高速公路監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動控制實(shí)施方案探討

  　高速公路監(jiān)控系統(tǒng)作為高速公路信息化建設(shè)的一個主要組成部分，正逐漸引起業(yè)內(nèi)同行的關(guān)注，據(jù)了解，許多單位在機(jī)電三大系統(tǒng)的建設(shè)中，往往僅重視硬件設(shè)備的建設(shè)，對軟件方案尤其是對監(jiān)控系統(tǒng)如何滿足實(shí)際運(yùn)營需要，花的精力不多，承包商對此也重視不夠，建成的監(jiān)控系統(tǒng)中，外場及隧道監(jiān)控設(shè)備花費(fèi)巨大，但由于核心監(jiān)控軟件編制簡單，導(dǎo)致花費(fèi)巨資建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)未完全發(fā)揮其作用，相關(guān)治理部門無法通過監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其指揮治理中心的功能。實(shí)際上，監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)是今后實(shí)現(xiàn)智能交通的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)性工作，必須認(rèn)真抓好?，F(xiàn)將本人在此方面的一些研究心得做一總結(jié)。與各位同行交流。
　　
數(shù)據(jù)采集
　　
　　一切控制系統(tǒng)的可用性都必須要有一個基礎(chǔ)，那就是數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確來自于三個方面，1、傳感器設(shè)備的優(yōu)劣；2、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定；3、核心采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的完善。
　　
　　就高速公路監(jiān)控系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要為：交通流量檢測設(shè)備，氣象檢測設(shè)備，隧道環(huán)境分析儀。就目前高速公路所使用的上述數(shù)據(jù)采集設(shè)備而言，單機(jī)設(shè)備基本能滿足使用要求，性能穩(wěn)定；傳輸線路若采用光纖通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其傳輸性能也基本穩(wěn)定，目前大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確的原因，主要與上端核心數(shù)據(jù)采集軟件的粗糙以及軟件編程者對現(xiàn)場單機(jī)設(shè)備了解不夠有關(guān)，上端核心數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)簡單，沒有起到綜合分析的作用。因此，在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施過程中，應(yīng)注重以下內(nèi)容：
　　
車輛檢測器
　　
　　車輛檢測器在外場監(jiān)控設(shè)備中數(shù)量最多，誤差最大，主要原因在于過去對車檢器的技術(shù)要求未標(biāo)準(zhǔn)化，備施工單位憑各自的理解進(jìn)行相關(guān)軟件的開發(fā)，傳輸數(shù)據(jù)量太大等，為此，對設(shè)備的功能和上端軟件提出以下要求：
　　
　　車輛檢測器應(yīng)有每小時平均車速、最大、最小車速、車流量、占有率的計(jì)算、存儲及輸出功能，所有數(shù)據(jù)不應(yīng)由于設(shè)備掉電、復(fù)位而丟失。平時上位機(jī)采集實(shí)時數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)顯示及隧道交通擁擠、堵塞判定，每小時的車流量作統(tǒng)計(jì)車流量用，為盡量減少通訊數(shù)據(jù)量，通訊中斷情況下車輛檢測器只保留每小時的平均車速、最大、最小車速、車流量、占有率數(shù)據(jù)，以保證交通流量歷史數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。車輛占有率的時間周期統(tǒng)一按5分鐘計(jì)算。

      當(dāng)車輛檢測器發(fā)生故障，所有車檢器的平均車速、最大、最小車速、車流量、占有率取前十天同一時段的加權(quán)平均值作為近似值上傳監(jiān)控分中心，以保證交通流量計(jì)算的基本準(zhǔn)確。
　　
　　隧道內(nèi)根據(jù)車檢器占有率{一般應(yīng)大干60％）或連續(xù)三次有車輛通過且車速均低于20Km／H判定是否交通堵塞，從而產(chǎn)生警信號，同時將攝像機(jī)切換到警區(qū)域由值班員來判定是否發(fā)生交通堵塞情況。
　　
氣象檢測器、環(huán)境檢測器
　　
　　采用加權(quán)平均的方法判定環(huán)境是否超標(biāo)，產(chǎn)生警，警的閾值應(yīng)可以由監(jiān)控人員人工修正，以滿足實(shí)際運(yùn)營需要。對于道路交通控制而言，由于實(shí)時性要求不高，為保證聯(lián)動控制的準(zhǔn)確性，相關(guān)情板的聯(lián)動可由人工確認(rèn)后下發(fā)。
　　
　　可變情板的數(shù)據(jù)傳輸與控制情板的數(shù)據(jù)傳輸量最大，要求所有情板的數(shù)據(jù)傳輸均通過光纖以太網(wǎng)收發(fā)器進(jìn)行傳輸，對于未采用以太網(wǎng)傳輸?shù)那榘澹砂匆韵路绞綄?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸：
　　
　　可變清板應(yīng)有定時自檢功能，若檢測出情板出現(xiàn)象素點(diǎn)損壞，則采用故障坐標(biāo)點(diǎn)的方法將故障點(diǎn)反饋給上位機(jī)，以減少數(shù)據(jù)傳輸量。
　　將情板的固定顯示信息進(jìn)行編號，并存儲在情板的存儲器中，新增加的信息在預(yù)置人情板內(nèi)的同時生成該信息的編號，上位機(jī)以編號的方法發(fā)送相應(yīng)情板顯示信息。
　　
聯(lián)動控制方案
　　
　　在保證數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定可靠之后，完善、嚴(yán)密的聯(lián)動控制方案的實(shí)現(xiàn)才有可能?？刂频膶ο笾饕腥箢悾航煌ūO(jiān)控、照明控制、通風(fēng)控制。三個系統(tǒng)相對獨(dú)立，又協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
　　
　　交通監(jiān)控可分為隧道監(jiān)控和道路監(jiān)控。目前高速公路路網(wǎng)還不夠發(fā)達(dá)，道路交通信息除了通過車檢器、氣象檢測器檢測外，還通過攝像機(jī)、緊急電話、路政治理等獲取信息，監(jiān)控分中心通過讀取道路車檢器、氣象檢測器檢測數(shù)據(jù)超標(biāo)，在發(fā)出告警信號后，一般等待人工輸入控制命令，同時開始計(jì)時，在延時一定時間未得到人工輸入命令后，則自動按預(yù)案，通過可變情板、可變限速標(biāo)志等設(shè)備對道路交通進(jìn)行控制，主要起到信息提示和疏導(dǎo)交通的作用。同時，監(jiān)控人員應(yīng)跟蹤路政交通信息，及時發(fā)布或解除交通告警信息，做到信息發(fā)布及時，有效。
　　
　　而隧道監(jiān)控內(nèi)容相對復(fù)雜，涉及的數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備較多，下面分析隧道監(jiān)控實(shí)現(xiàn)方案。
　　
　　當(dāng)隧道內(nèi)車流量過大或交通阻塞時，可以通過隧道內(nèi)車輛檢測器及隧道攝像機(jī)判定其阻塞程度，確認(rèn)后在相應(yīng)隧道內(nèi)外情板顯示“隧道擁堵，注重安全”。同時，假如發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)CO濃度增加，能見度降低，則由人工或自動控制風(fēng)機(jī)啟動。
　　
　　隧道出現(xiàn)以下緊急情況時，監(jiān)控分中心的監(jiān)視器可以自動切換圖像、緊急電話告警，將距離告警緊急電話前端最近的攝像機(jī)圖像切換到監(jiān)視器及大屏幕投影儀。
　　
　　交通堵塞：一般從車檢器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析而得出，此時將提示交通堵塞最近的攝像機(jī)圖像切換到監(jiān)視器及大屏幕投影儀。
　　
　　CO／VI超閾值：將CO／VI超閥值洞的所有攝像機(jī)的圖像切換到監(jiān)視器，將距離CO／VI告警設(shè)備最近的4個攝像機(jī)圖像切換到硬盤錄像機(jī)，距離告警設(shè)備最近的4個攝像機(jī)圖像切換到大屏幕。
　　
　　火災(zāi)告警：將發(fā)生火災(zāi)隧道的所有攝像機(jī)的圖像切換到監(jiān)視器，將距離火災(zāi)警點(diǎn)最近的4個攝像機(jī)圖像切換到硬盤錄像機(jī)，距離火災(zāi)警點(diǎn)最近的4個攝像機(jī)圖像和兩端隧道廣場的攝像機(jī)圖像切換到大屏幕。
　　
　　隧道照明控制方案包括正常、火災(zāi)、交通事故、停電以及光強(qiáng)檢測狀況下各種天氣、一天內(nèi)各時段的照明燈開啟等級。
　　
　　火災(zāi)時的照明控制：如遇火災(zāi)，無論照明現(xiàn)狀如何，照明控制系統(tǒng)將隧道照明開到最大程度。
　　
照明系統(tǒng)正常控制方案
　　
　　就控制實(shí)現(xiàn)方式而言，有時間控制和隧道光強(qiáng)檢測自動控制兩種方式。對于照明組，可劃分為加強(qiáng)段、過渡段照明組和基本段明組兩個部分。

　　時間控制方式：根據(jù)現(xiàn)場測試．根據(jù)不同的季節(jié)和時間，將一天分成幾個時間段同時結(jié)合考慮到氣象條件、交通形式等條件的瞬時變化，在不同的時間段分級開啟不同數(shù)目的燈組，或調(diào)節(jié)各組燈的亮度。
　　
　　自動控制方案光強(qiáng)檢測儀讀數(shù)結(jié)合氣象條件和監(jiān)控計(jì)算機(jī)確定的設(shè)定值分級予以控制，此時對光強(qiáng)度值的數(shù)據(jù)采集分析應(yīng)正確。如按檢測周期取3分鐘，取前5次采集的加權(quán)平均值，作為光強(qiáng)度值，對隧道照明綜合控制每次增開或減少為一級，以免因照度突變影響行車安全。
　　
　　其中，照明組位于隧道入口處，將洞外的光強(qiáng)過渡到洞內(nèi)基本照明組的光強(qiáng)。因此控制的重點(diǎn)應(yīng)該在于加強(qiáng)段、過渡段照明組部分。綜合各種已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的隧道照明控制方案上來看，對于過渡照明組的控制將采取隧道光強(qiáng)檢測控制為主，時間控制為輔的控制措施。
　　
　　基本照明組是除了加強(qiáng)段、過渡段照明組外的其他照明組，為維持洞內(nèi)的基本可視照明而設(shè)立的。其控制基本上應(yīng)遵循省電原則。而對于基本照明組的控制，應(yīng)采取時間控制為主，隧道光強(qiáng)檢測控制為輔的控制措施。
　　
　　隧道照明控制的完善涉及照明控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案和隧道燈具的選擇，是一個較為復(fù)雜的課題，需要一個綜合解決方案，以保證行車安全和節(jié)能運(yùn)行。
　　
　　隧道通風(fēng)控制：監(jiān)控分中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取CO、VI檢測器、風(fēng)機(jī)的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)啟動關(guān)閉等的控制，風(fēng)機(jī)將洞外新鮮空氣引入隧道，并將有害氣體排除洞外，保證隧道中的煙霧和CO濃度達(dá)到答應(yīng)值。在隧道發(fā)生火災(zāi)時，能控制隧道中煙霧的蔓延，保證人身及隧道安全。
　　
　　通風(fēng)控制方案包括正常情況、CO／VI過高、火災(zāi)狀況、交通事故狀況下風(fēng)機(jī)開啟、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等運(yùn)行方案。
　　
正常情況通風(fēng)控制方案
　　
　　基于國家《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，隧道內(nèi)CO濃度值一般以200{或250）ppm和300ppm為告警閥值，設(shè)定兩個告警等級。但是實(shí)際運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)，即使隧道空氣人體感覺已經(jīng)到了使人難以忍受的情況時，CO濃度值仍小于150ppm，此時系統(tǒng)不能進(jìn)行自動警，因此在實(shí)際實(shí)施中CO濃度閥值的設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于150ppm，按50ppm設(shè)置。能見度的告警閥值設(shè)置也存在同樣的問題。因此，在監(jiān)控軟件中CO／VI告警閥值的設(shè)置應(yīng)該可以根據(jù)實(shí)際情況同時參考隧道的外形如上下坡、彎道以及攝像機(jī)所觀察到的環(huán)境情況進(jìn)行調(diào)整。為此，風(fēng)機(jī)應(yīng)根據(jù)交通狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)的數(shù)值及變化率進(jìn)行控制?？刂浦芷诳扇?0分鐘左右。當(dāng)CO值超過設(shè)定值或煙霧濃度超過設(shè)定值，監(jiān)控系統(tǒng)可控制開啟一組{每組暫設(shè)為2臺）或多組風(fēng)機(jī)，以控制環(huán)境參數(shù)適合指標(biāo)要求。事實(shí)上，在車流量小、下坡隧道，隧道空氣質(zhì)量滿足行車要求，監(jiān)控的重點(diǎn)應(yīng)集中在車流量大、上坡、彎道隧道。
　　
　　隧道內(nèi)能見度測量范圍為O一151／Km，根據(jù)需要將VI測量值的范圍分為4級。即VI值31／Km、VI值51／Km、VI值71／Km、VI值101／Km當(dāng)能見度VI51／Km時為正常，隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)不啟動：當(dāng)51／Kin能見度VI101／Km時，根據(jù)需要啟動隧道相應(yīng)道路段的風(fēng)機(jī)，直到能見度恢復(fù)正常：當(dāng)能見度VI101／Km時，控制系統(tǒng)將關(guān)閉隧道。
　　
　　長隧道上坡路段較多、車流量較多時，VI能見度采集值經(jīng)常會超過5，可VI閾值按實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，一般設(shè)定在10-15較為適合。

隧道火災(zāi)控制方案
　　
　　火災(zāi)事故作為級別最高的事件，也是隧道監(jiān)控的重點(diǎn)，我們在此單獨(dú)列出，所有相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動在此統(tǒng)一描述。
　　
　　由于隧道火災(zāi)情況復(fù)雜。如起火點(diǎn)位置、隧道長短、車行橫洞、人行橫洞位置設(shè)計(jì)不同，則火災(zāi)控制方案也不相同。下面針對2公里左右長隧道提供一個解決思路。
　　
　　當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)時，隧道火災(zāi)警系統(tǒng)警，監(jiān)控中心控制計(jì)算機(jī)警，經(jīng)過值班人員判定是否發(fā)生火災(zāi)，確認(rèn)后發(fā)出相應(yīng)控制命令至隧道。當(dāng)數(shù)據(jù)采集控制單元接收到監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送設(shè)備處理指令后，立即對交通監(jiān)控設(shè)備和風(fēng)機(jī)照明設(shè)備進(jìn)行控制。
　　
　　隧道火災(zāi)時的通風(fēng)排煙控制方案設(shè)計(jì)，必須考慮火災(zāi)情況及其對策，根據(jù)隧道長度、平面曲線半徑、縱坡、交通條件、自然及環(huán)境條件和火災(zāi)危險性等因素。隧道火災(zāi)處理分四個階段，即火災(zāi)確認(rèn)、逃生、救援、滅火階段。在火災(zāi)確認(rèn)和逃生階段，由于處于隧道火災(zāi)起始階段。隧道上半部完全是層狀煙霧，下半部是由洞口流向火場的新鮮空氣氣流，仍有利于人員逃生，此時著火點(diǎn)四周的風(fēng)機(jī)應(yīng)停止工作，以免將煙氣和新鮮空氣攪亂，但其他風(fēng)機(jī)按低速排煙。在火災(zāi)救援階段，應(yīng)全速開啟排煙風(fēng)機(jī)，且排煙方向應(yīng)與隧道交通流向相同，另一隧道風(fēng)機(jī)部分開啟進(jìn)行送風(fēng)，阻止煙霧進(jìn)入另一隧道；滅火階段時，兩個隧道的風(fēng)機(jī)全部開啟。具體處理過程如下：
　　
　　火災(zāi)警階段系統(tǒng)接到火災(zāi)告警后隧道攝像機(jī)在接到火災(zāi)發(fā)生信息后，把發(fā)生火災(zāi)隧道所有圖像切換到監(jiān)視器，離火災(zāi)最近的4路圖像切換到大屏幕投影儀，并切換到硬盤錄像機(jī)進(jìn)行錄像。
　　
　　逃生階段監(jiān)控人員經(jīng)過圖像確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)以后，立即與救援、滅火、交通疏導(dǎo)等有關(guān)部門及上級領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行警聯(lián)系，開展滅火救援工作，基本控制方案如下：
　　
　　1、發(fā)生火災(zāi)隧道的上游車道燈顯示“×”，下游顯示“↓”。
　　
　　2、發(fā)生火災(zāi)隧道洞口情板內(nèi)容置為：“隧道火災(zāi)、禁止通行”。
　　
　　3、旁洞情板內(nèi)容置為：“減速慢行”。
　　
　　4、著火點(diǎn)四周的風(fēng)機(jī)關(guān)閉，開啟火災(zāi)上游的一組風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)。
　　
　　5、發(fā)生火災(zāi)的隧道照明燈全開。
　　
　　旁洞風(fēng)機(jī)根據(jù)火災(zāi)著火點(diǎn)位置啟動相應(yīng)的風(fēng)機(jī)以阻止煙氣向旁洞蔓延。
　　
　　洞口交通燈設(shè)為紅燈。

　　打開發(fā)生火災(zāi)的人行橫洞指示燈，指示人員逃生方向。

　　火災(zāi)隧道洞口和洞內(nèi)的情板根據(jù)起火點(diǎn)上下游位置，分別顯示火災(zāi)和安全疏散信息。與此同時，監(jiān)控人員在分中心用隧道廣播對現(xiàn)場進(jìn)行指揮、調(diào)度、疏導(dǎo)。
　　
　　救援階段待交通疏導(dǎo)部門到達(dá)現(xiàn)場后，執(zhí)行以下救援階段方案。
　　
　　發(fā)生火災(zāi)隧道洞內(nèi)外情板內(nèi)容置為：“隧道火災(zāi)，禁止通行”、車行橫洞指示燈置為開：交通燈置成正面紅叉：
　　
　　在設(shè)置好雙向交通引導(dǎo)標(biāo)志后，旁洞隧道洞內(nèi)外情板置為”雙向行駛、嚴(yán)禁超車”，超車道隧道燈改為反方向行駛，交通燈置為黃燈。
　　
　　開啟全部風(fēng)機(jī)，排煙方向順?biāo)淼澜煌飨颍簩τ谠O(shè)有豎向風(fēng)機(jī)的特長隧道，應(yīng)在現(xiàn)場模擬調(diào)查后，制定方案。
　　
　　滅火階段開啟全部風(fēng)機(jī)，增大風(fēng)量，以利于滅火和降溫。在滅火結(jié)束后，風(fēng)機(jī)應(yīng)由監(jiān)控分中心或通過現(xiàn)場控制面板，將風(fēng)機(jī)逐漸關(guān)閉，確認(rèn)可以正常通行后，恢復(fù)原先通行的各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
　　
　　由于實(shí)際情況非常復(fù)雜，每次碰到火災(zāi)或其他事故時，現(xiàn)場情況經(jīng)常不一樣。交通治理人員和消防人員的反應(yīng)速度，以及每次事件的嚴(yán)重程度也不完全相同，所以以上三個階段的劃分和過渡必須要由值班人員結(jié)合實(shí)際情況確定，各個階段的控制方案仍應(yīng)在人工監(jiān)督的條件下操作完成。
　　
　　事故方案設(shè)備在出現(xiàn)故障和需要維護(hù)的情況，應(yīng)有一套控制預(yù)案。系統(tǒng)一般提供手動的方案，值班人員結(jié)合各種信息，選擇具體的方案執(zhí)行。方案的選擇在控制計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)菜單中，對應(yīng)不同的隧道有一系列不同的控制方案，分別以車道燈、交通燈、照明、風(fēng)機(jī)進(jìn)行組合控制。值班人員可以選擇一組控制方案下發(fā)以實(shí)現(xiàn)交通控制。
　　
　　上述交通監(jiān)控方案的實(shí)現(xiàn)，只是一個基本的框架內(nèi)容，所有完整的實(shí)現(xiàn)模式，必須在實(shí)踐中充分模擬探索，并將可行的方案在計(jì)算機(jī)中按序號編列好供調(diào)用。此外所有控制方案都應(yīng)具有手動／自動、現(xiàn)場／遠(yuǎn)程模式，且現(xiàn)場控制優(yōu)先。
　　
　　為實(shí)現(xiàn)以上目的，必須有一個開放的可靠的硬件支持技術(shù)方案，該方案除了能采集和控制道路信息，還應(yīng)與隧道通風(fēng)、照明的設(shè)計(jì)結(jié)合起來，組成交通監(jiān)控和電力監(jiān)控合一的方案。針對于我省采用隧道中壓供電的供電做法，可以按照以下思路進(jìn)行硬件組網(wǎng)設(shè)計(jì)：電力與交通數(shù)據(jù)采集共用數(shù)據(jù)采集與控制單元，該單元設(shè)于隧道左側(cè)隧道配電室。除采集電力監(jiān)控設(shè)備外，還應(yīng)采集CO／VI、風(fēng)速風(fēng)向儀、光強(qiáng)檢測器，控制車行人行橫洞燈、車道控制燈，洞內(nèi)增設(shè)情板；CO／VI、風(fēng)速風(fēng)向儀、光強(qiáng)檢測器安裝隧道左側(cè)：洞內(nèi)車輛檢測器和情板控制器安裝在隧道右側(cè)，均配RJ451O／1OOM的以太網(wǎng)口各自通過光纖收發(fā)器上傳至洞口，通過以太網(wǎng)交換機(jī)后上傳分中心。以保證數(shù)據(jù)傳輸速率。
　　
結(jié)束語
　　
　　交通監(jiān)控系統(tǒng)是今后實(shí)現(xiàn)智能交通的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，在局部路段有效實(shí)現(xiàn)完整的交通監(jiān)控的要求后，應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)全路網(wǎng)的信息共享，以及信息的無縫連接，各路段可以根據(jù)各自的交通狀況，結(jié)合相鄰路段的交通狀況，制定各自的控制預(yù)案，保證高速公路的行車安全和順暢。為達(dá)到此目的，可考慮選擇一個有實(shí)力的監(jiān)控系統(tǒng)集成商，與有經(jīng)驗(yàn)的業(yè)主一道，做一個統(tǒng)一完整的規(guī)劃，對各種監(jiān)控方案進(jìn)行不斷的總結(jié)、修改、完善，達(dá)到最好的交通監(jiān)控效果。