公路隧道智能化監(jiān)控及交通安全措施分析

周晗庚

（福建省高速公路集團有限公司莆田管理分公司機電維護中心，福建莆田 351100）

0 引言

公路隧道作為交通運輸工程的重要組成部分，具有成本投入較大、使用周期較長等特點。為了確保公路隧道工程的安全運營，減少外界因素對隧道的影響，需加強公路隧道智能化監(jiān)控，同時需要做好交通安全管理，為公眾的出行提供保障，同時可以積累相應(yīng)的應(yīng)用經(jīng)驗，促進交通運輸行業(yè)的健康發(fā)展。

1 建立公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)的意義

總結(jié)以往應(yīng)用經(jīng)驗可以得知，建立公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)的意義如下：

其一，降低隧道事故帶來的損害，通過在隧道內(nèi)設(shè)置安裝設(shè)施、建立智能化監(jiān)控系統(tǒng)，可以確保隧道內(nèi)發(fā)生交通事故或其他突發(fā)事件時，能夠第一時間進行報警或者進行自救，縮短事故救援時間間隔，同時可以第一時間提醒其他即將經(jīng)過隧道的車輛，避免二次傷害，最大限度地降低隧道事故帶來的損害。

其二，維持交通干線的正常運行，交通事故具有較強的不可預見性，若不能及時處理這些事故，也會導致交通干線癱瘓。而智能化監(jiān)控與交通安全措施的應(yīng)用，可以根據(jù)以往歷史數(shù)據(jù)在計算機中進行模擬，對于可能出現(xiàn)的事故類型、危害性展開科學性判斷，及時制定相應(yīng)的預防措施和應(yīng)急處理措施，最短時間內(nèi)恢復干線的正常運行，具有很強的實用價值。

2 公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)分布組成

2.1 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)作為整個智能化監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，主要是利用獲取數(shù)據(jù)，準確判斷出隧道中的事故類型、危害性，隨后下達相應(yīng)指令，最大限度地降低事故帶來的負面影響。在系統(tǒng)的硬件設(shè)施中，主要包括中心控制服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、視頻工作站、電子數(shù)據(jù)庫、報警主機、矩陣主機、電視墻等，而系統(tǒng)運行時的子模塊如下：

其一，信息采集處理模塊，主要是對獲取到的隧道影像數(shù)據(jù)、煙塵濃度數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)等進行系統(tǒng)化處理，在各類計算公式、智能化程序輔助下完成計算和分析，對比后判斷隧道目前的安全狀態(tài)。

其二，功能發(fā)布模塊，其主要功能是在獲取到數(shù)據(jù)整理結(jié)果后，利用隧道內(nèi)廣播、導航信息提示等途徑來傳遞相關(guān)信息，如提醒人員重新規(guī)劃路線、減速慢行等，減少二次傷害事故。

其三，遠程控制，在總線控制技術(shù)輔助下，可以通過遠程控制方式來下達相關(guān)指令，還可以利用遠程控制信號燈、廣播、指示牌等方式提示來往車輛，保證車輛行駛安全性。

其四，報表統(tǒng)計模塊，依據(jù)信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來對已整理的信息展開進一步分析，基于不同分類標準完成數(shù)據(jù)整理，并匯總整理成不同報表，以提高所整理信息的使用價值。

2.2 設(shè)備控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要工作是利用傳感器數(shù)據(jù)，準確判斷出隧道中設(shè)備工作情況，發(fā)現(xiàn)異常的設(shè)備運行數(shù)據(jù)后，會及時組織人員進行檢修，也會向其他設(shè)備下達調(diào)節(jié)指令，暫時分擔故障設(shè)備工作內(nèi)容，維持隧道智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的完整性。此類系統(tǒng)在應(yīng)用中包含以下子模塊：

一是傳感器模塊，主要是對隧道設(shè)備電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)等進行采集，數(shù)據(jù)采集載體為各類傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、電壓傳感器等，這些數(shù)據(jù)在簡單處理后會傳輸?shù)娇刂颇K中展開進一步分析。

二是信息傳輸模塊，在總線控制技術(shù)輔助下，可以讓獲取數(shù)據(jù)在非常短時間內(nèi)，將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂颇K中展開處理，模塊設(shè)置的IP/TCP 協(xié)議可最大限度滿足不同格式數(shù)據(jù)傳輸，保證控制模塊中整理數(shù)據(jù)的完整性。

三是信息控制模塊，依據(jù)各類計算公式、智能化程序輔助下完成計算和分析，對比后判斷隧道攝像機、電視墻等設(shè)備目前的工作狀態(tài)，便于后續(xù)指令下達工作的進行。

四是遠程控制模塊，發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備后，利用遠程控制的方式向其他設(shè)備下達相關(guān)指令，如攝影設(shè)備出現(xiàn)故障，會通過下達角度調(diào)節(jié)指令的方式，讓其他攝影設(shè)備暫時改變巡視范圍，以覆蓋之前攝影設(shè)備的工作區(qū)域，等待設(shè)備完成檢修后，再恢復正常工作狀態(tài)。

五是數(shù)據(jù)統(tǒng)計存儲模塊，依據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、云計算技術(shù)來對已整理的設(shè)備監(jiān)控信息展開價值數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)歸類存儲、信息報表制作等工作，利于后續(xù)數(shù)據(jù)提取、查詢工作的順利推進。

2.3 狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是基于獲取到的各類數(shù)據(jù)，對目前公路隧道運營環(huán)境安全性進行判斷，利于應(yīng)急救援、災害防治等活動的高效展開，保證公路隧道運營環(huán)境的安全性。該系統(tǒng)的運行模塊包含以下內(nèi)容：

一是數(shù)據(jù)采集模塊，主要工作內(nèi)容是對隧道運行環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度、煙塵濃度等）、隧道基礎(chǔ)環(huán)境（隧道頂板形變數(shù)據(jù)、隧道基礎(chǔ)沉降數(shù)據(jù)等）、車輛來往數(shù)據(jù)等內(nèi)容進行采集，主要采集載體為各類傳感器和監(jiān)測器，以獲取完整的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

二是狀態(tài)評估模塊，依據(jù)各類計算程序、云計算技術(shù)、專家系統(tǒng)來對數(shù)據(jù)進行計算和分析，在對比分析相關(guān)數(shù)據(jù)后，可以科學判斷目前公路隧道運營狀態(tài)，利于后續(xù)控制活動的進行。

三是遠程控制模塊，發(fā)現(xiàn)異常問題后，會利用遠程控制的方式向其他設(shè)備、電視墻、電子指示牌、信號燈下達相應(yīng)指令，提醒來往車輛及時更換路線、提前放慢速度等，維持公路隧道環(huán)境運行安全。

四是數(shù)據(jù)報表模塊，利用各類技術(shù)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行整理，以報表形式顯示事故發(fā)生頻率、發(fā)生位置等內(nèi)容，利于后續(xù)交通安全措施優(yōu)化與完善活動的進行。

2.4 故障預警系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是在系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常問題后，會在控制室、電子地圖上彈出警示窗口，同時會顯示故障位置、發(fā)生時間等內(nèi)容，利于后續(xù)應(yīng)急救援活動的快速推進。該系統(tǒng)的運行模塊包含以下內(nèi)容：

一是故障響應(yīng)模塊，主要工作是在公路隧道出現(xiàn)異常情況后，故障預警系統(tǒng)會及時做出響應(yīng)，在控制室屏幕處持續(xù)閃爍預警窗口，并伴隨著警示聲來提示人員查看公路隧道內(nèi)情況，在經(jīng)過影像信息確認后，將故障地點、時間等信息傳遞給行車用戶，提示其及時變道和變速，避免事故問題的進一步擴大。

二是數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊，利用信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)對相關(guān)預警數(shù)據(jù)信息進行整理，做好相應(yīng)的屬性標記工作，利于數(shù)據(jù)查詢活動的進行，同時也為系統(tǒng)升級與更新活動的進行提供可靠依據(jù)。

2.5 文檔生成系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要工作是對價值數(shù)據(jù)進行提取和記錄，為系統(tǒng)進一步優(yōu)化完善提供可靠依據(jù)。在該系統(tǒng)的運行中，所包含的運行模塊如下：

一是數(shù)據(jù)整合模塊，主要是對公路隧道日常運營數(shù)據(jù)進行提取、分類、整合。在公路隧道每日運營過程中，會產(chǎn)生基數(shù)龐大的各類數(shù)據(jù)，多數(shù)數(shù)據(jù)的重復性較強，但是仍有極少部分的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，是判斷公路隧道工程運行狀態(tài)的關(guān)鍵性參考?；跀?shù)據(jù)挖掘技術(shù)、信息技術(shù)對其進行整理，能夠快速篩選出價值數(shù)據(jù)，并對其進行填報分析與永久記錄[1]。

二是數(shù)據(jù)表報模塊，利用信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能化程序?qū)ο嚓P(guān)信息進行整理，按照要求將其整理成報警記錄、操作記錄、日報、年報、季報等，做好報表數(shù)據(jù)的存儲和整理，為系統(tǒng)升級與更新活動的進行提供可靠保障。

2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)

除上述提到的應(yīng)用系統(tǒng)外，在智能化監(jiān)控系統(tǒng)中還會設(shè)置數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)，此系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是對價值數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分類、整合，使其可以作為系統(tǒng)不斷完善與優(yōu)化的重要參考。該系統(tǒng)包含的模塊如下：

其一，數(shù)據(jù)整合模塊，主要是整理公路隧道工程的日常運營數(shù)據(jù)，按照時間線、類別對其進行整理，隨后也會在智能化技術(shù)輔助下完成價值數(shù)據(jù)提取、分類、整合等工作。在數(shù)據(jù)整合時可以根據(jù)實際情況來整理出實時趨勢圖，利于公路隧道交通安全管理活動的有序進行。

其二，模擬演練模塊，基于實時數(shù)據(jù)來建立訓練集，在訓練集當中也包含各類數(shù)據(jù)，利用機器人深度學習算法整理相關(guān)數(shù)據(jù)，不斷提升系統(tǒng)的智能化水平。而且基于智能化模塊還可以模擬不同交通流量下隧道內(nèi)參數(shù)變化情況，從而幫助相關(guān)人員及時擬定相匹配處理措施，以提高公路隧道工程運行過程的安全性，延長公路隧道工程的使用壽命[2]。

3 公路隧道交通安全措施

3.1 防火救援設(shè)計

在防火救援設(shè)計活動中，其包含的相關(guān)內(nèi)容如下：

3.1.1 耐火極限設(shè)計，具體的設(shè)計內(nèi)容如下：

其一，頂部耐火極限值設(shè)計，隧道內(nèi)出現(xiàn)火災時會讓溫度急劇上升，最高可達1000℃以上，此情況下隧道內(nèi)混凝土很容易出現(xiàn)崩落現(xiàn)象?；诖?，需要做好頂部耐火極限的提升工作，將耐火極限延長至兩小時以上，為救援活動的進行預留足夠時間。

其二，墻面耐火極限，為保護裝飾墻內(nèi)的管道和電纜，需要在前期施工時選擇瓷磚或鋁合金板等不易燃材料進行裝飾，同時會在中間填充硅酸鋁、石棉板等材料，使墻面可在兩小時內(nèi)可維持不超過100℃的狀態(tài)。

其三，排風道的耐火極限設(shè)計，選材時要注意不能選用一些易燃材料來作為排風道的內(nèi)襯使用，應(yīng)該選用一些不燃的材料，比如石膏板玻璃棉等，以提升該結(jié)構(gòu)的防火性能[3]。

3.1.2 防火分區(qū)劃分，防火區(qū)段的劃分應(yīng)該從火災排煙、經(jīng)濟合理著手進行考慮。目前，規(guī)范建議的防火區(qū)段長度是1000m。而從實際作業(yè)情況來看，為了確保消防管道和消防器材布設(shè)的便捷，防火區(qū)段一般與橫通道對應(yīng)，建立安全可靠的公路隧道運營環(huán)境。

3.2 洞口增減光設(shè)施設(shè)計

公路隧道的洞內(nèi)和洞外存在很大的光線反差，從而對駕駛員視線帶來較大干擾，使隧道出入口成為事故高發(fā)區(qū)域?；诖耍诎踩煌ù胧┑臄M定中，也需要做好洞口增減光設(shè)施設(shè)計，改善公路隧道出入口的視線環(huán)境。目前經(jīng)常使用到的減光設(shè)施如下：

一是設(shè)置遮陽棚，其主要作用是可以遮擋陽光直射在洞口位置，減弱路面的反光效果，以達到相應(yīng)的減光目的。在具體的設(shè)計中，遮陽棚的尺寸、鋪設(shè)間隔、傾斜角度等內(nèi)容，需要參考當?shù)氐奶柛叨冉钦归_設(shè)計，以提高遮陽棚的應(yīng)用效果[4]。

二是種植減光植被，在公路隧道洞外道路兩側(cè)種植高大樹木，距離洞口越近，其栽種密度越高，在緩解人員心理壓抑感的同時，可以減少陽光直射。具體種植活動中，多選擇養(yǎng)護成本較低、吸光能力強的植物進行作業(yè)。

3.3 隧道內(nèi)裝設(shè)計

為了提高行車過程的安全性，需要隧道側(cè)壁亮度可以長期維持正常應(yīng)用狀態(tài)，基于此，進行內(nèi)裝材料選擇時，可以通過調(diào)節(jié)墻面反射率來改善亮度，即在內(nèi)裝材料選擇時，會優(yōu)選光亮度較高的材料，以達到良好的亮度效果。同時考慮到隧道環(huán)境封閉性較強，并且具有較大回聲，增加了隧道運行期間的噪聲。因此，在內(nèi)裝材料選擇中，也需要優(yōu)選吸聲良好、防反射材料再進行內(nèi)裝。例如，某些公路隧道工程在前期裝修施工時，會使用石棉網(wǎng)板或空心板作為頂棚裝飾，在保證噪聲吸收率的同時，能夠有效降低系統(tǒng)噪聲，以降低外部聲音對于駕駛員的干擾，營造安全的行車環(huán)境[5]。

另外，在內(nèi)裝過程中，還需要考慮材料的耐久性，減少后期維修養(yǎng)護成本支出量，同時能夠維持公路隧道交通環(huán)境的通暢性，保證車輛的正常運行。

3.4 隧道運營管理

除上述提到的相關(guān)內(nèi)容外，在交通安全管理活動中，也需要做好隧道運營管理工作，這也是降低隧道工程安全事故發(fā)生概率的重要保障。在具體實踐中需注意以下內(nèi)容：

第一，行車方式管理，隧道內(nèi)車道分隔線為實線，不允許隨意超車和變道。如果出現(xiàn)事故占用車道的情況，可以通過改變道路上信號指示提醒車輛改變行駛車道，避免隧道內(nèi)車輛擁堵問題。同時間隔布置緊急停車帶，營造安全車輛運營環(huán)境[6]。

第二，行車速度和行車間距管理，通過降低行車速度、加大行車間距等方式來保證公路隧道交通運行環(huán)境的安全性。同時，會在隧道入口、路線醒目位置布置警示標志，提示駕駛員提前降速，以保證車輛行駛速度的安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)具有較強的專業(yè)性和復雜性，對今后隧道運營情況監(jiān)控及維護有著明顯的促進作用。因此，相關(guān)運營部門需要不斷對公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)進行研究，加強公路隧道交通安全管理，以此來降低后期維護管理成本的投入，更好地發(fā)揮出高速公路隧道的功能和效用。