面向交通安全的隧道群云监测系统

马庆禄 邹政

摘 要：传统的公路隧道管理系统存在管理独立分散、隧道各部位监测不够灵活、病害细节可视化程度较低等问题。针对以上问题，提出了一种面向交通安全的隧道群区域性联测联控理念。首先通过云数据库将众多隧道零散的监测数据整合到一起，实现隧道集群管理;其次设计了一种“分/合”式的分段方法以对隧道任意位置的病害进行监测;然后依托地理信息系统（GIS）地图并联合Java服务器页面（JSP）、CANVAS技术建立服务于路网交通安全的隧道群病害可视化监测平台;最后实时分析处理监测数据并对隧道安全狀况进行分级预警，由此对路网交通安全作出评判。实验基于某一区域内的隧道病害数据集，结果表明所提系统实现了隧道集群管理、病害细节可视化和隧道安全分级等功能，同时，系统对路网交通安全也具备一定的预警能力。

关键词：公路隧道;病害监测;隧道安全;交通安全;云监测;CANVAS技术;分段监测

中图分类号：TP277; U459.2

文献标志码：A

Abstract： Some defects exist in traditional management systems of highway tunnels， such as decentralized and independent management， lack of flexibility in eachpart monitoring and low degree of visualization of disease details. Aiming at these problems above， a regional joint control and measurement concept of tunnel groups for traffic safety was proposed. Firstly， the scattered monitoring data of tunnels were integrated into a cloud database to realize the management of tunnel group. Secondly， a “division/combination” segmental monitoring method was designed to monitor the diseases at any position of tunnels. Thirdly， on the basis of GIS （Geographic Information System） map， JSP （Java Server Pages） technology and CANVAS technology， a visualized monitoring platform of disease monitoring of tunnel group for traffic safety of road network was established. Finally， the monitoring data were analyzed and processed realtimely and classified prewarning of tunnel safety status was realized， so that traffic safety of road network could be judged. Experiments were carried out on the data set of tunnel diseases in a certain area. The results show that the proposed system realizes the functions such as tunnel group management， disease details visualization and tunnel safety classification; meanwhile， the system also has certain prewarning ability for traffic safety of road network.

英文关键词Key words： highway tunnel; disease monitoring; tunnel safety; traffic safety; cloud monitoring; CANVAS technology; segmental monitoring

0 引言

隧道作为公路交通的重要基础设施，其安全监测技术是保障公路通行安全、提高公路服务质量和经济效益的关键[1]。在当前公路隧道运营管理中，有的地方仍然以人员巡查结合视频监控技术为主，存在信息化程度不高、管理技术相对落后等问题[2]。

对于公路隧道信息化监测管理方面的研究，Alvear等[3]设计了公路隧道的应急管理决策支持系统，为管理者提供了实时处理紧急事件的决策建议; Koch等[4]建立了一种隧道信息模型框架，支持隧道工程的模拟和可视化; Makarov[5]建立了一个独立的隧道运输系统并增加了地下停车场，以便能通过增强城市生态和生活力的方式解决运输问题;黄廷等[6]将建筑信息模型（Building Information Modeling， BIM）技术引入公路隧道的运维管理，并结合Autodesk平台进行二次开发，实现了公路隧道运维管理的可视化;王继骥[7]通过车辆全球定位系统（Global Positioning System， GPS）帮助监控员及时通过视频发现滞留车辆，快速救助疏导，提高隧道行车安全;蒲雯等[8]认为隧道交通安全系统分析与决策过程呈现出明显的大数据特征;蒲浩等[9]基于Microsoft Visual Studio 2010 环境开发了隧道监控的三维实时交互可视化信息平台;邓周全等[10]建立了一种面向车辆驾驶员和隧道管理单位的交通流信息管理与提示系统，提醒驾驶员及时规避危险，以缩短驾驶员的反应时间，降低交通事故发生概率;此外，还有一些学者[11-12]基于其他编程语言（如Delphi、Java等）并结合Excel（或者数据库）工具开发了隧道监测管理系统;姜晨光等[13]借助物联网技术实现了对隧道的远程、实时、动态管理与控制。

综上所述，公路隧道监测管理信息化的建设正在不断发展，也取得了一些应用成果， 但总体来说，公路隧道管理和建设还是比较零散，即大多公路隧道监测管理系统仍是“按需、逐个、独立”进行设计开发的，这也导致了隧道监测数据不能较好地在各个隧道管理部门交换共享。为了从整体上实现隧道群的区域性控制，本文提出了面向隧道群的区域性隧道联测联控理念并结合云计算的部署方法，基于Java服务器页面（Java Server Pages， JSP）技术和CANVAS技术搭建隧道结构监测评估信息化平台的策略，实现对多种养护资源信息的便捷获取和全面共享，提高隧道养护的服务水平和质量，同时也对路网交通安全作出预警。

5 结语

传统的隧道结构病害诊断方法无法妥善地将系统的模糊性和随机性关联在一起，基于此，研究针对公路隧道结构病害检测数据的集群性病害模糊化特点，提出了基于云理论的公路隧道群结构综合监测平台，具体研究成果包括：

1） 探索性地提出了基于云监控的隧道集群联控监测理念，将以往独立、零散的隧道管理模式转变为了隧道集群管理模式，使隧道的管理模式更加方便、高效。在隧道病害大数据分析技术的基础上，对路网中关联隧道的交通安全进行评估，由此指导驾驶员作出最优路径的选择。

2）设计了一种用于隧道分段的“分/合”分段方法，可以对隧道任意部位的病害进行监测定位。利用JSP和CANVAS技术建立了3D隧道和2D断面模型，解决了传统隧道信息化管理中存在的病害细节可视化程度不高的问题。

3）将隧道视频检测器接入GIS地图，基于GIS地图的二次开发实现了对隧道结构健康状态以及行车状况的动态监测。

虽然系统针对隧道结构病害状况进行了全面的监测和评估，但对隧道机电设施等部分的监控尚没有涉及，所以，该系统仍然有较大的扩展空间，即在接下来的研究工作中还可以根据需要在该系统之上继续完善机电设施和其他工程设施监测评估等功能的研究。

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