虹梯关隧道监控系统改造工程设计方案

段飞飞

(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030032)

1 项目概况

长平高速公路是山西省“三纵十一横十一环”交通网的重要组成部分,也是晋煤外运的一条重要通道。虹梯关隧道是全线重点控制工程,其长度超过13 km,于2013年建成通车。虹梯关隧道通车运营至今已近十年,在隧道提质升级项目中经过对隧道排查发现:(1)隧道电子限速标志故障,本地无法正常显示;(2)微波车辆检测器损坏,无法检测交通量数据;(3)2台一氧化碳/能见度检测器损坏;(4)隧道目前为标清视频平台,监控摄像机老化严重,故障率高,且图像质量差;(5)虹梯关隧道部分火灾报警设备损坏。

为确保隧道管理工作正常有序开展,进一步提升虹梯关特长隧道设备完好率,亟需对其进行监控设施提质升级改造。

2 改造设计原则

(1)选用技术先进、应用成熟的监控系统方案实施。

(2)选用可扩展的系统架构进行选型设计,新系统在选用时应考虑与已有系统的兼容性。

(3)尽量不改变隧道主体工程结构,隧道内设备安装不得侵占隧道限界[1]。

(4)尽可能利用现有供电条件及传输链路[2],杜绝资源的浪费。

(5)系统的安全性设计原则。

整体性原则:设计应结合现有的系统,照顾到整个网络系统的全局,保证各系统在采用了安全措施后,仍能正常地协调一致地工作,且原有系统的运行效率不能明显降低。

实用性原则:应能最大限度地发挥应有的作用,更好地保证系统安全,且由于增加了安全系统应能减少用户和系统维护人员的工作量,使用方便,界面友好。

先进性原则:安全体系设计充分考虑计算机行业的技术发展趋势和前沿应用经验。

可靠性原则:软、硬件产品选型必须采用技术成熟的主流产品,保证运行稳定可靠。

经济性原则:所选设备应具有最好的性价比。

安全性原则:所选软、硬件产品要有国家安全部门的产品许可证。

可发展性原则:具有可扩展性,可适应整体系统的未来发展和升级需求。

3 改造内容

改造工程设计方案主要内容:根据对虹梯关隧道内监控设施运行现状的调研情况,参照隧道提质升级行动技术指南、现行公路隧道附属设施设计相关规范及机电设备技术更新采用等相关要求,对不符合提质升级指南及现行规范的部分进行改造,对老化损坏的监控设备进行更换、维修。

3.1 隧道高清改造方案

(1)视频监控系统现状

虹梯关隧管站管理模式为:省中心-片区中心-隧管站,隧管站图像均上传至片区中心。

①虹梯关隧道内摄像机均为模拟标清摄像机,运营至今已近10年,设备的使用寿命已经接近了设计使用年限,整个系统存在可靠性低、图像质量差、故障率高、备品备件原厂家已不在生产,没有替代配件等一系列问题,系统已经不能满足隧道日常安全管理的需求。

②隧管站目前视频平台为标清平台,显示设备均为标清监视器,无论是实时监控还是事件录像回放,都只能看到交通运行大致情况,无法获得更多的细节信息。经常造成图像模糊,传输设备运行不稳定,维护成本高昂等问题。

③事件检测效果不理想:事件检测图像源只有标清级别,事件检出率低,后续视频图像源改造为高清级别后,需要对事件检测系统进行升级以适应匹配高清图像的事件检测分析。

(2)视频监控系统改造方案

虹梯关隧道高清改造主要由前端图像采集系统、网络传输系统、显示系统、存储管理控制系统、事件检测系统组成,其中前端图像采集系统包括隧道上下行洞口监控、隧道内监控、人行/车行横洞监控、紧急停车带监控、变电所监控等。

对虹梯关隧道视频监控设备进行高清改造,首先将虹梯关隧道2套洞口云台摄像机、隧道内210路固定摄像机、36套紧急停车带球机、29套变电所球机均更换为高清监控摄像机;再将虹梯关隧道管理站视频监控系统的数据传输、存储、解码、显示、处理设备更换为高清视频设备;本次改造工程视频存储设备采用32路硬盘录像机,且硬盘录像机兼具事件检测功能,节省事件检测分析仪工程量;在隧道左右洞各敷设2根48芯单模光缆;并在改造结束后对隧管站监控室操作台、监视器布局、监控室地板等进行恢复。

①外场部分

对隧道内及隧道变电所监控摄像机进行一对一更换高清设备,供电路由利旧。在隧道左右洞各敷设2根48芯单模光缆,用于隧道内视频及数据的传输。

视频数据利用高清环网接入设备经光缆传输至隧道管理站监控室三层以太网交换机。

②隧道管理站部分

将隧道管理站监控室监视器墙更换为46寸超窄边液晶拼接屏,采用4行×9列共36台显示器。并配相应的三层以太网交换机、视频服务器、视频存储服务器、磁盘阵列、高清解码器、视频管理软件等。实现高清视频图像在隧道管理站的显示、存储及处理工作。并在改造完成后对监控室设备布局进行恢复。

硬盘录像机硬盘容量计算:满足按照高清格式视频数据存储的写入/回放性能,以及最低30天的存储容量[3]。

表1 隧道视频存储容量计算表(按277路视频存储一个月计算)

按照8T企业级硬盘配置,需要54块硬盘来满足存储需求。

③摄像机供电方案

对隧道内及隧道变电所监控摄像机进行一对一更换高清设备,供电路由利旧。

④软件修改

本次改造需要考虑隧道管理站视频管理软件。另外,视频监控系统在高清改造后应计量监控系统软件修改工程量,以实现改造后高清视频系统与隧管站现有监控系统平台的对接。

⑤安装要求

隧道摄像机原址安装,对支架不牢固部分进行固定修复,焊接后支架应做防腐处理。

⑥施工交通组织方案

建议高清改造过程中,首先配置隧道管理站内监控设备,并对站内系统进行调试,显示屏更换过程中,可将隧道内视频图像在显示器上切换显示,以满足对隧道内情况进行实时监控的需求。隧管站设备调试完成后再对隧道内摄像机进行更换,首先将新增的48芯光缆敷设在隧道内,保证视频传输通路。最后进行摄像机的逐段更换。

在已通车的隧道内实施改造工程必然会对正常交通组织产生一定的影响,必须在交警和路政等相关部门的大力指导和配合下方可进行。施工交通组织的目的是为了车辆顺利通过施工区,保障工程施工的安全。高速公路运营管理单位及施工单位应在施工期间结合设计图纸和现场情况,编制详细、具体的施工组织设计。

需要在隧道侧壁安装设备时,仅封闭一条车道;施工完毕后恢复交通。由于隧道光线较差,无论在洞内哪个断面设置施工控制区,在洞口都必须设置交通标志,而且要配备交通指挥人员或交通信号灯。施工应尽量选择在交通量少的时间段下进行。

本项目施工作业区交通设施设置方案,需满足《公路养护安全作业规程》(JTG H30—2015)中关于“隧道养护作业控制区布置”的相关规定。

隧道施工作业控制区宜按照警告区、上游过渡区、纵向缓冲区、工作区、下游过渡区和终止区的顺序依次布置。各区最小长度应参照《公路养护安全作业规程》中相关规定。

隧道施工改造过程中,当高清改造作业影响原建筑界限时,应设置限高、限宽标志。

当施工工作区起点距隧道入口不大于1 km时,施工作业区布置见图1。

Z—终止区;Lx—下游过渡区;G—工作区;H—纵向缓冲区;LS—上游过渡区;S—警告区。

当施工工作区起点距隧道入口大于1 km时,施工作业区布置见图2。隧道入口处应增设施工标志,隧道内警告区宜采用电子显示屏提示。

Z—终止区;Lx—下游过渡区;G—工作区;H—纵向缓冲区;LS—上游过渡区;S—警告区。

3.2 隧道AI智能管控系统

(1)设计范围

在虹梯关隧道双侧洞口各布置AI智能数据采集摄像机一套,共计4套。

摄像机安装可通过吊装、支架方式安装。灯具安装位置建议在距离抓拍设备前方20 m处或根据现场调焦位置确定,安装时宜在行车方向右侧侧壁安装。严禁选用爆闪灯或对司机容易产生视觉冲击等影响行车安全的灯具,严禁在隧道内迎车方向正面安装灯具。AI设备安装支架由厂家提供,设备安装严禁侵占隧道限界,安装过程中可适当调整设备安装高度,以满足隧道限界要求。

在虹梯关特长隧道管理站增设一台隧道智能管控平台服务器(含软件),通过前端AI数据采集设备,结合平台智能分析软件,实现可视化显示过往车辆信息,并实时监控;可实现对车辆的实时管控;可显示实时车辆位置,并做出提示;可显示车流量信息,平均速度;可按车辆特征、车牌号、车型检索录像;可实时显示隧道车辆运营情况;可实现利用原有洞内模拟图像配合寻车;原有的模拟图像接入新建管控平台,可实现配合洞内寻车。

软件调试时,应考虑对原有监控平台的升级,实现数据对接。

(2)数据传输

每套AI数据采集摄像机通过就近的监控配电箱供电,网络通过隧道原有的光端机链路回传,将原有的模拟光端机更换为光收发器。通过1对1模式分别传输到隧道管理站机房内,通过以太网交换机接入管控平台。

(3)隧道智能管控平台实现功能

①过车信息监控

软件可实现对隧道内车辆进行实时监控管控,对隧道过车信息进行实时采集与监控,软件界面至少具有如下功能。

大型车辆识别:当有大型车辆进入隧道时,车辆的信息会显示在大型车辆列表,并在二维的图形化上实时显示大型车辆的位置,提醒监控人员有大型车辆进入隧道。

实时车辆信息:每当有车辆进入隧道后,会实时显示当前隧道车辆信息,车辆驶出隧道后会从实时车辆隧道上消失。

车辆告警:如果隧道内发生事故、拥堵等车辆异常信息时,会在相应的车辆告警信息上显示告警车辆信息,包括告警类型、车辆类型、告警位置。

实时车流量信息:实时的过车数据可以分析当前隧道的实时车流量信息,以及实时的平均车速。

②历史查询

隧道内的实时车辆信息会存储在相应的存储服务器上,当有需要的时候可以根据时间、车辆类型、过车类型等维度进行历史数据查询,并且可以调取相应的过车图像进行查看。

③统计分析

当数据积累到一定程度时,可以在时间、车辆类型、过车速度、异常事件等维度对数据进行统计分析,形成统计分析报表。可以图形化和列表化展示分析报表。

④设备监控

设备监控功能是对隧道内的摄像机、照相机等设备进行监控实时状态,如果设备状态异常,则会发生设备异常告警。

⑤智能巡检

智能巡检功能是通过对真实隧道信息进行3D建模,形成隧道3D沙盘模型。检修人员可通过3D模型直接点击某一台设备查看设备的维修记录等相应的历史数据,做到设备状态的追根溯源。

3.3 隧道广播系统、交通信息采集系统改造

(1)对虹梯关隧道损坏的隧道限速标志进行更换,本次仅更换版面,立柱、基础、传输及供电路由利旧。

(2)对隧道损坏的微波车辆检测器、一氧化碳/能见度检测器设备进行更换,仅更换设备,立柱、基础及传输供电路由利旧。

(3)对隧道损坏的光纤光栅检测单元串及光纤光栅主机进行更换。虹梯关特长隧道监控室硬盘阵列存储时间不满足规范要求,需增加硬盘。

4 结 语

依据隧道提质升级行动技术指南及现行公路隧道附属设施设计相关规范要求,提出了虹梯关隧道监控系统改造工程设计方案,通过本次改造,实现虹梯关特长隧道监控设施功能完备、运行可靠,对隧道内发生的事故事件实现早发现、早解决、细节信息可显示等目的。