隧道施工安全管理监控系统的研究及应用

何江燕+陈勤富

【摘 要】 为全面加强呼铁局待建和在建的铁路隧道施工安全管理，本文研制了隧道施工安全管理监控系统，该系统可对施工现场人员的安全进行实时监控，提高工程施工的实时控制能力和规范化管理，并在八苏木隧道进行了实地试验，证明能取得较好的监控效果。

【关键词】 铁路隧道 监控 施工安全

1 引言

在隧道工程建设施工过程中，施工安全管理是施工单位、建设单位、建设管理部门、路局领导关注的重点。目前，隧道施工管理过程中基本上都是人工盯防，科技手段不多，管理缺乏实效。尤其是在施工人员管理、标准化作业管理、工程质量及进度管理这几方面的问题尤为突出。因此，隧道施工现场的视频监控和人员安全管理成为隧道施工安全管理的重要研究课题。鉴于我局新线建设项目的不断增加，在建、待建的隧道数量很大，为了尽快提高施工现场的监控和安全管理，本文研制了一种能自动监测进出隧道和隧道内人员的数量及具体人员信息、实时视频监控隧道内施工状况，提高施工单位的现场管理水平，并且通过网络，建设单位和建设管理部门可随时调看现场画面和隧道内施工人员的实时信息，并将发现的问题和处理意见通过网络及时下发，施工单位通过网络及时反馈整改措施和效果的系统。

2 系统组成及原理

隧道施工安全管理监控系统分为两大子系统，隧道人员管理系统和无线视频监控系统。

2.1 隧道人员管理系统

在隧道工程安全施工建设过程中，施工人员安全管理始终是各施工单位领导们关注的问题。从隧道施工实践经验来看，控制施工人员在隧道中的出入，实时动态掌握隧道施工过程中人员的进出情况，准确掌握在隧道内施工的人员，统计数据，推断生产是否有序，人员是否到位，监测检验人员工作是否正常，关键工作人员是否脱岗等，是保证人员施工安全的关键之一。

隧道人员管理系统是一种在隧道工程施工过程中能够自动采集、统计人员出入数据的应用系统。其工作原理是在隧道出入口等重要位置安装无线数据接收器，隧道内工作人员随身携带人员识别标识卡，人员识别标签不断地发射载有目标识别码的无线电射频信号，当工作人员进入到接收器读取范围内，接收器接收到人员识别标签发来的载波信号，经过接收器接收处理后，将信号进行分析、处理，并通过CAN总线方式将信号发送到地面通信接口装置，再转换成RS232信号送给地面计算机，从而实现目标的自动化管理。

2.2 无线视频监控系统

无线视频监控系统主要是利用安装在隧道口、隧道内掌子面附近的高清摄像头，对施工隧道内外进行实时全方位的现场监视，使管理人员在控制室内对所有监控场所即将发生和所发生的重要事件了如指掌，并能迅速采取果断措施加以处理，提高综合防范和安全管理能力。隧道内摄像头到隧道口本地监控端用无线微波传输，采集施工现场视频数据以及对云台和相机的控制指令信号。隧道口本地监控端到外网接入点基于光纤传输，适用于跨地域，跨网络的组网方式。在互联网上的任何一台电脑都可以根据其权限，通过隧道口本地监控主机的IP地址，在远程调看所有本地监控端视频监控图像资源和实时监控画面，并可通过视频监控软件与隧道口监控端交互文字信息和监控画面截图。

3 系统的设计与实现

3.1 隧道人员管理系统的构成

隧道人员管理系统由系统管理软件和系统硬件两大部分组成。隧道人员管理系统构成如（图1）所示。

3.2 系统管理软件

3.2.1 主要功能

人员进出登陆功能：自动记录所有进出隧道施工人员的出入时间，有利于管理人员准确、及时地掌握在隧道中施工人员的人数，便于及时发现问题，保证安全施工。

危险区域（特定区域）登陆功能：记录进入危险区域的人员和时间，并同步在值班管理室的系统计算机和LED大屏上显示，便于管理人员时刻掌握危险区域人员情况，保证施工人员安全。

日常管理功能：对于进出隧道的所有人员，进行工作超时、人员清点和考勤管理，实现隧道施工中的排班管理和专业化考勤等。

网络查询功能：隧道施工现场系统工控机能与互联网连接，并设置固定 IP地址，在该机上有本系统数据发布网页，机关人员可以通过输入互联网网址任意查询隧道施工现场人员数据。隧道人员管理操作界面如（图2）所示。

3.2.2 软件程序

（1）数据收集程序分析。数据收集程序分析主要负责从隧道内所有分站收集定位数据，然后把原始定位数据进行筛选分析，得出用户所关心的隧道内人员分布情况，或其它异常现象。

（2）显示界面控制程序。系统可以实时、同步、清晰的显示隧道内正在施工的人员姓名、工种、进入隧道时间及人员数目和特定区域的人员及数目。

3.3 无线视频监控系统的设计

3.3.1 软件功能模块（图3）

3.3.2 软件调试结果分析

（1）视频播放模块调试。通过防火墙，侦听客户端与视频服务端连接状态（58.18.101.45：80端口），客户端接收视频服务端视频流，控件能实现视频播放功能，视频出现停顿或延迟状态满足无线传输要求。结果分析：视频客户端要实现的功能是接受视频流并且实现播放功能。

（2）云台控制模块调试。通过防火墙，侦听客户端与云台服务端连接状态（58.18.101.45：80端口），客户端接收云台服务端反馈信息，判断是否客户端拥有控制权，并且动态提示客户，配合服务端，很好的解决多个客户端并发性问题。结果分析：云台控制模块要实现发送有权限的客户端云台控制指令，对无权限客户端不允许发送控制指令和处理客户端并发性问题。根据测试结果，可以看出云台 “轮流控制，排队等待” 控制机制可很好的解决客户端并发性问题。而对获得权限的云台控制客户端，能发送云台控制指令，并在视频播放模块中可反映出相应的云台操作。endprint

（3）系统功能实现与调试结果。通过各个功能模块的调试，运行结果如图4所示，可看出ActiveX控件嵌入在IE浏览器里，并且ActiveX控件整合了各个客户端模块的功能，且模块之间能协调工作；该控件还实现了视频展播功能、云台控制功能、并发性处理功能、界面友好等功能。

4 结语

4.1 系统的技术特点

（1）易于实现。本系统架构于Internet之上，适用于目前PC机上最为普及的Windows操作平台。通过将ActiveX控件嵌入Web浏览器，不必安装任何客户端软件即可实现视频图像的远程监控，使监控浏览范围达到最广。在数据传输过程中完全实现数字化，易于实现在远程网络和复杂的网络拓扑结构中传输。组网简单，只要具备局域网平台，用网线就可实现设备间的物理连接，具备TCP/IP协议就可完成监控组网。

（2）节省资源。本系统兼容于以往的传统监控系统，只需增加视频服务器之外，不再需要添加其它任何硬件便可实现监控管理，可以充分利用现有的资源。

（3）扩展灵活。本系统采用面向对象的模块化设计，不仅程序开发方便，而且便于实现整个系统的模块化管理，可根据实际需要随时增加、减少或替换功能组件，既提高了系统的灵活性和扩展性，也降低了系统集成的困难和成本。同时，也便于更新安全软件，快捷提升系统的防护性能。支持远程控制，管理较简单，容易实现系统的扩容和改造。

4.2 系统的发展前景

隧道施工安全管理监控系统采用安设若干摄像头的方法，现场采集视频资料，然后通过服务器向互联网同步传递信息。该系统的投入使用，使隧道施工实现远程集中控制和信息化管理，实现“人防、物防、技防”安全管理措施的有机结合，形成完善的施工安全监控体系，大大提高了工程施工的透明度，为安全、优质生产提供了一种新的技术管理手段，使隧道施工建设安全管理跃上一个新的层次。

参考文献：

[1]赵健，王成金，于工.无线网络视频监控系统在铁路隧道施工中的应用.青岛科技大学学报，2006，27：（2）1652168.

[2]国家隧道研讨会及公路建设技术交流大会综述.中国交通报，2002.11.7.

[3]庞大鹏.诸永高速公路隧道监控量测数据处理及地质超前预报方法研究.长春吉林大学，2008.

[4]伍毅敏.隧道位移实时监测系统开发及其数据应用技术研究.西安：长安大学，2004.endprint

（3）系统功能实现与调试结果。通过各个功能模块的调试，运行结果如图4所示，可看出ActiveX控件嵌入在IE浏览器里，并且ActiveX控件整合了各个客户端模块的功能，且模块之间能协调工作；该控件还实现了视频展播功能、云台控制功能、并发性处理功能、界面友好等功能。

4 结语

4.1 系统的技术特点

（1）易于实现。本系统架构于Internet之上，适用于目前PC机上最为普及的Windows操作平台。通过将ActiveX控件嵌入Web浏览器，不必安装任何客户端软件即可实现视频图像的远程监控，使监控浏览范围达到最广。在数据传输过程中完全实现数字化，易于实现在远程网络和复杂的网络拓扑结构中传输。组网简单，只要具备局域网平台，用网线就可实现设备间的物理连接，具备TCP/IP协议就可完成监控组网。

（2）节省资源。本系统兼容于以往的传统监控系统，只需增加视频服务器之外，不再需要添加其它任何硬件便可实现监控管理，可以充分利用现有的资源。

（3）扩展灵活。本系统采用面向对象的模块化设计，不仅程序开发方便，而且便于实现整个系统的模块化管理，可根据实际需要随时增加、减少或替换功能组件，既提高了系统的灵活性和扩展性，也降低了系统集成的困难和成本。同时，也便于更新安全软件，快捷提升系统的防护性能。支持远程控制，管理较简单，容易实现系统的扩容和改造。

4.2 系统的发展前景

隧道施工安全管理监控系统采用安设若干摄像头的方法，现场采集视频资料，然后通过服务器向互联网同步传递信息。该系统的投入使用，使隧道施工实现远程集中控制和信息化管理，实现“人防、物防、技防”安全管理措施的有机结合，形成完善的施工安全监控体系，大大提高了工程施工的透明度，为安全、优质生产提供了一种新的技术管理手段，使隧道施工建设安全管理跃上一个新的层次。

参考文献：

[1]赵健，王成金，于工.无线网络视频监控系统在铁路隧道施工中的应用.青岛科技大学学报，2006，27：（2）1652168.

[2]国家隧道研讨会及公路建设技术交流大会综述.中国交通报，2002.11.7.

[3]庞大鹏.诸永高速公路隧道监控量测数据处理及地质超前预报方法研究.长春吉林大学，2008.

[4]伍毅敏.隧道位移实时监测系统开发及其数据应用技术研究.西安：长安大学，2004.endprint

（3）系统功能实现与调试结果。通过各个功能模块的调试，运行结果如图4所示，可看出ActiveX控件嵌入在IE浏览器里，并且ActiveX控件整合了各个客户端模块的功能，且模块之间能协调工作；该控件还实现了视频展播功能、云台控制功能、并发性处理功能、界面友好等功能。

4 结语

4.1 系统的技术特点

（1）易于实现。本系统架构于Internet之上，适用于目前PC机上最为普及的Windows操作平台。通过将ActiveX控件嵌入Web浏览器，不必安装任何客户端软件即可实现视频图像的远程监控，使监控浏览范围达到最广。在数据传输过程中完全实现数字化，易于实现在远程网络和复杂的网络拓扑结构中传输。组网简单，只要具备局域网平台，用网线就可实现设备间的物理连接，具备TCP/IP协议就可完成监控组网。

（2）节省资源。本系统兼容于以往的传统监控系统，只需增加视频服务器之外，不再需要添加其它任何硬件便可实现监控管理，可以充分利用现有的资源。

（3）扩展灵活。本系统采用面向对象的模块化设计，不仅程序开发方便，而且便于实现整个系统的模块化管理，可根据实际需要随时增加、减少或替换功能组件，既提高了系统的灵活性和扩展性，也降低了系统集成的困难和成本。同时，也便于更新安全软件，快捷提升系统的防护性能。支持远程控制，管理较简单，容易实现系统的扩容和改造。

4.2 系统的发展前景

隧道施工安全管理监控系统采用安设若干摄像头的方法，现场采集视频资料，然后通过服务器向互联网同步传递信息。该系统的投入使用，使隧道施工实现远程集中控制和信息化管理，实现“人防、物防、技防”安全管理措施的有机结合，形成完善的施工安全监控体系，大大提高了工程施工的透明度，为安全、优质生产提供了一种新的技术管理手段，使隧道施工建设安全管理跃上一个新的层次。

参考文献：

[1]赵健，王成金，于工.无线网络视频监控系统在铁路隧道施工中的应用.青岛科技大学学报，2006，27：（2）1652168.

[2]国家隧道研讨会及公路建设技术交流大会综述.中国交通报，2002.11.7.

[3]庞大鹏.诸永高速公路隧道监控量测数据处理及地质超前预报方法研究.长春吉林大学，2008.

[4]伍毅敏.隧道位移实时监测系统开发及其数据应用技术研究.西安：长安大学，2004.endprint