谈高速公路机电监控系统组成、特点及隧道监控模式

【摘要】    高速公路隧道监控作为重要管理内容，为实现节能、高效的运行管理，需合理构建机电监控系统。文章以高速公路机电监控系统特点为切入点，要求系统能够自动化传输数据、实时化监控环境、自动化开展办公、全天化落实稽查，以此为基础，提出机电监控系统构成要素，结合实际案例选择监控模式，从而为相关工作者提供参考。

【关键词】    高速公路    机电监控系统    隧道监控模式

引言：

现代科技发展下，技术的融合与创新为高速公路智能化监控提供了基础。隧道是高速公路关键环节，有效节约用地、减少道路距离，以此缓解交通压力，内部却由于处于地下，周围较为封闭，导致内部光线强度差，环境较为单调，加上空间密闭易产生严重交通事故。因此，高速公路隧道应当积极应用机电监控系统，合理应用数据传输技术、信息处理技术，集成庞大信息模块，协调多方面工作，从而维护公路质量，确保车辆行驶安全。

一、高速公路机电监控系统特点

高速公路隧道作为高速公路建设、施工及管理控制对象，应结合《公路隧道设计规范》，明确设备配置需求，经过测量隧道长度，预测隧道车辆年平均交通量，确定设计年度等各种因素，计算隧道监控等级。为保证隧道监控效果，功能特点要求如下：

1.数据自动化传输。在科技发展下，监控系统也需做到信息化管理，实现数据、信息自动传输，输送至监控中心，人员即可远程控制，推动系统向集成化、智能化方向发展。

2.环境实时化监控。高速公路监控系统主要是通过环境动态监控的方式，能够实时监控设备运行情况，有关部门即可通过定时观察采集数据，发现机电监控参数异常，采取有效措施，预防发生安全事故，保证隧道正常运行。

3.人员自动化办公。监控系统可实现自动化办公，立足于處理信息系统升级优化，利用网络通信技术，连接OA自动化办公系统，能够自动处理、存储传输数据，提高工作效率。

4.稽查全天化落实。机电监控系统安装后，能够实现全天化稽查，全面记录通过隧道的车辆信息、设备运行参数、发生事故几率等，保证资料记录全面系统，满足收费稽查需求，实现正常工作。

二、高速公路机电监控系统组成

（1）设备布设

监控系统中，外场设备采取核心微处理器，能够实现预处理、发送及收集整理数据，经过系统分析后，下达命令至现场设备，由监控站负责提出指令要求，根据交通量、隧道长度等确定工程等级，按照工程等级，确定外场设备情况，强化隧道监控，以此完成照明、交通诱导、通风等要素的控制，增强隧道处理事故能力。布设内容如下：

1.隧道进、出口安装变焦彩色摄像机，监视隧道交通情况，内部设置相应定焦摄像机，控制间距在150m内。

2.隧道的紧急停车带、洞口等部位，设置控制灯、情报板、信号灯等，保证车辆进入洞口前能够有所准备。

3.隧道外设置摄像机、雷达测速探头，内部则安装控制器、噪声监测仪，对隧道内车辆进行监控。

4.隧道内合理配置风向风速仪、CO/VI检测仪，借此检测隧道风向、风速及各种烟雾、烟气浓度，合理开启、协调通风系统，强化内部管控。

5.隧道洞口位置安装光强检测仪，自动控制照明。

6.隧道内部、变电所安装控制器、监控设备等，采取光纤以太网模式，光纤100M能将内部控制器和以太网交换机有效连接，构建光纤环网，且将控制器、继电器等备件放置于控制柜，控制柜则安装在密集设备区，便于监控人员能够对设备数据准确收集，了解现场情况。

7.洞口、内部均安装紧急电话线、广播设备，通过两者便于隧道内车辆出现问题后，人员能够及时通过电话系统进行报警，监控站人员也可通过广播做好指挥工作，发出警告灯，设置紧急电话位置，安装指示牌。

8.隧道行人横洞、行车横洞、紧急停车带均要设置表示，利用光电标志，便于驾驶人员辨别。

（二）系统构成

1.可变情报板显示系统

监控中心安排人员负责24小时管理，实时查看隧道内监控录像、数据等，编辑交通信息，运营指令、路面情况，做好信息播放及缓存工作，监控人员结合实际，确定信息显示时间及顺序，且屏幕能够根据环境，对亮度自动调整。

2.行车调度系统

为引导和控制隧道过往汽车，确保隧道行车畅通安全，隧道内设置调度系统，便于人员进行监控，确保内部发生事故、火灾等灾害后，能够按照火灾应急预案的设置自动执行，隧道内业开启控制机，转换信号指示灯，提示其他车辆禁止通行，入口处也做好障碍设置，避免后续车辆不清楚情况随意进入。

3.通风照明系统

隧道内部由于封闭性高，车辆行驶中也会排放有害气体，对于环境会造成污染，特别是长大隧道，要求做好管控工作，保证隧道即便长期运行，也能维系内部安全，安装控制、通风系统。其中，通风系统可对内部风机、照明、应急照明灯等设备加以控制，由于照明及风机设备能耗高，需减少开启时间，结合情况确定开启组数等，节省运营和投资成本，产生火灾后，还要做好内部空气控制工作，开启通风系统、控制系统等压制火势，便于人员扑灭火灾。并且，通风系统拥有手动、自动模式，计算机为人员提供数据参数后，人员分析难度高，加上流程复杂，多以自动为主，设置在隧道管理中心，发生灾害后结合车辆及火情情况，根据模型生成控制通风方案，控制隧道开启风机的通风方向，照明系统则负责引导、协助疏散人员。监控人员可通过洞口视频观察控制开关洞口照明灯，由于通风是确保车辆行驶安全的重要环节，应和交通、环境、火灾报警系统联动，如表1所示。

隧道监控平台选用风速风向检测器、CO检测仪及火灾报警系统判断是否发生火灾，监控人员结合实际情况启动风机，为保护设备，风机需设置延时启动，同组风机延时20s，转换延迟为5min。

4.隧道紧急电话系统

该系统主要是用于隧道产生交通事故后，便于驾驶人或周围人员通过系统，拨打紧急电话寻求援助，也是收集事故、车辆故障、监控运行的重要设备，隧道内200m安装1个紧急电话，隧道出入口10m位置安装紧急电话。设备分别是：紧急电话控制台，包含计算机、管理软件、打印机、主控制器等，控制台有2个RS232串行接口，以此连接计算机，系统可传输数据至监控中心，中心人员即可根据电话控制台完成协调指挥、互相通信，紧急电话通话柱负责管理和接收控制中心呼叫，能够定时和隧道电话联络，检测电话状态，发生故障及时告警。

5.火灾报警系统

该系统在洞口变电所安装报警机器，内部隧道设置感光探测器、报警按钮及声光报警器，当发生火灾后，人员即可利用报警设备，通过总线连接报警机器方式，设置独立报警回路，能够立即报警。火灾报警主机的数据通过区域控制器+工业以太网的方式作为冗余网络接入上级管理所火灾报警平台，火灾报警平台程序能显示报警位置并与闭路电视系统形成联动，监控画面将强行向火灾报警位置切换，由监控人员负责确认后，执行信号灯、照明等流程，做好隧道内调度。

6.闭路电视系统

高速公路隧道视频系统功能，每隔150m设置一台彩色固定摄像机，能够对隧道无盲区、连续监视，各车行横洞及紧急停车带设置1台变焦球型摄像机，可监视车辆、交通运行情况，设置激光夜视摄像机，便于确认异常事件，以人工智能深度学习为核心，建立视频检测计算机，发生交通事故后，能够自动分析检测进行报警。还能和千兆环网工业交换机连接，每个变电所配制4个夜视摄像机与1台工业网交换机，传输数据后显示在2×11寸液晶屏幕上，轮番巡视紧急停车带、人行横通道、隧道洞口，将视频数据存储起来，磁盘容量根据30天存储需求配置。

（三）数据级联

高速公路监控中包含诸多机电设备，有交通信号灯、情报板、车道指示器、车检器等，确保设备可发挥作用，通过情报板将文字展现出来，为驾驶者提供前方救援、路况内容;车检器则能够根据微波原理，对车流量、车速完成测量，为后续规划提供测数据，车道指示器能够引导司机选择行车道，判断隧道车道通行，以免发生事故或拥堵。此类监控设备运行阶段具有唯一状态参数，隧道管理站及监控软件需对设备运行及时更新，记录好设备运行参数、操作指令等，做好数据库存储工作，可控设备状态若有人员干预，还能将其记录于日志内。设备录入下，可通过检测系统收集环境数据，也能实时展示数据变化，录入新数据，根据要求完成数据保存工作，为人员查询、使用提供支持。

数据级联可分为4级，分为中心路段、管理站、省中心、区域中心，确保级联之间能够畅通交流，传输数据做到资源共享，文本格式统一划分，达到数据级联效果，仅能实现上下级数据输送，无法跨级传输。在数据级联中，设备监控中，文本格式选用xml，信息均存储于xml字符串之中，经过中间件将收集信息统一发送，且选用GBK编码字符串，根节点选用MsgPackage，内容包含return State、sub Package、head、identity 4个子节点，identity可以存储标识符号，涵盖源地址代码、目标地址代码等，确定接受和发送对象属性;sub Package可储存数据内容;head可以存储各类型数据信息，涵盖业务编码、时间等;return State可以存储主机反馈内容，包含未知错误、接受信息、解析失败等数据，无反馈则是空。监控系统对设备管理中，能够通过数据级联确定数据库参数，结合及联系分析，做好设备信息整理工作，按照字段标准格式完成汇总，上报至系统，实现数据存储。

三、高速公路隧道监控模式

（一）常规监控

高速公路隧道监控中，选用常规监控模式，以就地监控的方式，出入口作为监控站建设的主要地点，能够及时了解隧道情况。数据传输中，分支信息能够报送信息至监控系统，人员可随时录入信息，及时上传，系统内部有光交换机、光纤自愈环、安装于高清枪机与车辆检测器中，确保准确、完整的掌握车辆信息。车辆检测系统安装中，内部构件以车辆检测器为主，人员可实时监测隧道具体位置。

（二）中心监控

监控系统采取中心监控，是将隧道、道路、收费等系统集成建设，有利于人员集中管理，做好道路监控、隧道管控调度等工作，为合建工作形势，由于管理复杂，很少实际应用。建立监控站处于收费站内，人员需严格落实设计标准，核查安装位置，严谨工作通道与房间尺寸，保证设备运行稳定，安装采取走下线模式，完成安装开展试运行，保证收费站运转正常。人员监控道路中，收费站显示屏会上传图像、数据至监控中心，转化至监控系统电视墙，以了解收费站进出车辆。

（三）分中心集群

公路隧道数量的增加，选用分中心集群模式，可扩大使用系统范围，外部设备如摄像机、传感器、检测设备等，能够连接各隧道内部情况采集信息，通过控制器汇总数据至监控分中心，管理者即可根据数据内容，分析现场故障、运行情况，实现统一的指挥调度。监控中心内部有诸多网络平台，人员带有数字键盘、对讲机，系统配置传输器、报警器、显示屏等，能够随时观察隧道路段情况，收集数据，发生安全问题警报器将会产生报警信号，安排人员及时奔赴现场解决问题。

（四）实践案例

高速公路建设作为潜力大、深拓展的行业，建设周期长，西部区域隧道集中地段，造价达到8500万元/km，隧道监控与机电投資为4500万元，需优化管理统一规划。以南两高速公路为例，连接内环、二环高速公路阶段，沿途隧道有6座，2座隧道长4000m以上，设计阶段规划隧道监控、供配电、消防，便于集中统一调度。为保证投资相等下选择最佳设备技术，分析各监控模式优缺点，如表2所示。

该工程采取中心监控模式，相同投资下能够优化设备与技术，组网采用重庆IP地址规划，以VLAN方式互通收费、数据及监控视频，增加RS232数据通道，每个手报器与烟感器均分配相应IP地址，便于准确报警，及时处理。

四、结束语

综上所述，高速公路隧道作为施工、管理及建设重要控制对象，为确保正常运行高速公路，需做好隧道监控工作。因此，隧道监控系统应当结合实际情况，从设备布设、系统构成这两方面出发，保证符合系统功能需求，选择恰当监控模式，从而实现隧道机电设备的一体化管理监测，提高高速公路隧道服务与管理水平。

参  考  文  献

[1]何立东.高速公路隧道零仰坡破碎岩体洞口开挖进洞施工技术研究[J].智能城市，2021，7（15）：163-164.

[2]陈浩，沈艳松，郑慧捷.BIM+GIS在高速公路智慧隧道监控平台的应用研究[J].公路，2021，66（07）：378-381.

[3]赵学武，吴学文，郭爱涛，王中平.PLC在高速公路隧道监控系统中的应用[J].工程技术研究，2021，6（01）：65-66.

[4]段志宏，韩永胜，靳光永. 基于PLCnext技术的高速公路隧道智能监控系统[J]. 测控技术，2021（3） ：306.

[5]王旭东，耿亮，申林山. 基于物联感知的高速公路隧道机电一体化智能管控系统研究及应用[J]. 运输经理世界，2021（11）：10.

[6]林春招.高速公路隧道机电电缆防盗集中监控系统设计[J].机电信息，2019（17）：153+155.

孙钦飞（1991.07-），男，苗族，贵州铜仁，本科， 中级工程师，研究方向：高速公路机电工程（三大系统、隧道机电）。