隧道防二次事故综合安全预警系统研究

汪心渊，郑 奇，吴 晨

(1. 浙江省交通运输科学研究院，杭州 310006；2.温州市交通投资集团有限公司，浙江 温州 325000)



隧道防二次事故综合安全预警系统研究

汪心渊1，郑 奇2，吴 晨2

(1. 浙江省交通运输科学研究院，杭州 310006；2.温州市交通投资集团有限公司，浙江 温州 325000)

当公路隧道发生事故时，经常容易引发二次事故的发生。隧道防二次事故综合安全预警系统研究目的是为了及时监测出隧道事故并提醒监控员，通过联动隧道内照明回路、有线广播、车道指示器、隧道内外情报板、隧道外声光报警器等设备对事故迅速作出响应，提醒后方车辆避免二次事故，同时降低事故发生后造成的人员伤亡和财产损失，提高公路隧道运营管理水平。

预警系统；二次事故；隧道安全

0 引 言

目前，公路隧道仍是交通事故发生率极高的路段，而针对公路隧道交通安全的研究工作也只能说仅仅处于第一、二阶段[1]。发生事故后，由于驾驶员事故处理经验的缺乏、事故信息发布的速度以及救援难度等诸多因素，导致隧道二次事故一再发生。二次交通事故危害性很大[2]，往往比普通交通事故造成的人员伤亡和财产损失更为严重，公路隧道防二次事故预警系统的研究迫在眉睫。

现有的隧道预警方案一般以人工执行为主，难免产生受主观判断影响大、反应速度慢、事故位置判断不准确等缺点。本文研究的隧道防二次事故综合安全预警系统，将隧道事故紧急处理的预案植入到隧道中的各个机电设备上，从而对隧道中事故发生的位置、事故的类别有一个准确客观的判断，并在第一时间发生响应，将大大减小公路隧道管理者的应急响应时间。同时，后方车辆将能更快的感知前方路段的异常，能够提前放慢车速减速通过事发区域或提前绕行，有效的减小了隧道二次事故的发生概率，提升了公路行驶的安全性和高效性。

1 安全预警方案设计

一个良好的安全预警系统，必须要有实用的总体构架[3]。安全预警系统包含两个子系统，隧道异常事件检测系统和隧道异常事件预警系统。通过隧道防二次事故综合安全预警软件系统，将两个子系统有机地结合在一起。首先由多普勒雷达隧道异常事件检测系统与隧道交通事件视频分析系统共同检测分析，当发现隧道交通异常事件后，定位异常事件桩号，发出报警信号，系统自动调出事件桩号附近摄像机实时画面。若经监控中心管理人员确认为异常事件，人工确认异常事件类型，隧道异常事件预警系统启动，隧道照明设备、交通诱导设备(车道指示器、洞口情报板等)、有线广播设备、洞口预警设备(警灯、警报器)等发挥作用，系统联动方案如图1所示。

图1 安全预警方案

交通异常事件可以归纳为两类：内部事件和外部事件。

1.1 内部事件预案(见表1)

表1 内部事件预案

表1中，控制主机异常包括PLC、电源、断路器等核心部件故障导致主机无法正常工作，控制器发出告警信号，并自动切换至旁路，转换为手动控制模式。

双亮度检测仪带有自检功能，结合实时比对获取的亮度值，分别对可能发生的三种情况，“都正常”、“一个故障”、“都故障”，设置了容错模型，当其中一个亮度仪发生故障时，自动屏蔽该故障亮度仪的测量值，系统只取正常亮度仪的实测值，并发出告警；当两个亮度仪都发生故障时，调光模型中的亮度取值自动跳转至应急亮度表取值，并发出告警。

洞口微波车检器、地磁车检器带有自检功能，当地磁车检发生故障时，自动屏蔽地磁车检的测量值，系统只取微波车检的实测值，并发出告警；当微波车检发生故障时，自动屏蔽微波车检的测量值，系统只取地磁车检的实测值，并发出告警；当地磁车检、微波车检都发生故障时，调光模型中的车流量取值自动采用同时段历史数据的平均值，并发出告警。

洞内微波车检器带有自检功能，当发生故障时，自动屏蔽故障设备上传的数据，并发出告警。

洞内视频车检器带有自检功能，当发生故障时，自动屏蔽故障设备上传的数据，并发出告警。

1.2 外部事件预案(见表2)

表2 外部事件预案

操作流程：当有外部事件发生时，系统给出报警提醒(信息闪烁、声音提醒)，由监控员确认后执行预案。

当发生隧道内紧急事故时，首先通过事件检测系统准确判断事故发生地点(桩号表示)，并进一步确认发生车道，根据发生在不同车道分别给出相应预案，控制相应的交通诱导设施、洞内外情报板、照明系统，预案如表3所示。

表3 隧道内紧急事故预案

当隧道内设备维护维修时，确认封道位置，根据封闭的不同车道分别给出相应预案，控制相应的交通诱导设施、洞内外情报板、照明系统，预案如表4所示。

表4 隧道内维护维修预案

当隧道内发生异常停车事件时，判断异常停车位置，根据占用的车道分别给出相应预案，控制相应的交通诱导设施、洞内外情报板、照明系统，采用隧道内紧急事故预案，如表3所示。

当隧道内消防系统火灾报警时，控制相应的交通诱导设施、洞内外情报板、照明系统，预案如表5所示。

表5 隧道内消防系统火灾报警预案

2 隧道异常事件定位方案设计

根据隧道多普勒雷达和全景摄像机节点的布设情况和现有隧道摄像机的安装情况，通过软件开发与原有隧道监控录像设备的通信接口，可定位调用报警时隧道实时监控视频，或者通过查看历史记录调用隧道历史监控视频。

定位功能依靠通信转换器实现。目前隧道应用的CCTV系统，采集的信号输出模式有模拟信号输出和数字信号输出两种。如果采集的信号是模拟信号，需要进行模拟信号到数字信号的转换，这一过程要经过模拟信号放大器、A/D转换器、电平比较器、信号处理器等功能模块；如果采集的信号是数字信号，必须进行数据格式的变换。无论哪一种信号方式，最终都必须转变成系统可以接受的数字信号。通信转换器是本系统和其他系统或装置相互控制和通信的对接接口，它起到通信方式转换的作用，如果其他系统或装置的通信方式较复杂，则此通信转换器需对应它量身定做。通信转换器提供的功能有：

(1)收到系统号相同的传输节点传来信号后，向监控中心发信号。

(2)收到监控中心发来的指令后，执行相应的命令。

通信转换器的电路板的接口部分有个8位拨码开关，用来设定系统地址，必须设置成所在系统的系统地址才能实现上面所说的功能，也就是说必须将设置成与之配套的传输节点相同的系统地址。只有相同系统号的传输节点和通信转换器才能相互通信。通信转换器的电路板的上部分有两个拨码开关，作为预留。

隧道防二次事故综合安全预警软件收到预警信号，确认后，定位隧道CCTV系统的视频监视器捕捉事故画面，并自动记录预警信号发生前5min视频文件，当监控中心值班人员通过视频监视器发现隧道中有车辆发生事故或非正常停车时，值班人员按下监控软件对应的确认按钮，根据事件类型自动选择应急预案，报警信号被触发并通过通讯网络传递到隧道异常事件点相关预警设施上，包括事件点前方情报板、事件车道指示器、事件点区域照明控制器、隧道口情报板和预警设备，事件定位预警效果如图2所示。

图2 事件定位预警

3 隧道防二次事故综合安全预警软件设计

本系统通过多普勒雷达隧道异常事件检测系统与隧道交通事件视频分析系统综合检测分析、视频联动方式达到隧道二次事故预警功能。

方案采用实时获取、显示车辆速度方式，将实时车速显示于界面；在视频联动方面，根据设定的预警值，在通过车辆的速度、隧道流量大于预警值时，隧道多普勒检测器节点会予以报警输出，并实时显示；同时，该节点关联相关视频点，可通过软件界面实时查看当前状况，通知相关人员予以处理、记录。

3.1 系统软件功能

软件包括的主要功能模块有：实时路况分析、地磁检测、多普勒雷达检测、视频图像、有线广播、实时事件、系统预警提示。

实时路况分析：根据隧道内雷达采集车速、车流信息，根据拥堵模型实时显示隧道通行情况，红色表示拥堵、黄色表示较拥堵、绿色表示通畅，每个节点关联相关视频图像。

警灯：显示隧道口预警灯即时状态，可手动开启和关闭，也可根据应急预案类型自动开启和关闭。

地磁：根据隧道进出口地磁车检器采集数据显示隧道内通行/滞留车辆数。

有线广播：显示有线广播状态，可手动开启和关闭，也可根据应急预案类型播放相应音频文件。

实时事件：实时显示隧道发生的异常事件时间、类型、状态等信息。

系统预警提示：当有新的事件发生时，客户端发出警报音，提醒监控员查看，需手动结束。

3.2 报警输出设计

系统前端预警设备作为独立运行嵌入式设备。通过串口实时监测数据，对检测到的信息，能及时作解析并自动记录消息读取时间以及结束时间，系统通过串口保持与中心通讯连接，在存储区域加载报警临界点。在以下情况通过判断给出声光报警继电器的开关量输出：

(1)系统采集到的信息来自于ARM模块处理单元和DSP模块处理单元数据，进行比较，如果有相应的结果输出，则认为有自检故障事件发生。考虑时间冗余度，继电器报警输出。

(2)串口读取某消息直到该信息结束(500ms前端设备自动发送)大于系统规定时间点，且系统设置以判断信息结束为准则，考虑时间冗余度，继电器报警输出。

除上述控制外，还具有报警记录，包括通讯错误报警、系统运行错误报警、控制输出错误报警。

(1)通讯错误报警：

1)本控制与中心数据连接，中心采用诊断方法，每隔1分钟向系统软件中心返回一个22值(ASCII ox16)。

2)如果串口长时间未读取到数据，要给予系统软件中心报警信息。

3)假如长时间一直读取到同一消息，系统软件中心亦给予报警。

(2)系统运行错误报警

1)系统运行正常，本地指示灯应该给予输出绿灯。

2)出现关键性错误，能本地显示红灯。

3)本控制机有自复位功能，且带有按钮复位键。

(3)控制输出错误报警

控制机实时监听继电器输出端口，出现输出错误，应给予中心报告并有记录。

4 结 语

本文提出的隧道防二次事故综合安全预警系统实时显示隧道行车状态，当发现交通异常时，经人工确认后自动执行相应应急预案，联动隧道机电设施的功能并及时报警，并向原机电系统管理软件输出报警信号，实现对隧道照明控制系统的控制以及隧道广播子系统、洞口报警灯、隧道内外情报板、车道指示器等设施的在第一时间内预警，有效降低隧道事故及二次事故发生率，提高隧道行车安全的目的。

[1]马壮林.高速公路隧道交通事故分析及预防对策[D].西安：长安大学，2006.

[2]周呈强.高速公路隧道安全管理与二次事故预防探析[J].大众科技,2006,(1):100-101.

[3]刘清,佘廉.高速公路预警管理系统研究[J].科技进步与对策，2002,19(3):167-168.

Research on Safety Early Warning System for Preventing Secondary Accidents of Tunnel

WANG Xin-yuan1, ZHENG Qi2, WU Chen2

(1.Zhejiang Scientific Research Institute of Transport, Hangzhou 310006, China;2.Wenzhou Communications Investment Group Co.,Ltd, Wenzhou 325000, China)

It is easy to cause secondary accidents when an accident occurs in a highway tunnel.The research on safety early warning system for preventing secondary accidents of tunnel in order to monitor tunnel accidents and remind the controller at the first time. Through the lighting circuit, cablecast, lane indicator, information board inside and outside the tunnel and sound and light alarm outside the tunnel to respond quickly to the accident.It will also remind following cars not to cause secondary accidents.At the same time, it can reduce casualties and property losses caused by the accident.In the meantime, it will improve the operation and management level of highway tunnel.

early warning system; secondary accidents; the safety of tunnel

2016-05-09

汪心渊(1992-)，男，浙江杭州人，助理工程师，E-mail：2323220358@qq.com。

U458

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2016.03.005

1671-234X(2016)03-0020-05

浙江交通职业技术学院学报，第17卷第3期，2016年9月

Journal of Zhejiang Institute of Communications

Vol.17 No.3,Sep.2016