高速公路隧道監控子系統控制策略設計

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摘要：為進一步提升高速公路隧道的安全行駛，為駕駛員提供安全、舒適的駕駛環境，在研究高速公路隧道監控系統需求的基礎上，完成了高速公路隧道監控系統總體結構框圖的設計，并對高速公路隧道內交通誘導控制子系統、通風控制子系統以及照明控制子系統的功能、結構以及控制策略進行設計，為后續進一步完善高速公路隧道監控系統奠定基礎。

關鍵詞：高速公路；隧道監控；交通誘導；通風控制；照明控制

引言

隨著我國國民經濟的快速發展，人們生活水平的日益提升，汽車的擁有量已經突破一個階段，對城市道路和高速公路的容量和安全性提出了更高的要求。高速公路及隧道作為人們出行的必不可少的交通環境。對于高速公路的隧道而言，鑒于相對封閉、地形危險且交通流量大，是交通事故頻發的位置。因此，為了進一步改善高速公路上隧道內的交通環境，避免交通事故的發展以及提高事故處理的效率，隧道監控系統必不可少[1]。本文將對高速公路上的隧道監控系統及其控制策略進行設計。

1高速公路隧道監控系統的需求分析

隧道輸出高速公路的特殊路段，當駕駛員駕車駛入隧道時由于光線、地形以及空氣質量的變化，容易導致司機出現操作失誤的情況而導致交通事故的發生。具體表現為：駕駛員駕車駛入隧道時由于隧道內外光線強度的變化，駕駛員會出現短時時間的視覺模糊，稱為“黑洞效應”；隧道為一個相對封閉的空間，其中集聚著大量的CO和NO等，而且隧道越長濃度會越來越高，會導致駕駛員出現惡心、呼吸困難的情況。鑒于上述情況，為了減緩由于光線變化而導致駕駛員視線模糊的情況，降低隧道內CO、NO等有害氣體的濃度，有必要建立監控系統對影響駕駛員操作的因素進行調節控制；此外，基于隧道監控系統還能夠對事故進行快速定位，提高事故處理的效率[2]。因此，為保證高速隧道監控系統能夠發揮其應有的作用，其各項子系統設計時需遵循如下原則：1）隧道監控系統設計必須本著改善高速公路運營安全為基礎，為駕駛員提供安全、舒適的駕駛環境；2）在合理預算的范圍之內，盡可能地選用高科技產品和先進技術，保證監控系統的可靠性；3）要求監控系統能夠實現實時通信，并保證數據傳輸過程中的準確性。根據高速公路隧道監控系統的功能要求，需為其配置交通誘導子系統、通風控制子系統、照明控制子系統、火災報警聯動控制子系統等關鍵系統，并根據不同子系統的功能要求為其配置對應的控制策略。高速公路隧道監控系統的總體結構如下頁圖1所示。如下頁圖1所示，隧道監控系統通過現場的監視器、固定攝像頭和云平臺攝像機對隧道的各項參數進行監測，并將所采集的數據基于通信協議傳輸至上位機（電力監控、火災報警、交通監控、通風和圖像處理計算機等）后對其進行分析處理。

2隧道監控子系統及控制策略的設計

本節將主要對高速公路隧道監控子系統中的交通誘導控制子系統、通風控制子系統、照明控制子系統進行設計。

2.1交通誘導控制子系統的設計

交通誘導子系統的主要功能是對隧道中發生的火災、事故以及正在施工的路段進行交通誘導和控制，包括對隧道內交通指示燈的控制和限速的調整，盡可能少的避免事故的發生。對于隧道箭筒誘導系統而言，要求其具備交通的基本控制功能、交通應急處理功能、分區段控制功能、對隧道內流量、車速、占有率監測的功能等[3]。

2.1.1隧道車流量監測子系統本方案采用環形線圈車檢器對隧道內的車流量進行監測，該設備具有高精度、操作靈活方便的優勢。具體監測原理如圖2所示。如圖2所示，根據隧道內車道的實際數量配置對應數量的環形線圈車檢器，線圈每通過一輛汽車均會記錄，并根據需求可記錄固定時間段、一天或者更長時間段的車流量，并將測量結果上傳至上位機。

2.1.2隧道車速監測子系統對于車速監測，本方案選擇兩個環形線圈車檢器對隧道內通行車輛的速度進行監測，其監測原理如圖3所示。如圖3所示，固定車道中兩個環形線圈車檢器之間的間距（S）為固定值，只需記錄車輛通過線圈1和線圈2時的時間差（T），即可換算得出被測車輛的車速V=S/T。

2.2通風控制子系統的設計

為保證高速公路隧道中空氣的流通，本方案選用大型射流風機對隧道進行通風并將CO、NO控制在合理范圍之內。通風控制子系統能夠根據對現場CO濃度監測控制對應數量的通風機運行。此外，隧道能見度和其他交通信息也是控制其中通風機啟動數量、風向和通風時間的主要依據。通風控制系統具備自動控制和人工干預控制兩種控制模式。一般正常工作狀態，采用聯網自動控制對通風系統進行控制；當聯網自動控制系統存在故障時采用現場自動控制系統；在事故狀態或者特殊情況下采用遠程人工控制模式；在設備檢修或其他特殊情況下采用現場人工控制[4]。通風控制系統對應的控制流程如下頁圖4所示。如下頁圖4所示，通風控制系統的控制依據為對隧道內CO等參數進行采集，當上述參數超標時，根據超標的情況控制相應數量的通風機啟動；期間，若通風機存在故障時應啟動器對應的備用通風機。此外，通風控制系統還需對通風機運行參數進行實時監測和顯示。

2.3照明控制子系統的設計

照明控制子系統的主要功能是對隧道內照明設施或者光線強度等參數監測的基礎上，控制隧道內照明系統以確保隧道內的行車安全和道路暢通。結合照明控制子系統的任務需為其配置照明設備狀態實時顯示和報警功能、照明設備控制功能、自動執行照明預案和數據顯示功能。照明控制子系統采用時序自動控制策略對隧道內照明系統進行控制，具體控制略為：根據季節的變化和不同的時間段以及隧道內實時能見度啟動不同數量的照明回路，以保證隧道內車輛安全行駛[5]。此外，當出現由于天線和交通事故引發的突發狀況時，需人工對照明進行控制，對應的控制流程如圖5所示。

3結語

目前，我國在高速公路的工程建設方面的技術已經相對成熟，隧道為高速公路中不可避免的咽喉地段，鑒于其空間相對封閉，為保證隧道內車輛的安全行駛需為其配置有效、可行的監控系統對隧道內的環境參數、能見度、車輛速度、車輛流量等進行監測，并根據對應規范得出相應的控制策略，以確保隧道內光線、CO濃度等在合理范圍之內；并對隧道內的違法行為進行監控。

參考文獻

[1]王志偉，楊超.高速公路隧道監控系統的現狀與發展[J].現代隧道技術，2009，46（6）：8-16.

[2]尹鋒，趙等層，祝勇.高速公路隧道監控系統的設計[J].公路工程，2010（3）：85-91.

[3]蔡曉霞，趙丹兵，錢新標.基于iFIX高速公路隧道監控系統的設計與實現[J].電子技術應用，2011，37（12）：22-24.

[4]鮑學俊.基于Profinet總線協議在云南高速公路隧道監控系統中的應用[J].公路交通科技（應用技術版），2014（9）：193-196.

[5]王新增.新奧法在嶺南高速公路隧道施工中的應用[J].筑路機械與施工機械化，2007（10）：48-50.

作者：趙霞飛 單位：山西欣奧特自動化工程有限公司