公路隧道智能化监控及交通安全措施分析

周晗庚

（福建省高速公路集团有限公司莆田管理分公司机电维护中心，福建莆田 351100）

0 引言

公路隧道作为交通运输工程的重要组成部分，具有成本投入较大、使用周期较长等特点。为了确保公路隧道工程的安全运营，减少外界因素对隧道的影响，需加强公路隧道智能化监控，同时需要做好交通安全管理，为公众的出行提供保障，同时可以积累相应的应用经验，促进交通运输行业的健康发展。

1 建立公路隧道智能化监控系统的意义

总结以往应用经验可以得知，建立公路隧道智能化监控系统的意义如下：

其一，降低隧道事故带来的损害，通过在隧道内设置安装设施、建立智能化监控系统，可以确保隧道内发生交通事故或其他突发事件时，能够第一时间进行报警或者进行自救，缩短事故救援时间间隔，同时可以第一时间提醒其他即将经过隧道的车辆，避免二次伤害，最大限度地降低隧道事故带来的损害。

其二，维持交通干线的正常运行，交通事故具有较强的不可预见性，若不能及时处理这些事故，也会导致交通干线瘫痪。而智能化监控与交通安全措施的应用，可以根据以往历史数据在计算机中进行模拟，对于可能出现的事故类型、危害性展开科学性判断，及时制定相应的预防措施和应急处理措施，最短时间内恢复干线的正常运行，具有很强的实用价值。

2 公路隧道智能化监控系统分布组成

2.1 中央控制系统

中央控制系统作为整个智能化监控系统的核心组成部分，主要是利用获取数据，准确判断出隧道中的事故类型、危害性，随后下达相应指令，最大限度地降低事故带来的负面影响。在系统的硬件设施中，主要包括中心控制服务器、网络交换机、视频工作站、电子数据库、报警主机、矩阵主机、电视墙等，而系统运行时的子模块如下：

其一，信息采集处理模块，主要是对获取到的隧道影像数据、烟尘浓度数据、温度数据等进行系统化处理，在各类计算公式、智能化程序辅助下完成计算和分析，对比后判断隧道目前的安全状态。

其二，功能发布模块，其主要功能是在获取到数据整理结果后，利用隧道内广播、导航信息提示等途径来传递相关信息，如提醒人员重新规划路线、减速慢行等，减少二次伤害事故。

其三，远程控制，在总线控制技术辅助下，可以通过远程控制方式来下达相关指令，还可以利用远程控制信号灯、广播、指示牌等方式提示来往车辆，保证车辆行驶安全性。

其四，报表统计模块，依据信息技术、大数据技术、数据挖掘技术来对已整理的信息展开进一步分析，基于不同分类标准完成数据整理，并汇总整理成不同报表，以提高所整理信息的使用价值。

2.2 设备控制系统

此系统的主要工作是利用传感器数据，准确判断出隧道中设备工作情况，发现异常的设备运行数据后，会及时组织人员进行检修，也会向其他设备下达调节指令，暂时分担故障设备工作内容，维持隧道智能监控网络的完整性。此类系统在应用中包含以下子模块：

一是传感器模块，主要是对隧道设备电流数据、电压数据、温度数据等进行采集，数据采集载体为各类传感器，如温度传感器、湿度传感器、电压传感器等，这些数据在简单处理后会传输到控制模块中展开进一步分析。

二是信息传输模块，在总线控制技术辅助下，可以让获取数据在非常短时间内，将采集数据传输到控制模块中展开处理，模块设置的IP/TCP 协议可最大限度满足不同格式数据传输，保证控制模块中整理数据的完整性。

三是信息控制模块，依据各类计算公式、智能化程序辅助下完成计算和分析，对比后判断隧道摄像机、电视墙等设备目前的工作状态，便于后续指令下达工作的进行。

四是远程控制模块，发现故障设备后，利用远程控制的方式向其他设备下达相关指令，如摄影设备出现故障，会通过下达角度调节指令的方式，让其他摄影设备暂时改变巡视范围，以覆盖之前摄影设备的工作区域，等待设备完成检修后，再恢复正常工作状态。

五是数据统计存储模块，依据大数据技术、数据挖掘技术、云计算技术来对已整理的设备监控信息展开价值数据提取、数据归类存储、信息报表制作等工作，利于后续数据提取、查询工作的顺利推进。

2.3 状态监视系统

此系统的主要工作内容是基于获取到的各类数据，对目前公路隧道运营环境安全性进行判断，利于应急救援、灾害防治等活动的高效展开，保证公路隧道运营环境的安全性。该系统的运行模块包含以下内容：

一是数据采集模块，主要工作内容是对隧道运行环境数据（温度、湿度、烟尘浓度等）、隧道基础环境（隧道顶板形变数据、隧道基础沉降数据等）、车辆来往数据等内容进行采集，主要采集载体为各类传感器和监测器，以获取完整的监测数据。

二是状态评估模块，依据各类计算程序、云计算技术、专家系统来对数据进行计算和分析，在对比分析相关数据后，可以科学判断目前公路隧道运营状态，利于后续控制活动的进行。

三是远程控制模块，发现异常问题后，会利用远程控制的方式向其他设备、电视墙、电子指示牌、信号灯下达相应指令，提醒来往车辆及时更换路线、提前放慢速度等，维持公路隧道环境运行安全。

四是数据报表模块，利用各类技术对相关数据信息进行整理，以报表形式显示事故发生频率、发生位置等内容，利于后续交通安全措施优化与完善活动的进行。

2.4 故障预警系统

此系统的主要工作内容是在系统发现异常问题后，会在控制室、电子地图上弹出警示窗口，同时会显示故障位置、发生时间等内容，利于后续应急救援活动的快速推进。该系统的运行模块包含以下内容：

一是故障响应模块，主要工作是在公路隧道出现异常情况后，故障预警系统会及时做出响应，在控制室屏幕处持续闪烁预警窗口，并伴随着警示声来提示人员查看公路隧道内情况，在经过影像信息确认后，将故障地点、时间等信息传递给行车用户，提示其及时变道和变速，避免事故问题的进一步扩大。

二是数据统计模块，利用信息技术、大数据技术对相关预警数据信息进行整理，做好相应的属性标记工作，利于数据查询活动的进行，同时也为系统升级与更新活动的进行提供可靠依据。

2.5 文档生成系统

此系统的主要工作是对价值数据进行提取和记录，为系统进一步优化完善提供可靠依据。在该系统的运行中，所包含的运行模块如下：

一是数据整合模块，主要是对公路隧道日常运营数据进行提取、分类、整合。在公路隧道每日运营过程中，会产生基数庞大的各类数据，多数数据的重复性较强，但是仍有极少部分的关键性数据，是判断公路隧道工程运行状态的关键性参考。基于数据挖掘技术、信息技术对其进行整理，能够快速筛选出价值数据，并对其进行填报分析与永久记录[1]。

二是数据表报模块，利用信息技术、大数据技术、智能化程序对相关信息进行整理，按照要求将其整理成报警记录、操作记录、日报、年报、季报等，做好报表数据的存储和整理，为系统升级与更新活动的进行提供可靠保障。

2.6 数据统计系统

除上述提到的应用系统外，在智能化监控系统中还会设置数据统计系统，此系统的主要工作内容是对价值数据进行统计、分类、整合，使其可以作为系统不断完善与优化的重要参考。该系统包含的模块如下：

其一，数据整合模块，主要是整理公路隧道工程的日常运营数据，按照时间线、类别对其进行整理，随后也会在智能化技术辅助下完成价值数据提取、分类、整合等工作。在数据整合时可以根据实际情况来整理出实时趋势图，利于公路隧道交通安全管理活动的有序进行。

其二，模拟演练模块，基于实时数据来建立训练集，在训练集当中也包含各类数据，利用机器人深度学习算法整理相关数据，不断提升系统的智能化水平。而且基于智能化模块还可以模拟不同交通流量下隧道内参数变化情况，从而帮助相关人员及时拟定相匹配处理措施，以提高公路隧道工程运行过程的安全性，延长公路隧道工程的使用寿命[2]。

3 公路隧道交通安全措施

3.1 防火救援设计

在防火救援设计活动中，其包含的相关内容如下：

3.1.1 耐火极限设计，具体的设计内容如下：

其一，顶部耐火极限值设计，隧道内出现火灾时会让温度急剧上升，最高可达1000℃以上，此情况下隧道内混凝土很容易出现崩落现象。基于此，需要做好顶部耐火极限的提升工作，将耐火极限延长至两小时以上，为救援活动的进行预留足够时间。

其二，墙面耐火极限，为保护装饰墙内的管道和电缆，需要在前期施工时选择瓷砖或铝合金板等不易燃材料进行装饰，同时会在中间填充硅酸铝、石棉板等材料，使墙面可在两小时内可维持不超过100℃的状态。

其三，排风道的耐火极限设计，选材时要注意不能选用一些易燃材料来作为排风道的内衬使用，应该选用一些不燃的材料，比如石膏板玻璃棉等，以提升该结构的防火性能[3]。

3.1.2 防火分区划分，防火区段的划分应该从火灾排烟、经济合理着手进行考虑。目前，规范建议的防火区段长度是1000m。而从实际作业情况来看，为了确保消防管道和消防器材布设的便捷，防火区段一般与横通道对应，建立安全可靠的公路隧道运营环境。

3.2 洞口增减光设施设计

公路隧道的洞内和洞外存在很大的光线反差，从而对驾驶员视线带来较大干扰，使隧道出入口成为事故高发区域。基于此，在安全交通措施的拟定中，也需要做好洞口增减光设施设计，改善公路隧道出入口的视线环境。目前经常使用到的减光设施如下：

一是设置遮阳棚，其主要作用是可以遮挡阳光直射在洞口位置，减弱路面的反光效果，以达到相应的减光目的。在具体的设计中，遮阳棚的尺寸、铺设间隔、倾斜角度等内容，需要参考当地的太阳高度角展开设计，以提高遮阳棚的应用效果[4]。

二是种植减光植被，在公路隧道洞外道路两侧种植高大树木，距离洞口越近，其栽种密度越高，在缓解人员心理压抑感的同时，可以减少阳光直射。具体种植活动中，多选择养护成本较低、吸光能力强的植物进行作业。

3.3 隧道内装设计

为了提高行车过程的安全性，需要隧道侧壁亮度可以长期维持正常应用状态，基于此，进行内装材料选择时，可以通过调节墙面反射率来改善亮度，即在内装材料选择时，会优选光亮度较高的材料，以达到良好的亮度效果。同时考虑到隧道环境封闭性较强，并且具有较大回声，增加了隧道运行期间的噪声。因此，在内装材料选择中，也需要优选吸声良好、防反射材料再进行内装。例如，某些公路隧道工程在前期装修施工时，会使用石棉网板或空心板作为顶棚装饰，在保证噪声吸收率的同时，能够有效降低系统噪声，以降低外部声音对于驾驶员的干扰，营造安全的行车环境[5]。

另外，在内装过程中，还需要考虑材料的耐久性，减少后期维修养护成本支出量，同时能够维持公路隧道交通环境的通畅性，保证车辆的正常运行。

3.4 隧道运营管理

除上述提到的相关内容外，在交通安全管理活动中，也需要做好隧道运营管理工作，这也是降低隧道工程安全事故发生概率的重要保障。在具体实践中需注意以下内容：

第一，行车方式管理，隧道内车道分隔线为实线，不允许随意超车和变道。如果出现事故占用车道的情况，可以通过改变道路上信号指示提醒车辆改变行驶车道，避免隧道内车辆拥堵问题。同时间隔布置紧急停车带，营造安全车辆运营环境[6]。

第二，行车速度和行车间距管理，通过降低行车速度、加大行车间距等方式来保证公路隧道交通运行环境的安全性。同时，会在隧道入口、路线醒目位置布置警示标志，提示驾驶员提前降速，以保证车辆行驶速度的安全性。

4 结语

综上所述，公路隧道智能化监控系统具有较强的专业性和复杂性，对今后隧道运营情况监控及维护有着明显的促进作用。因此，相关运营部门需要不断对公路隧道智能化监控系统进行研究，加强公路隧道交通安全管理，以此来降低后期维护管理成本的投入，更好地发挥出高速公路隧道的功能和效用。