城市隧道监控系统的设计与实现.pdf

工程设计与应用詹鹏宇（），男，工程师，从事市政电气 设 计 及 智 能 化 研究。城市隧道监控系统的设计与实现詹 鹏 宇（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 ）摘要：城市隧道监控系统是隧道机电附属系统中的重要组成部分。隧道监控系统可以实时监测、采集隧道内的数据信息，并将数据上传至管理中心。在过往城市隧道的设计过程中，监控系统只是基于隧道的各个独立系统进行设计，为提高管理与运营的效率，尽量减少交通事故，能够及时处治突发事件，需对隧道各监控子系统进行精细化设计，为各子系统之间的联动预留控制条件，提升多系统联动的兼容性和整体性，实现隧道智能化运行。针对城市隧道的特点，结合雄安某隧道工程实际情况。从隧道内各监控子系统的设置原则和数据传输网络的结构阐述了城市隧道监控系统的设计方案。详细介绍了各监控子系统外场设备的布置原则和使用功能，以及隧道内通信网络的组成结构。关键词：城市隧道；监控系统；智能化；数据传输中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：引言城市隧道是城市地下空间的重要形式，是庞大的城市地下空间的主要组成部分，是城市地下空间的“动脉”。随着技术的不断发展和运营的要求，隧道工程的发展趋势越来越复杂，与轨道交通、地下空间、智能交通的联系也越来越密切。城市隧道监控系统的设计方案也有着更完善更具体更严格的要求。因此，要想推动城市隧道发展，就要加强对隧道监控系统的研究。隧道监控系统不仅是保证隧道安全运行的关键设施，还是提高城市隧道运营能力以及突发事故应对能力的重要工具。隧道监控系统设计方案以雄安某隧道为例，隧道全长 ，为城市二类隧道。隧道内场监控系统由交通监控子系统（车辆检测器、摄像机、可变信息标志、交通信号灯、车道指示器）、通风与照明监测子系统（能见度 监测器 监测器、风速风向 监测器、亮度监测器）、紧急呼叫设施子系统（有线广播、紧急电话）、火灾及消防报警子系统（火灾探测器、手动报警按钮、温度检测光纤）、无线覆盖子系统（漏缆、光纤直放站）个子系统组成 。隧道内各监控设备电源引自配电室 柜。由配电室 柜引出回路，通过预埋管引至电缆桥架，由电缆桥架引至各用电设备。交通监控子系统（）系统构成。隧道内场设置固定枪式数字摄像机、车道指示器、可变情报板。隧道外场设置微波车辆检测、带云台球型数字摄像机、可变限速标志、门型架可变信息标志、交通信号灯。各单洞数字摄像机洞内每间隔 设置 台以太网交换机，此以太网交换机设置地点前、工程设计与应用后 范围内各现场交通监控设备以太网协议接入。（）摄像机。在每条隧道内间隔 设置固定枪式数字网络摄像机 台，在隧道出、入口外设置杆上安装一体化网络快球摄像机 台。固定枪式数字网络摄像机和一体化网络快球摄像机的视频和控制信号通过以太网交换机和交通监控环网通信光缆将信号上传至监控管理中心交通监控系统服务器、视频监控存储服务器。（）微波车辆检测器。在隧道内每条行车道设置 套微波车辆检测器，在隧道入口前及出口后适当位置设置微波车辆检测器，通过车辆检测器的信息处理后进行统计，用以监测车流量。各车辆检测控制器带有以太网通信接口，用于连接以太网交换机。现场设备直接接入就近交通监控交换机，通过交通监控以太环网通信光缆与监控管理中心交通监控系统服务器进行通信。（）可变限速标志、型架可变信息标志。可变限速标志属智能外场设备，设置在隧道的各入口前端右侧路肩上，可根据天气的能见度和交通实际情况，及时向驾驶员提出最佳行车速度和简单信息提示，以达到诱导交通的目的。在隧道入口处设置门架、型架可变信息情报板，用于发布各种信息，对交通流进行诱导。（）交通信号灯、车道指示器。在隧道入口的汽车联络道前 右侧路肩上设置交通信号灯，对交通流进行诱导。交通信号灯为红、绿、黄、绿箭头四显示信号灯。红灯为禁止信号，绿灯为通行信号，黄闪灯为注意行驶过渡信号，红灯加绿箭头为绕行指示信号，由显示灯、立柱和安装支架构成。每条隧道出入口、隧道中间每隔 、隧道中车行联络洞口处在每条车道的正中央上方隧道顶部安装悬挂式车道指示标志，对交通流进行诱导。交通信号灯、车道指示标志的控制器带有以太网通信接口，用于连接以太网交换机，通过交通监控环网通信光缆与监控管理中心交通监控系统服务器进行通信，接收中心监控计算机指令的远程控制，反馈各种信息（如确认信息、故障信息等）。通风与照明监测子系统（）系统构成。在隧道现场设置能见度 监测器、风速风向监测器、亮度监测器，相邻的 台或 台监测器（相互间距最大不超过 ）检测信号接入 块通风与照明监测系统现场 模块。现场 模块以以太网协议接入与之对应的 台以太网交换机，并在现场配置人机界面（），可实现对照明系统的后备监控。（）能见度 监测器、风速风向监测器。隧道内每个通风段中部设置 台 一体化检测仪，对洞内汽车排气排放物及能见度进行检测。每个通风段中部设置 台风速风向检测仪。（）亮度监测器。在每个隧道与地面联络的进出口隧道处洞内（距洞口 倍洞净高距离的右侧侧壁上）、洞外（距洞口 个停车视距的右侧路肩上）分别设置照度计，对洞口和洞内亮度进行检测。火灾及消防报警子系统（）系统构成。手动火灾报警按钮、可变疏散标志、连接电缆和温度检测光纤、图像型火灾探测器以及火灾报警系统控制柜组成各隧道的火灾及消防报警子系统。每个配电室配套设置火灾报警控制柜，火灾报警控制柜内包括感温光缆检测主机、区域火灾报警控制器、以太网交换机和电源等设备。各隧道的火灾报警系统控制柜均接入火灾、消防报警光纤以太环网，最终接至监控管理中心的火灾、消防报警系统服务器。（）温度检测光纤。从隧道进口至隧道出口在隧道洞内顶部直线悬吊敷设分布式 温度检测光纤。在隧道检修道下的电缆沟内侧壁支架悬吊敷设分布式 温度检测光纤，检测光纤随电缆通路全长敷设。在火灾报警系统控制柜内安装感温光缆检测主机，将各隧道每条温度检测光缆的两端连接在对应感温光缆检测主机的两个接口上，构成温度探测系统。工程设计与应用（）图像型火灾探测器。在行车道两侧侧墙上安装图像型火灾探测器，间隔 布置。视频火灾监测器地址自动编码，将它们的信号与手动报警按钮信号通过火灾报警总线电缆传输至隧道近配电室的区域火灾报警控制器。图像型火灾探测系统由图像型火灾探测器、管理工作站、图像火灾服务器、图像火灾报警监控软件以及网络传输设备组成。（）手动报警按钮。每间隔 在隧道壁洞内右侧设置 个手动报警按钮。手动报警按钮地址自动编码，将它们的信号与视频火灾监测器信号通过火灾报警总线电缆传输至隧道各就近配电室的区域火灾报警控制器。（）声光报警器。间隔 在每条隧道壁洞内右侧设置一个声光报警器，声光报警器地址自动编码，将它们的信号与视频火灾监测器信号通过火灾报警总线电缆传输至隧道各就近配电室的区域火灾报警控制器。紧急呼叫设施子系统（）紧急电话。在隧道中全程设置紧急呼叫电话。通过 报警系统与监控中心的有线电话专线，组成紧急电话系统。在监控管理中心设置 台与 报警系统专线连接的报警数字电话，同时将它们分别接入台冗余的紧急广播系统服务器，对报警信息进行记录。在隧道配电室预留公共移动无线通信基站的空间，配电室 柜为其提供电源。（）隧道有线广播。在隧道每条洞内每间隔 设置只 有线广播号筒扬声器。有线广播系统具备全呼、分组群呼、单呼的功能。每 只号筒扬声器（隧道出入口为只）配套个置于达到 标准外壳中的 的功率放大器、网络音频适配器。单洞每 范围内设置 台以太网交换机。此以太网交换机地点前、后 范围内设置 台网络音频适配器（与号筒扬声器配套），按以太网协议接入。现场各广播以太网交换机通过隧道紧急广播设施以太光纤环网接至监控管理中心的紧急呼叫系统交换机及紧急呼叫设施系统服务器。无线覆盖子系统隧道内设计 套无线覆盖方案，该方案实施后，将有效解决隧道地下交通及联系通道内无线信号盲区的问题，为解决公安勤务、警务、交通出行、公共安全、应急突发事件等提供专网通信保障。（）信号源的选取。利用在监控中心机房内设置的 套无线调度主机、调频广播主机、公安、消防 无线选频直放站做信号源。（）系统覆盖方式。本隧道覆盖系统工程采用微蜂窝作为信号源，光纤直放站带漏缆分布系统覆盖方式，使基站信号得到很好的延伸覆盖，达到良好的覆盖目的。信源 通过光纤直放站、无源器件及馈线把信号合理地分配到目标覆盖范围。（）有源设备的使用。由于隧道为地下封闭式、主干路由长、覆盖距离远，为保证覆盖效果和系统的稳定性，本系统采用了光纤直放站前端，带光纤直放站后端，后端在隧道内输出射频信号带 泄漏电缆。（）主干路由的设置。作为信号源的微蜂窝设备基站位于隧道监控中心机房，主干线路从机房将光缆引到隧道内的各个设备安装处，在隧道内走电缆沟，线槽及镀锌钢管布放缆线、设备。施工过程中严格按照施工规范走线。（）漏缆及天线的使用。根据隧道结构的特点，采用泄漏电缆进行隧道覆盖是一种较为常用的方式。泄漏电缆开口距离较小，信号覆盖均匀，发射信号波动范围减小。尤其是在狭小的隧道空间，即使有车在隧道内行驶，不会产生阴影效应，避免产生信号弱区；隧道内使用 根连续的、完整的泄漏电缆，稳定性高，各电缆连接处少，有利于调试、维护。隧道出入口的匝道比较长，考虑到和室外站的切换，在漏缆的末端接对数周期天线往匝道口工程设计与应用外打，确保室内外的信号的接续性。（）泄漏电缆和无源器件的安装。泄漏电缆安装在隧道顶部。所有无源器件尽可能安装于隐蔽位置，天线用支架固定在指定的位置，并尽量安装在隧道的顶棚中央，保证天线的方向性。隧道监控通信网络设计方案 通信网络结构将隧道内通信网络结构分为 层：隧道内场现场基础层、隧道内场光纤环网及监控管理中心内部管理网络。交通监控系统通信网络在隧道交通监控系统网接入监控管理中心的节点处配置 台以太网交换机，用于连接用户端工作站、屏墙、视频监控存储服务器、交通监控系统服务器等设备。隧道交通监控系统网接入现场的内场车辆检测器、固定枪式数字摄像机、车道指示器、隧道联络洞指示器，外场带云台球型数字摄像机、可变限速标志、门型架可变信息标志、交通信号灯。交通监控系统环网图如图 所示。图 交通监控系统环网图 紧急广播系统通信网络在隧道紧急广播系统网接入监控管理中心的节点处配置 套工业交换机，用于连接紧急广播系统服务器、网络音频适配器及接入管理中心管理系统交换机等设备。隧道紧急广播系统网还接入现场各音频适配器设备。紧急广播系统环网图如图 所示。图 紧急广播系统环网图工程设计与应用 火灾及消防报警系统通信网络监控管理中心火灾消防报警管理系统、隧道火灾消防报警系统主控器之间的火灾报警系统网络采用工业以太网交换机，组成千兆的以太网络。其网络特性与紧急广播系统网络相同。火灾报警系统环网图如图 所示。图 火灾报警系统环网图 通风与照明监测系统通信网络在通风与照明监测系统网络接入监控管理中心的节点处配置 套工业交换机，用于连接通风与照明监测系统服务器。通风与照明监测系统网络还接入各现场 的工业交换机。其网络特性与紧急广播系统网络相同。通风与照明监测系统环网图如图 所示。图 通风与照明监测系统环网图 结语隧道智能监控系统能及时发现和处理隧道内的偶发事故，并迅速掌握事故发生的区域及类型，解决因偶发事故造成的交通阻塞现象。在隧道区段设置完善的监控设施，可改善洞内环境，降低污染，减少事故，增强隧道的通行能力，保证隧道的安全运行。申治 高速公路隧道监控系统的组成与实现 黑龙江交通科技，（）：，尹锋，赵等层，祝勇 高速公路隧道监控系统的设计 公路工程，（）：收稿日期：（，）：工程设计与应用 ，：；檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 （上接第 页）（，）：，：；檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 （上接第 页）（），：，：；