基于物联网的长隧道运营安全监控方案

高耸

摘要：基于物联网的RFID 技术，视频监控技术、光纤周界防入侵报警技术的应用，本文提出了一种基于物联网的多参数一起监测的安全监控方案。此方案能够24小时保证对公路隧道口进行不间断的监控，保证隧道工程的安全使用，有效的避免了意外事故的发生。该方案成功应用在市政快速公路长隧道监控中，验证了其可行性和实用性。

关键词：物联网；运用安全；长隧道；视频监控

前言

物联网指的是将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”的，如贴上RFID 的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通、应用大集成、以及基于云计算的SaaS 营运等模式，在内网、专网、和/或互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。在市政快速公路的长隧道中越来越多的事故是由于许多无关人员的进入、横穿导致的，为了交通安全、避免类似事故的发生，本文提出了一种基于物联网的多参数一起监测的安全监控方案。

一、设计分析

系统要实现车辆进入隧道不报警，无关人员进入隧道报警，相关人员（检查人员、维修人员等）进入隧道不报警的功能，根据这些需求，采用如下设计思路：视频监控系统：在隧道口的每个车道上方设置1 台彩转黑一体化智能变倍摄像机云台，来观察和识别从隧道口进出的每一个移动物体（车辆和人员），并配置红外灯以达到24 小时连续监控的目的。电子识别系统：在隧道口处安装电子标签读取器，对出入隧道的相关人员（凡进入隧道内的相关人员必须携带粘有电子标签的安全帽，否则为无关人员，视频人员识别系统会自动报警）进行自动登记和识别，实时将通行数据传输到指挥部中心服务器，通过局域网，指挥部管理人员可以查看、统计相关人员出入隧道情况。光纤周界防入侵报警系统：隧道口外部两侧的围栏或者砖墙上安装光纤周界防入侵监控报警系统，24 小时报警系统布防，一旦有人进入防范区域，就会报警通知值班人员同时联动视频监控系统启动录像机对现场的图像进行记录，用以防范无关人员从隧道口一些隐蔽的地方进入隧道。

二、系统实现

1、视频监控系统

系统采用数模混合方式，即音视频图象采用高质量的模拟图象及模拟音频传输，音视频信号传输到总控室再进行数字化处理和控制。采用此方案可较好的解决目前数码图象传输质量普遍不高的现象。

（1）前端部分（隧道口）

摄像机。隧道口每个车道上方安装一个1 台彩转黑一体化智能变倍摄像机，以观察和识别从隧道口进出的每一个移动物体（车辆和人员）。该摄像头具有自动白平衡、逆光补偿和自动电子快门调节功能。配备镜头为电动可变镜头，可进行自动变焦、自动聚焦和自动光圈调节。变焦可将画面拉近推远，改变视角和成像大小；调节（自动聚焦和自动光圈），可调整图象清晰度。可将隧道的图像清晰实时定格于整个屏幕。

室外云台为万向云台，可带动摄像机上、下、左、右、左上、左下、右上、右下全方位扫描。所用解码器为智能解码驱动器，接到主控机发出的信息命令后，驱动相应摄像机、电动三可变镜头、室内云台等完成各种动作。

通过系统主控机或分控机的简便操作，都可控制任意指定云台的上下左右旋转，可观察到隧道口的各个角落。还可控制镜头的变焦、聚焦和光圈可分别实现画面的拉近拉远和清晰度调整，使移动物体的各种动作细节一清二楚。

④利用内部局域网可把图像声音传到具有信息点的任何地方。

（2）传输部分。传输线共有以下几种：视频线、屏蔽双绞线、多芯护套线及电源线。所有线看现场情况定。保证信号的高传输质量、具备一定抗干扰能力。

（3）总控制室。中心控制室是整个电子视频监控系统的核心部分，在这里可以观察到隧道里各个角落的具体情况，中心控制室4 台17 寸显示器全部安装在一个控制柜内。操作人员可通过计算机键盘和鼠标可控制教室内云台和镜头的动作，以便进行细节监视。采用硬盘录象机（1 台或多台）进行实况监控及录象。所有硬盘录象机和显示器都安装在控制机柜内见图，可一机多用，既可控制前端设备及录象又可兼作网络视频服务器，通过内部网络（TCP/IP）实现客户端多点多级的远端控制与网上浏览（加装客户端接收软件），同时又可作为数码录象机进行16 路长时间数码录象。

2、电子识别系统

首先在隧道进出口的两侧安放若干个读卡器，具体数量和位置根据现场实际工况和要实现的功能要求而定，并且将它们通过网络布线和地面控制中心的计算机联网。同时在每个授权进入隧道的相关人员的安全帽上安置一个电子标签RFID，当该人员进入隧道时，只要通过或接近放置在隧道口的任何一个读卡器，读卡器即会马上感应到信号同时立即上传到控制中心的计算机上，计算机马上就可判断出具体信息（如：是谁，在哪个位置，具体时间），把它显示在控制中心的大屏幕或电脑显示屏上并做好备份。同时视频监控系统侦测到该移动人员的位置和时间信息，然后与电子识别系统读取的信息作比较，以判断是否为授权人员，若不是，则视频监控系统会发出非相关人员进出的报警信号。

3、周界防范报警系统部分

每个隧道出入口兩侧的周界总长分别为100 米。采用围栏敷设安装振动光缆，一般是在围栏上端1/5处用防紫外线扎带固定一道采S型铁围栏光缆。振动光缆一般采用铠装光缆，为了防止人为蓄意破坏，外面可套镀锌管加强保护。主机、键盘设在相应的监控室，当发生入侵时，光缆受到振动，产生入侵信号传到主机，由主机发出报警信号。报警信号的应用如下：

（1）报警信号传输到键盘上，在键盘上显示报警防区编号，此时警卫人员可以迅速奔赴防区现场查看处理。

（2）报警信号传输到联动模块，可以联动相应防区现场的声光报警器，发出声光报警，以起到震慑、制止、驱赶入侵者的作用；

（3）报警信号传输到接警软件，以电子地图形式呈现入侵防区在整个周界的位置，并以弹出视频框的形式在电脑上显示防区实时情况。本软件还可以将每一次的入侵事件生成报警日志存储起来，以方便用户今后的查看。

三、系统的特点

1、系统具有独立的移动物体识别和报警功能，可按需要设置任意的报警画面或局部画面的移动报警。

2、在出现意外情况时，硬盘录象监控系统将按程序设计进入相应的联动控制状态，及时地监视和记录现场发生的情况，以备今后的进一步处理。各种操作程序均具有存储功能，当市电中断或关机时，所有编程设置均可保存。

3、系统可与其他电子系统联网（需满足接口需要），并可实现与其它子系统的联动控制。系统功能强大，完全可实施监控画面的实时传输。

4、系统可靠性高，具备相应的防拆、防攀、防翻越、防破坏等功能，当人为破坏周界探测设备时，可以及时发出报警信号。

5、既全面又有重点的全方位入侵防范。

四、系统部署

本系统遵循”统一发标识卡、统一装备、统一管理”的原则，按准许进入隧道的人员和班组实行”一人一卡”制，该标识卡可视为”上岗凭证”或”隧道准入证”。具体方案如下：隧道中安装一定数量的信号收发器，具体位置根据现场情况而定，以满足区域定位为准。隧道管理单位向有关人员统一配发并装备无线标识卡，无线标识卡安装在安全帽的合适位置。每张无限标识卡具有唯一卡号，卡号对应员工的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、家属信息等初始化到系统数据库中。进入隧道的人员必须佩戴装有无线标识卡的安全帽。当此人经过隧道的信号收发器时，立即被系统识别，并通过系统网络的信息交换，将此人通过的路段、时间等信息传输至安全监控中心记录，并可同时在地理信息大屏幕墙上出现提示信息，显示通过人员的姓名等。

结束语

其系统不仅能够24小时不间断的对公路隧道口进行监控，确保隧道地安全使用，避免意外事情的发生。并且在技术上有较大的创新性，完全实现车辆进入隧道不报警，无关人员进行隧道报警，相关人员（检查人员、维修人员）进入隧道不报警地功能。

参考文献：

[1]徐颖秦；物联网技术及应用[M]；北京：机械工业出版社；2012（09）

[2]马洪连；物联网感知与控制技術[M]；北京：清华大学；2012（08）

[3]单承赣；射频识别（RFID）原理与应用[M]；北京：电子工业出版社；2008（07）