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。
2系統(tǒng)建設(shè)的意義
高速公路隧道機電系統(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)攝像機安裝高度達不到要求（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)無法對進入隧道內(nèi)的車輛信息進行監(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)進行綜合分析，并能進行智能化預(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，可對進出隧道的車流量、車輛信息、車輛狀態(tài)等進行精準(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（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)進行確認(rèn)，查看是否發(fā)生交通事故或車輛滯留。
5.7雷達視頻融合事件監(jiān)測系統(tǒng)
雷達視頻融合事件監(jiān)測系統(tǒng)把雷達事件監(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)，引入了先進的理念、先進的技術(shù)、先進的產(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)，引入了先進的理念、先進的技術(shù)、先進的產(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