構(gòu)成的一整套分布式高速無線組網(wǎng)核心原創(chuàng)技術(shù)，形成物與物之間的無線分布式高速連接。通電即用，自動連接，部署過程極其快捷，無須進(jìn)行挖溝占道等施工，可免除大量相關(guān)施工許可申請及工程成本。
5.3隧道本地智慧管控服務(wù)器
為實現(xiàn)“讓隧道管理好自己”的目標(biāo)，在隧道配電房部署隧道智慧管控服務(wù)器，它可實現(xiàn)與監(jiān)控中心上位監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)對接，但能獨立于上位機(jī)監(jiān)控軟件運行，不受通信故障影響，確保系統(tǒng)功能充分穩(wěn)定發(fā)揮。智慧運維及能耗管控系統(tǒng)高度集成，具備邊緣計算能力。隧道智慧系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。
5.4智能分布式本地控制系統(tǒng)
用新一代分布式智能物聯(lián)控制器替代原PLC控制柜，以分布就近接入以及產(chǎn)品化的思路解決施工麻煩、成本高以及后期維護(hù)難的痛點。新一代分布式智能物聯(lián)控制器可實現(xiàn)隧道內(nèi)監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與控制接入，支持設(shè)備包括車道指示燈、交通信號燈、CO/VI、LI/LO、風(fēng)速風(fēng)向檢測器、卷簾門、風(fēng)機(jī)控制柜、照明控制柜等。它內(nèi)置嵌入式核心單元及無線通信模塊，可自主采集設(shè)備工作數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及故障數(shù)據(jù)，并可通過有線或無線通信方式傳輸?shù)缴霞壒芾硐到y(tǒng)。
5.5火災(zāi)移動偵測系統(tǒng)
多光譜移動火焰探測器采用點型紅外火焰探測器原理，是雙波長到N個波長的延伸應(yīng)用，它是為滿足各類公路隧道火災(zāi)動態(tài)探測需求而研發(fā)的高速火災(zāi)探測器。多光譜移動火焰探測器的傳感器可以感知近紅外以及遠(yuǎn)紅外幾乎全部光譜信號，精度高，響應(yīng)速度快，可以有效識別火災(zāi)發(fā)生初期的光譜特征。
5.6行車安全比對系統(tǒng)
為實現(xiàn)隧道行車安全管控，隧道出入口可部署隧道安全管控一體化門架系統(tǒng)，其包含多種監(jiān)測設(shè)備與交通預(yù)警控制設(shè)備，可對進(jìn)出隧道的車流量、車輛信息、車輛狀態(tài)等進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測和比對。隧道安全管控一體化門架系統(tǒng)由可維護(hù)門架、全彩可變情報板、高清卡口設(shè)備、測溫型熱成像攝像機(jī)（可選）、微波車輛檢測器、高音廣播喇叭、高音警鈴、隧道安全一體化管控機(jī)柜等設(shè)備組成，其示意圖如圖3所示。功能描述：（1）交通事故與車輛滯留及時感知。（2）利用高清卡口與微波車輛檢測器的檢測數(shù)據(jù)實現(xiàn)截面車流量與平均車速的數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超限則預(yù)警，并聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，查看是否發(fā)生交通事故。（3）比對隧道入口車流量與出口車流量，比對數(shù)值超出合理范圍則預(yù)警，并聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，查看是否發(fā)生交通事故。（4）比對高清卡口以及微波車檢的客貨比數(shù)據(jù)，比對數(shù)值超出合理范圍則預(yù)警。（5）比對隧道入口車牌信息與出口車牌信息，發(fā)現(xiàn)車流進(jìn)入后沒有在合理時間內(nèi)駛出隧道則預(yù)警，并聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，查看是否發(fā)生交通事故或車輛滯留。
5.7雷達(dá)視頻融合事件監(jiān)測系統(tǒng)
雷達(dá)視頻融合事件監(jiān)測系統(tǒng)把雷達(dá)事件監(jiān)測系統(tǒng)的全天候、精度高、定位準(zhǔn)的特點與視頻事件監(jiān)測系統(tǒng)的可視化特點相結(jié)合，實現(xiàn)隧道內(nèi)高精度的事件監(jiān)測，其準(zhǔn)確率高，受環(huán)境影響小，是新一代事件監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展方向。雷達(dá)視頻融合事件監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。
5.8一體化管控平臺軟件
傳統(tǒng)的隧道機(jī)電子系統(tǒng)一般包括交通監(jiān)控子系統(tǒng)、火災(zāi)報警子系統(tǒng)、通風(fēng)及照明子系統(tǒng)、緊急電話機(jī)廣播子系統(tǒng)、高清視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)等，智慧隧道一體化管控系統(tǒng)不僅能融合傳統(tǒng)的機(jī)電子系統(tǒng)，還從“更安全、更暢通、更節(jié)能、更易維”的隧道營運管理總體目標(biāo)出發(fā)，引入了先進(jìn)的理念、先進(jìn)的技術(shù)、先進(jìn)的產(chǎn)品，實現(xiàn)交通狀況全天候感知、隧道安全全方位管控、設(shè)備運維全周期管理、隧道能耗全時段管控。
5.9移動應(yīng)用
本系統(tǒng)提供云端存儲與移動APP應(yīng)用，可讓管理者隨時隨地獲取隧道安全營運狀況，并及時作出決策。
6結(jié)語
綜上所述，經(jīng)過對隧道一體化管控系統(tǒng)的探討，將隧道施工整合為可視、可控的統(tǒng)一系統(tǒng)，有效提高了工程施工管理水平，實現(xiàn)了工程良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。管控一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能融合傳統(tǒng)的機(jī)電子系統(tǒng)，還從“更安全、更暢通、更節(jié)能、更易維”的隧道營運管理總體目標(biāo)出發(fā)，引入了先進(jìn)的理念、先進(jìn)的技術(shù)、先進(jìn)的產(chǎn)品，實現(xiàn)交通狀況全天候感知、隧道安全全方位管控和設(shè)備運維全周期管理。實踐發(fā)現(xiàn)，隧道一體化管控系統(tǒng)在技術(shù)上和管理上是可行的。接下來可以依托計算機(jī)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以管控一體化為基礎(chǔ)平臺，構(gòu)建施工企業(yè)信息化系統(tǒng)，推進(jìn)施工企業(yè)信息化建設(shè)。
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作者：王偉華 單位：廣東路路通有限公司