隧道监控系统的功能需求及设计

严开军，潘家奇 ，李联成

（1.中电建路桥集团工程设计研究院有限公司，北京，100080；2.中电建路桥集团有限公司，北京，100048；3.中电建路桥集团有限公司渝广高速公路总承包部，重庆，400700）

隧道监控系统的功能需求及设计

严开军1，潘家奇2，李联成3

（1.中电建路桥集团工程设计研究院有限公司，北京，100080；2.中电建路桥集团有限公司，北京，100048；3.中电建路桥集团有限公司渝广高速公路总承包部，重庆，400700）

高速公路隧道监控系统采用了计算机技术和信息技术，是保证隧道正常运行的重要手段。本文主要介绍了监控系统设计的基本思想、组成以及功能，对隧道交通监控、通风、照明、火灾报警、防火门等各子系统的控制进行设计与实现。

隧道；监控系统；功能需求；设计

0 引言

隧道监控系统是保证隧道内车辆高速、安全运行的必要条件。在隧道内设置完善的监控设备，能提高隧道环境、减少事故、增加隧道内车辆通行能力、延长隧道寿命。因此，隧道监控系统需要进一步创新，才能确保隧道的节能、环保、高效、安全运营环境。

1 隧道监控系统的设计思想

1.1 设计原则

隧道监控系统对隧道进行实时管理和监控，在设计中，高速公路隧道监控系统应遵循以下原则[1]。

（1）先进性 ；（2）可靠性 ；（3）安全性 ；（4）实用性 ；（5）友好性 ；（6）扩展性。

1.2 设计目标

隧道监控系统基本的控制目标是实时地监控隧道内的车辆运营状况、预防、报警、处理隧道内的各种交通事故，保证隧道内车辆的安全和畅通实行，还要达到高速行驶和环境保护的目的。

1.3 隧道监控系统的功能

隧道监控系统的主要功能包括信息提供功能、信息采集功能、实时控制功能、信息处理功能、监控系统自诊断功能、数据统计查询功能。

2 隧道监控系统的设计

2.1 监控系统的功能需求分析

隧道监控系统各个子系统需要实现以下功能[2]。

（1）照明控制系统的功能需求

该系统主要组成部分是照明控制计算机、照明灯具、洞口内外光强检测器等。该系统要实现以下功能：采集洞口内外光强值、实时监控灯具运行状态、自动或手动控制灯具开闭。

（2）通风控制系统的功能需求分析

该系统主要由通风控制计算机、射流和轴流风机、CO/VI检测器、风速风向检测器等构成。它主要实现以下功能：采集CO浓度风速风向和VI值、实时监控射流和轴流风机工作状况、控制射流和轴流分级的正反转和起停、实现自动或手动控制。

（3）车辆检测设备的功能需求分析

该系统主要对隧道内各个监控设备进行集中控制，在监控中心计算机和现场设备间进行传输命令。该系统要实现以下功能：收集本区段的检测设备各类信息。预处理以及储存收集信息、将信息上传到计算中心、执行计算中心发布的指令、现场控制设备、自检功能、

（4）交通控制系统的功能需求分析

该系统主要由交通监控计算机、可变限速标志、交通信号灯、车辆检测器、人车指示标志、横洞防火卷帘门等构成。它主要实现以下功能：采集车辆检测值、设置车辆检测器参数、实时监控和控制交通信号灯、控制车道控制器、采集和控制横洞防火卷门、控制车人纸质标志状态。

（5）紧急电话及广播检测系统的功能需求分析

当隧道内发生交通事故或者火灾等异常情况下，紧急电话系统能够供隧道人员进行紧急呼救，用来向监控中心报告隧道内发生的事故。系统不仅可以想监控中心报告紧急事件，还可以监听隧道内情况。如果发生紧急情况，监控中心可以通过广播检测系统向隧道内外的进行交通疏导、组织人员逃生疏散、实时指挥调度和救援。

（6）视频监控系统的功能需求分析

该系统主要由隧道监控中心、视频分配放大器、录像机、外场摄像机等组成。该系统主要要实现以下功能：图像显示、切换或控制、网络控制、视频分配、字符叠加、报警联动、录像、回访等功能。

（7）火灾报警系统的功能需求分析

该系统主要由火灾报警计算机、火灾自动报警控制器、火灾报警控制柜和变电所内的手动火灾报警按钮、自动温差火灾探测器等组成。它需要实现以下功能：火灾信息检测、火灾控制处理、自诊断、系统主动补偿、系统自适应、系统联动控制。

2.2 隧道监控系统的设计

根据监控系统各个子系统的功能需求，各个子系统的设计如下。

（1）照明控制系统设计

隧道中的照明设备的布置原则：左边应急照明、右边基本照明、加强照明为1、加强照明为2进行有序的间隔布置。如果隧道中电路出现问题或者发生断电情况，照明设备中的应急照明强度一般要求达到正常照明的五分之一。根据实际需要，照明控制系统的控制方式一般包括自动控制、时序控制以及手动控制。其中，自动控制方式是根据传感器检测隧道内外的光强并分析，通过计算机进行处理，自动并有效的形成控制方案，将控制指令传输到照明的控制柜中，达到控制照明设备的目的。

（2）通风控制系统

在选择隧道通风标准的过程中，则应该考虑能见度标准以及CO浓度问题。风机一般安装在横通道上游的入口处和在横通道下游的出口出。在隧道的中间位置，通风设备应处在不遮挡车道指示标志的位置上。

（3）汽车检测设备

隧道中的汽车检测器的主要作用是检测汽车的车速、交通流量、车重、排队长度等基本信息。它主要包括有传感器和处理器两种。

（4）交通控制系统

目前，隧道交通控制等级主要有三个等级，分别是设备控制箱控制、本地控制器控制、管理站远程控制。在正常的工作模式下，本地控制器是能够控制和中断隧道内的通信。在隧道侧壁上，交通设备控制箱在发生紧急情况下可以进行临时交通控制。目前，交通控制等级主要有正常运行、交通阻塞、交通事故以及火灾等级别。

（5）紧急电话和广播检测系统设计

紧急电话设备采用光纤，单洞利用2芯光纤，采用波分复用方式。有效的主机控制根据拨打信号判断呼叫电话的位置和编号。然后，对判定结果进行数据库的记录工作，实现打印和查询的功能。隧道有线广播系统的主要设备是扬声器、有线广播控制台、麦克风、供电电缆、功率方法器、通信电缆以及应用软件。

（6）视频监控系统设计

视频监控子系统要求在隧道的两个洞口之间设置一台带云台可遥控摄像机，要求两台摄像机的间离为100m左右。其中，在隧道入口处安装彩转黑日夜两用固定摄像机。在高速公路的隧道内部，固定摄像机按照150m的间距进行均匀布置。除此之外，可变焦彩色球型摄像机布置在紧急停车带之前。

3 总结

高速公路隧道监控系统是保证高速公路和隧道安全高效通行的重要手段，对其不仅要求良好的可靠性，而且易于以后的更新和拓展。隧道监控系统的建立可以对高速公路咽喉地段的交通流量和交通运行实时监视，能够及时发现各种异常情况并立刻采取有效应急措施，保障高速公路的高速、安全、经济、舒适的运营。

[1]陈署鑫.某高速公路隧道机电系统的创新设计探讨[J/OL].机电信息,2017,(03):73-74.

[2]张景乐.高速公路隧道监控系统功能需求分析[J].电子制作,2013,(09):49.

Functional requirements and design of tunnel monitoring system

Yan Kaijun1,Pan Jiaqi2，Li Liancheng3
（1.China construction road bridge group engineering design research institute co., LTD., Beijing,100080; 2. China construction road bridge group co.,LTD., Beijing ,100048；3.China construction railway bridge group co.,LTD.Chongqing highway general contracting department,Chongqing,400700)

The highway tunnel monitoring system adopts computer technology and information technology,which is an important means to ensure the normal operation of the tunnel. This paper mainly introduces the basic idea, composition and function of the monitoring and control system design, the tunnel traffic monitoring, ventilation, lighting, fire alarm, fire door control in each subsystem, such as the design and implementation.

tunnel; Monitoring system; Functional requirements; design