重庆城口至开县快速公路隧道监控设计及探讨

岳通

（重庆市交通规划勘察设计院，重庆　401121）

重庆城口至开县快速公路隧道监控设计及探讨

岳通

（重庆市交通规划勘察设计院，重庆401121）

以重庆城口至开县快速公路上5座隧道为例，介绍隧道监控设施各子系统的设计，并探讨各子系统之间的联动控制关系，以实现开放式公路上长、特长隧道的安全运营管理。

快速公路；长、特长隧道；监控系统

1　工程概况

重庆城口至开县快速公路（简称城开快速公路）采用双向2车道2级公路标准［1-2］，计算行车速度60 km/h，路基宽度12 m，行车道宽度2×3.75 m，路线全长66.3 km。城开快速公路全线沿东西向布设，道路属开放式运行管理，沿线支路口较多。全线长隧道有3座，分别为庙坝隧道（1 418 m）、漆树坡隧道（2 050 m）、石塘隧道（2 730 m），特长隧道2座，分别为八台山隧道（5 275 m）、白芷隧道（6 710 m）。

2　设计原则

特长隧道监控设计属于城开快速公路交通工程设计的一个组成部分，应能保证对长、特长隧道特殊路段发生的偶发事件具有快速的反应和综合应变能力。隧道监控系统设计建设围绕“安全、环保、舒适、和谐”的总目标，突出“安全、服务、可持续发展”的理念，通过先进的管理技术来降低管理设施规模和营运管理成本。因此，城开快速公路隧道监控系统设计应与主体工程设计、服务水平、环境等相适应。

3　管理体制

由于城开快速公路全线长约66 km，道路属于开放式运行管理。因此，为了减少投资，减少常年运营管理成本，该路总体上采用集中管理模式［3］，即在漆树坡隧道监控管理站进行集中管理，且分别建立白芷隧道管理站、八台山隧道管理站、石塘隧道管理站。各隧道管理站具有如下主要功能。

漆树坡隧道管理站的主要功能：对漆树坡隧道现场监控设备进行集中管理；对白芷山、八台山和石塘隧道管理站的监控数据和图像远程进行集中管理。

白芷山、八台山和石塘隧道管理站的主要功能：对各自所管辖隧道现场监控设备进行集中管理。白芷山隧道管理站对庙坝隧道的监控数据和图像进行集中管理。

根据控制与被控制的关系，隧道监控系统总体上可划分为2个层级，按由高到低的顺序，分别为隧道管理站级、现场控制级。高层级隧道监控设施具有控制部分或所有下属层级监控设施的能力，低层级的则不能控制高层级。通常，各隧道管理站级为整个隧道监控系统的主决策层级。当现场控制级与隧道管理站的通信联系中断时，由现场控制级直接进行控制决策，实现降档控制。漆树坡隧道管理站通过白芷山、八台山和石塘隧道管理站上传的监控数据和图像来了解其它3个隧道管理站的工作状态，但不对3个隧道管理站进行决策控制。

4　隧道管理站设计

隧道管理站是综合信息处理平台，具有多种集中调度和控制功能。其对现场采集的信息进行综合处理分析后，通过通信和控制网络对现场的信息诱导标志进行控制，并通过交通控制系统、有线广播系统、通风和照明控制系统完成隧道现场的综合控制功能。

隧道管理站设有综合控制计算机系统（含交通、通风、照明、电力监控等）、闭路视频监视系统、视频事件检测系统、有线广播系统、紧急电话系统及火灾报警系统等。

漆树坡隧道管理站具有以下功能：1）计算机系统需管理漆树坡隧道监控数据，且要综合分析来自白芷山、八台山和石塘隧道管理站的监控数据；2）闭路电视监视子系统配置了DLP背投，不仅要监视漆树坡隧道的图像，而且还要监视来自白芷山、八台山和石塘隧道管理站分别上传的2路切换输出图像；3）紧急电话和有线广播主机要监控漆树坡隧道的紧急电话分机和白芷山、八台山及石塘隧道管理站紧急电话和有线广播主机；4）火灾报警子系统需监控漆树坡隧道的火灾报警系统和白芷山、八台山及石塘隧道管理站火灾报警子系统。

城开快速公路漆树坡、白芷山、八台山和石塘隧道监控系统由各自所属隧道管理站实行集中控制，隧道管理站接受隧道内及洞口监控设备采集的信息，经综合分析处理后下达命令。发生事故时，隧道监控站负责与上级监控单位、交警、火警、医疗等有关部门联系，尽快完成救援和事故处理工作。

5　隧道设备布设设计

城开快速公路隧道监控设备配置按照“一次设计，分期实施”的原则设计。根据隧道监控等级分析得出的结论，漆树坡、白芷山、八台山和石塘隧道监控等级已经达到A级［4］，监控设备按A级配置；庙坝隧道近期监控等级已经达到B级，远期为A级，监控设备近期按B级略高配置，远期按A级实施。城开快速公路隧道监控设备设置原则见表1。

表1　城开快速公路隧道监控设备设置原则

6　隧道监控系统设计

漆树坡、白芷山、八台山和石塘隧道监控系统［4］包括：隧道管理站中央控制管理系统、闭路电视监视系统、交通控制系统、环境监测与通风控制系统、照明控制系统、集中火灾处理系统、紧急电话报警系统、有线广播系统等。庙坝隧道监控系统由白芷山隧道统一管理。

6.1隧道管理站中央控制管理系统［4］

城开快速公路各隧道管理站中央控制管理系统可实时采集各系统的设备数据，贮存、统计、显示各监控设备的工作状况，并可对现场设备进行控制。发生交通异常状态时，可将有关信息上传至上级监控单位，使隧道管理人员能及时通知消防与执法部门，以便有关人员迅速赶到现场救援。

城开快速公路各隧道管理站中央控制管理系统的计算机控制系统可组成一个计算机局域网，局域网采用以太网结构，通过光纤实现与现场控制网络的连接，并通过敷设光缆接入漆树坡隧道管理站计算机系统。

6.2闭路电视监视系统［5］

隧道闭路电视系统对隧道进行全程监视，平时用于掌握隧道内及洞口的交通运行状况，以利于进行交通控制；紧急时用以确认隧道内设备上传的报警信息及协助消防、救援、疏散等。为确保隧道内图像连续，避免存在死角与盲区，城开快速公路隧道内彩色定焦摄像机的有效可视距离控制在140 m左右［4］，且在隧道洞口外约150 m处设置变焦摄像机，在变电所设置半球彩色摄像机，白芷山和八台山隧道管理站在隧道救援导洞入口、出口和车行横通道处各设置1台定焦摄像机。漆树坡、白芷山、八台山和石塘隧道管理站对各自所属隧道图像进行集中监视。

漆树坡隧道和石塘隧道图像［5］通过数字光端机一对一上传至各隧道管理站，经视频分配器分配，一路接入视频切换控制器，一路接入网络硬盘录像机。白芷山和八台山隧道图像通过数字光端机一对一上传至各隧道管理站，通过视频分配器后，一路接入视频切换控制器，一路接入网络硬盘录像机，一路（隧道洞口、隧道入口、隧道出口、隧道车行横通道附近的摄像机图像）接入视频、事件分析仪后再接入3层以太网交换机。庙坝隧道图像统一由白芷山隧道管理站管理。

隧道闭路电视监视系统对隧道出、入口及隧道内的交通流量、车流密度及道路使用状况进行监视，可使管理人员及时、直观地看到交通阻塞的现场和原因的画面，从而可使其更加方便地辨认事故及其严重程度、事故类型。

管理人员通过闭路电视系统可对隧道控制信号（如车道指示器、交通信号灯、可变情报板等）进行直观确认。闭路电视系统是除管理站计算机外能自动收集设备运行状况、反馈信号并确认事故现场灾情的又一手段，尤其是对隧道内火灾报警予以确认。如几种设备同时报警，则优先显示火灾报警信息。

漆树坡、白芷山、八台山和石塘隧道两端各设置1台室外全天候、具有光圈自动调节、变焦镜头的彩色摄像机，以监视隧道口的交通状况，紧急状态下还可监视车辆疏散情况。

在隧道无人值班变电所各设置3套定焦半球彩色摄像机，以监视主要出入口、变电所机房等重要区域。

白芷山、八台山和石塘隧道管理站的闭路电视系统在监控室内配置了电视墙，闭路电视系统中的视频切换控制器切换输出2路图像，其经过MPEG4 -4编码后接入3层以太网交换机，视频图像可以通过闭路电视系统中的视频控制计算机在电视墙上控制显示。漆树坡隧道管理站的闭路电视系统在监控室内配置了4×50 in DLP大屏，闭路电视系统将将上传来的图像通过MPEG4-4解码后接入视频切换控制器，通过视频切换控制器可以在电视墙上控制显示。

在白芷山和八台山隧道管理站各配置了1套视频事件检测系统，其由事件检测分析仪、事件检测工作站及管理软件构成。隧道洞口、入口、出口、车行横通道附近的摄像机图像设置为事件检测点。摄像机图像上传至隧道管理站并经视频分配器分配后，一路接入视频切换控制器，另一路接入事件检测分析仪进行分析。事件检测分析仪的检测数据接入3层以太网交换机，并由事件检测工作站统一存储和管理。

视频、事件检测系统可对事故发生原因进行快速分析，将被动监视变为主动监视，从而可大大提高视频监视系统的效率，降低维护人员的工作强度。

6.3交通控制系统

城开快速公路各隧道交通控制系统由PLC、交通信号灯、车道控制器［6］、横通道指示标志、小型可变情报板和可变情报板等设备构成。其可实时检测、采集交通参数，分析判断交通运营状况，控制交通信号灯、车道指示器、可变情报板的状态并显示信息。

交通控制系统主要功能：1）隧道内发生严重交通事故或火灾时，能自动控制交通信号，限制隧道外车辆进入并引导隧道内车辆驶离事故隧道；2）隧道内发生较小交通事故或隧道检修时，能控制交通信号设备，引导车辆按单洞双向行驶或者单洞单向行驶。

城开快速公路各隧道内PLC与各自所属的隧道管理站计算机系统进行信息交流，实现系统联动控制。隧道内PLC具备独立工作的能力，在系统出现通信故障情况时，其可根据预先编制的预案实现对管辖区交通信号设备的控制。

城开快速公路各隧道交通量检测由事件检测系统的的事件检测分析仪完成，其通过分析CCTV视频信号，可得到隧道各断面交通检测数据，并将各隧道交通检测数据上传给各自所属的隧道管理站交通监控计算机，交通监控计算机对所有隧道断面交通量进行综合处理，可得到所有隧道交通量的分布情况。

6.4环境监测与通风控制系统［4］

城开快速公路各隧道设置环境监测与通风控制系统自动采集隧道内的有关环境数据并将作为通风控制的基本参数，且采用手动、自动、远地控制相结合的方式对隧道风机进行控制，保证隧道的营运环境。

根据国内近年来隧道监控的工程设计和实践经验，采用电化学分析方式进行CO浓度监测的传感器因其寿命短、维护工作量大等缺点，工程中已基本不再使用。城开快速公路的长、特长隧道设置的环境监测与通风控制系统采用在国内外隧道中广泛使用的CO/VI一体式探测器，对隧道内CO浓度和能见度进行检测。该设备安装维护方便，可适应恶劣的工作环境，且性能可靠、价格适中，是目前较为成熟的隧道用CO/VI传感器。CO/VI传感器监测的环境数据通过隧道组成的工业以太环网上传至隧道管理站内局域网，隧道管理站内局域网的管理计算机对检测数据进行分析、验算等后，再对所属隧道内的风机运行方式和运行时间进行控制。

城开快速公路各隧道以现场CO/VI传感器监测设备上传的监测数为依据，其隧道通风控制可采用多种控制方案，且根据不同的管理运营需要通风控制分为手动控制、时段控制和联动控制。

6.5照明控制系统［4］

城开快速公路各隧道照明控制系统由隧道管理站计算机网络、现场控制工作站、光强检测仪（用于检测洞口光亮度）、变电所的PLC组成。

照明控制系统的工作原理是：系统不间断地检测隧道口处的实际光亮度值，将检测值传至隧道管理站计算机系统并经综合处理后，按预定控制方案对变电所主PLC下达控制命令，对照明进行控制，从而使系统能自动控制隧道内照明灯具，在保证安全行车的前提下，最大限度地降低照明的能源消耗。

城开快速公路各隧道照明通过以上工作原理可使各隧道照明按晴天、云天、阴天、夜间的车流量大、小实现5级控制，以达到保障安全、节约能源的目的。

6.6集中火灾处理系统

城开快速公路各隧道设置了火灾检测报警系统［7］和火灾手动报警系统，各隧道所属隧道管理站设置了点式集中报警检测器。下面分别介绍各系统在隧道内、隧道管理站和隧道变电所的设置及数据传输。

1）隧道火灾检测报警系统和点式集中报警检测器的设置和数据传输。

城开快速公路各隧道分别设置了1套完整的火灾报警系统，其由光纤火灾报警探测器、光纤火灾报警集中检测器、点式感烟火灾自动报警探测器、点式感温火灾自动报警探测器、点式设备报警集中检测器、相关软件以及其他必要的配件组成。

隧道火灾探测器采用线性光纤火灾探测器［8］。光纤火灾探测器安装在隧道洞顶，在隧道内连续布设。

漆树坡隧道城口端变电所设置了光纤火灾报警集中探测器和点式设备报警集中检测器。光纤火灾报警集中探测器通过串口与点式设备报警集中检测器连接，并通过以太网接口与工业以太网交换机连接。点式设备报警集中检测器通过以太网接口与工业以太网交换机相连，工业以太网交换机通过光纤收发器与漆树坡隧道管理站3层以太网交换机相连。

白芷山隧道城口端、万源端和洞内2号变电所设置点式设备报警集中检测器。万源端和洞内2号变电所点式设备报警集中检测器通过光纤收发器与城口端变电所点式设备报警集中检测器联网，洞内2号变电所设置光纤火灾报警集中探测器和点式设备报警集中检测器。城口端变电所点式设备报警集中检测器通过以太网接口与工业以太网交换机相连，工业以太网交换机通过光纤收发器与白芷山隧道管理站3层以太网交换机联网。庙坝隧道与白芷山隧道管理站联网。

八台山隧道城口端、万源端和洞内变电所设置点式设备报警集中检测器。点式设备报警集中检测器通过光纤收发器与万源端变电所点式设备报警集中检测器联网，洞内变电所设置光纤火灾报警集中探测器和点式设备报警集中检测器。万源端变电所点式设备报警集中检测器通过以太网接口与工业以太网交换机相连接，工业以太网交换机通过光纤收发器与八台山隧道管理站3层以太网交换机联网。

石塘隧道万源端变电所设置光纤火灾报警集中探测器和点式设备报警集中检测器。光纤火灾报警集中探测器通过串口与点式设备报警集中检测器连接，并通过以太网接口与工业以太网交换机连接。点式设备报警集中检测器通过以太网接口与工业以太网交换机相连，工业以太网交换机通过光纤收发器与石塘隧道管理站3层以太网交换机相连。

点式设备报警集中检测器均通过以太网端口与现场控制工作站通信，完成检测数据的传送。白芷山、八台山和石塘隧道管理站火灾报警系统通过光纤网络与漆树坡隧道管理站火灾报警系统联网，漆树坡隧道管理站火灾报警工作站可以实时了解白芷山、八台山和石塘隧道管理站火灾报警系统的工作情况。庙坝隧道现场监控室火灾报警系统通过光纤网络与白芷山隧道管理站紧急电话主机联网。

2）火灾手动报警系统的设置和数据传输。

城开快速公路各隧道手动报警按钮在隧道内交错布设，间距为50 m。点式感温火灾自动报警探测器安装在隧道变电所各房间屋顶。点式感烟火灾自动报警探测器安装在各隧道管理站和轴流风机房屋顶。手动报警按钮、点式感温火灾自动报警探测器和点式感烟火灾自动报警探测器接入信号传输总线，各总线回路分别接入点式设备报警集中检测器，光纤火灾报警集中探测器接入点式设备报警集中检测器。

6.7紧急电话报警系统［4］

城开快速公路各隧道紧急电话系统由紧急电话主机及其外围设备（打印机、电话机等）、传输线路和紧急电话分机组成。紧急电话自成体系，为专用呼救系统。

紧急电话从系统安全性、稳定性、及时性、经济性以及后期运营维护等出发，系统采用光纤总线式设置。

紧急电话主机具有自动检测功能，可检测系统的正常和故障信号，可自动录音、记录和打印。当隧道内发生事故时可通过摄像机调看该紧急电话分机位置处的图像，对其事故予以确认，同时系统可将呼叫电话分机位置数据传给紧急电话工作站。紧急电话分机呼叫时，紧急电话控制台应具有声、光显示，并自动显示呼叫分机位置。当控制台与某一分机通话时，如另有分机呼叫，会出现声光或显示，并通知呼叫分机等待。

成开快速公路各隧道洞口和洞内设置紧急电话分机，洞内紧急电话分机每隔200 m设置1台，左右交错布设。漆树坡、白芷山、八台山、石塘隧道在隧道管理站设置紧急电话主机，庙坝隧道在隧道变电所设置紧急电话主机。

白芷山、八台山和石塘隧道管理站紧急电话主机通过光纤网络与漆树坡隧道管理站紧急电话主机联网，漆树坡隧道管理站紧急电话主机可以实时了解白芷山、八台山和石塘隧道管理站紧急电话系统的工作情况。庙坝隧道现场监控室紧急电话主机通过光纤网络与白芷山隧道管理站紧急电话主机联网。

6.8有线广播系统

成开快速公路各隧道现场发生事故时，隧道管理站广播控制台对现场进行事故广播，对交通流、人流进行诱导。隧道广播系统采与隧道紧急电话采用二合一方案。紧急电话主机与有线广播主机为1套设备，隧道内紧急电话分机内设功放模块，可驱动扬声器。隧道内扬声器每隔100 m单侧布设，隧道洞口200 m左右设置1对扬声器。

7　结束语

本文针对城开快速公路几座长、特长单洞双向公路隧道（其中有2座长度超过5 km）的监控设施情况，及其全线开放式管理的特点，介绍高等级公路隧道几大机电系统的设计，分析并探讨城开快速公路隧道的监控设施设计，以有效提高高等级公路隧道运行的安全性、管理的便捷性，为高等级公路隧道运营管理提供有力的技术支撑。

［1］重庆市交通规划勘察设计院.城口至万源快速公路通道两阶段施工图设计［Z］.重庆：重庆市交通规划勘察设计院，2010.

［2］交通运输部公路局，中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG B01—2014公路工程技术标准［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［3］中交第一公路勘察设计研究院.JTG D80—2006高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［4］招商局重庆交通科研设计院有限公司.JTG D70/2—2014公路隧道设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［5］中华人民共和国公安部.GB 50395—2007视频安防监控系统工程设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2007.

［6］公安部交通管理科学研究所.GB 14886—2006道路交通信号灯设置与安装规范［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［7］中华人民共和国公安部.GB 50116—2013火灾自动报警系统设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2013.

［8］公安部沈阳消防研究所.GB 16280—2014线型感温火灾探测器［S］.北京：中国标准出版社，2014.

Design and Exploration of Road Tunnel Monitoring from Chengkou to Kaixian of Chongqing

YUE Tong

Take 5 tunnels on the road from Chengkou to Kaixian as examples，to introduce the design of all sub-systems of tunnel monitoring facilities，and explores the linkage control of all sub-systems，so as to realize safe operation management of long/extra long tunnels in open type road.

Expressway；long/extra long tunnel；monitoring system

1009-6477（2016）04-0118-06

U459.2

A

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.027

2016-02-26

岳通（1977-），男，四川省绵阳市人，本科，高工。