论述智能监控系统在城市道路隧道内的组成与应用

朱晨达（中国科学院上海高等研究院，上海 201210）

论述智能监控系统在城市道路隧道内的组成与应用

朱晨达
（中国科学院上海高等研究院，上海 201210）

城市道路隧道作为城市道路的主要组成部分之一，由于自身特有的环境特点，故必须设置可靠实用、先进的智能监控系统，及时发现并处理隧道内发生的交通事故或火灾等意外情况。本文将通过对隧道智能监控系统及其组成进行详细的阐述，分析与探究其对路面交通运行状况的意义所在，并对智能监控系统的建设做出一定的参考性意见。

城市道路隧道 智能监控 交通运行 照明控制 消防联动

城市道路隧道处于城市道路之下，作为城市道路的重要组成部分之一，其主要功能是联络地下停车场和承担主干道路的交通分流。随着城市建设规模日益扩大，各种机动车数量的急剧上升，地面交通正在面临着越来越严峻的考验，道路隧道的建设通过立体化地使用土地，有效缓解了地面交通的压力，进一步修缮城市道路的使用质量，逐步改善行人与非机动车的交通环境，对加强交通管理具有十分重要的意义，同时它更加有助于提高土地利用率，利于保护城市的生态环境。目前大部分城市的市区普遍都会面临高峰期交通拥堵不堪，为有效疏导市内交通，城市规划部大力开展地下交通的建设，统筹兼顾社会效益、经济效益、环境效益，城市道路隧道正逐渐广泛应用在道路网的建设中。

1　城市道路隧道智能监控系统概述

一套较为完善的隧道智能监控系统应符合以下几个要求：首先，对隧道内的交通运行状况进行实时监视与控制，组织与指挥各种交通异常状况的处理工作，及时发现交通事故或车辆故障等各种交通异常情况，第一时间分析与决策处理方案，排除故障，并通过控制其他隧道内的行车车速、平滑交通流等方式疏导交通，最大限度降低交通阻塞和拥挤的可能性，预防发生二次事故，确保道路隧道的安全性与通行能力，避免行车延误。其次，智能监控系统可以自动对隧道内外的环境照度值进行检测，及时调节各种不同天气下的隧道内的照明亮度。第三，能对隧道内设备的运营情况实时监控，及时发现预处理设备故障，确保设备功能照常，提高整个系统的稳定性与可使用性，不因部分子系统出现的故障而影响整个监控系统。第四，智能监控系统以自动控制和集中控制为主，人工干预和独立控制为辅，对相邻路段预留出相应的接口，以此实现信息共享的目的。城市道路隧道以安全可靠、实用合理为基本的设计原则，当前的城市道路隧道监控系统建设并没有相关的国家标准和国际通用标准作为参考，但可采用最新先进水平的监控系统，隧道中排水、消防、照明、配电、通风、火灾自动报警等子系统的监控都需要根据各个隧道的不同建设要求明确相应的技术规格。

2　智能监控系统的组成

表1　某隧道按季节控制的照明方案

表2　某隧道部分消防联动控制表

城市道路隧道的智能监控系统主要包括监控中心网络系统、交通诱发以及信息发布系统、闭路电视监视系统以及车流量、事件监测系统、环境监测系统、照明控制系统、电力监控系统、隧道通信系统和火灾报警以及消防联动系统、监控设备供电电源系统和隧道内电缆敷设及接地系统等主要系统。下面是对这些系统的详细说明。

2.1监控中心网络系统

监控中心网络系统主要包括网络系统、综合控制台、计算机系统及软件和大屏幕显示系统，其供电电源为两路电源加UPS供电方式，属于特别重要一级负荷用电设备。监控中心主要负责采集隧道内的交通运行状况和各子系统的状况。处理采集的信息并提供相应的监控方案，对下属的监控设备下发信息与控制指令。

监控中心网络是道路隧道智能监控系统的核心部分，隧道的整体控制系统是以现场总线的分布式环形网络为基础的，监控中心网络系统指挥各个子系统的运行，并对各个子系统之间的沟通与协调负责，子系统则通过中心网络系统进行信息的交换、显示、汇总、统计和打印，为人工干预提供行车运行的综合信息与决策信息，并支持手动控制、人机接口等其它功能，是道路隧道交通安全顺畅的重要保障。由于隧道环境条件较为恶劣，且现场监控设备数量繁多，所以多采用工业以太网的组网方式，即隧道内设立以太网交换机和可编程控制器作为区域内的控制单元，集中对附近监控设备的信息进行采集工作，再通过冗余光纤网络上传至监控中心的千兆交换机，接收中心网络计算机系统地控制指令，输入程序控制下端的执行设备。当监控中心网络出现计算机故障或是通讯路线故障，区域控制单元会根据预设程序对现场设备进行控制。如图1。

2.2闭路电视监视系统及车流量、事件监测系统

闭路电视监视系统具有变焦镜头、彩色全天候、电动云台的网络摄像机安装在隧道出入口，由监控中心直接控制调节焦距、光圈或是云台转动，隧道内每隔100米左右就会设置一台一体化的网络摄像机，其指向与车流方向一致，隧道的曲线段则设置电动云台的网络摄像机，每台摄像机都会配备对应的专用防护罩，有效延长使用寿命。当在变配电站上设置固定式的半球摄像机时，对摄像机的防护等级都必须高于IP65，确保所有实时、高清晰的视频信号都可以通过1000M的以太网上传至监控中心，使监控中心可随时记录与显示每个监控点的图像，为疏导隧道交通提供最可靠的信息。

当隧道内交通运行正常时，大屏幕显示屏显示的是全部的监视画面；发生意外事故时，如火灾或车辆事故时，大屏幕会自动切换对应的摄像机监视画面；如几个路段同时发生意外，火灾报警处于优先报警的位置；当发生交通拥挤阻塞时，可通过人工操作切换至拥挤路段，人工确认后及时决定处理方案。

闭路电视监视系统通过前端设备、分配器、视频解码器和交通事故检测主机等一系列设备，成功输出正确的监控视频信号和分析视频数据，检测器可根据视频实时分析车流量、车间距、行车速度、车辆分类、车辆密度、车头时距、空间占有率等数据并进行统计。此外，当发生逆向行驶、违章停车、超低速车流、产生烟雾、道路高占有率时，检测器会及时报警。

2.3照明控制系统

照明控制系统对道路隧道交通具有十分重要的作用。由于隧道内的环境照度普遍较低，白天驾驶员从明亮的环境内进入和通过隧道时 ，其视觉感官上往往会产生不适应。驾驶员如要穿越长隧道时会产生黑洞现象，穿越短隧道时会产生黑框现象，进入隧道后，往往会因为亮度陡增，驾驶员不能迅速适应看清隧道内情况，而隧道出口虽然白天亮度高，看上去是个亮洞，但夜晚就成为黑洞，故驾驶员无法快速看清隧道外道路的路面状况，因此，照明控制系统的合理调控对驾驶员行车具有十分重要的影响。

照明控制系统是由照明控制器、照明配电箱和照度仪等组成的自动控制装置。照明系统能够根据隧道内外的亮度比值，对隧道出入口的照明设施进行调控，隧道出入口会设置亮度检测器，照明系统根据外部亮度强弱和交通量的变化，通过设置在隧道内的逻辑控制器分别对入口段、过渡段、出口处的照明亮度进行调控，根据季节，晴天、阴天，早晚的不同模式调控亮度，并有多种手动模式为管理人员提供可参考的照明控制方案。（表1）

2.4火灾报警系统及消防联动系统

由于隧道环境特殊，一旦发生火灾不易逃生与抢救，易导致重大的人员伤亡，故隧道多按一级保护对象设置火灾自动报警系统，配备相应的火灾报警控制器、紧急广播、紧急电话等设置。通过与消防联动控制装置的结合，发生火灾可及时联动交通诱导，播放广播，打开逃生通道，开启照明等，尽快疏散车辆人群，自动启动消防泵、水喷雾泵、泡沫泵，继而启动相关的排烟风机等消防设施，最大程度降低火灾带来的经济损失与人员伤亡。（图2、表2）

3　结语

城市道路隧道智能监控系统是隧道交通运行的重要保障，系统与各个子系统利用先进的多媒体技术、通信技术和计算机网络技术实现沟通协调的顺畅，确保道路的服务质量，综合考量国内外隧道监控技术的发展趋势，采用可靠的高科技技术设备，在提高系统安全性与可靠性的同时，为城市道路隧道的运营管理提供一个现代化的监控手段，积极打造一个可靠实用、先进高效的综合监控管理系统。

［1］王志伟，杨超.高速公路隧道监控系统的现状与发展.现代隧道技术，2009-12-15.

［2］曹力.城市隧道监控系统的集成设计.公路交通技术，2010-08-15.

［3］谢路锋.特长公路隧道监控系统本地控制系统设计.隧道建设，2011-02-20.