高速公路隧道監(jiān)控子系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)

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摘要：為進(jìn)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(huán)境，在研究高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，完成了高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)，并對(duì)高速公路隧道內(nèi)交通誘導(dǎo)控制子系統(tǒng)、通風(fēng)控制子系統(tǒng)以及照明控制子系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)以及控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)，為后續(xù)進(jìn)一步完善高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高速公路；隧道監(jiān)控；交通誘導(dǎo)；通風(fēng)控制；照明控制

引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的日益提升，汽車的擁有量已經(jīng)突破一個(gè)階段，對(duì)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(huán)境。對(duì)于高速公路的隧道而言，鑒于相對(duì)封閉、地形危險(xiǎn)且交通流量大，是交通事故頻發(fā)的位置。因此，為了進(jìn)一步改善高速公路上隧道內(nèi)的交通環(huán)境，避免交通事故的發(fā)展以及提高事故處理的效率，隧道監(jiān)控系統(tǒng)必不可少[1]。本文將對(duì)高速公路上的隧道監(jiān)控系統(tǒng)及其控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析

隧道輸出高速公路的特殊路段，當(dāng)駕駛員駕車駛?cè)胨淼罆r(shí)由于光線、地形以及空氣質(zhì)量的變化，容易導(dǎo)致司機(jī)出現(xiàn)操作失誤的情況而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。具體表現(xiàn)為：駕駛員駕車駛?cè)胨淼罆r(shí)由于隧道內(nèi)外光線強(qiáng)度的變化，駕駛員會(huì)出現(xiàn)短時(shí)時(shí)間的視覺模糊，稱為“黑洞效應(yīng)”；隧道為一個(gè)相對(duì)封閉的空間，其中集聚著大量的CO和NO等，而且隧道越長(zhǎng)濃度會(huì)越來越高，會(huì)導(dǎo)致駕駛員出現(xiàn)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(dǎo)致駕駛員視線模糊的情況，降低隧道內(nèi)CO、NO等有害氣體的濃度，有必要建立監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)影響駕駛員操作的因素進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；此外，基于隧道監(jiān)控系統(tǒng)還能夠?qū)κ鹿蔬M(jìn)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(jiān)控系統(tǒng)能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用，其各項(xiàng)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需遵循如下原則：1）隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須本著改善高速公路運(yùn)營(yíng)安全為基礎(chǔ)，為駕駛員提供安全、舒適的駕駛環(huán)境；2）在合理預(yù)算的范圍之內(nèi)，盡可能地選用高科技產(chǎn)品和先進(jìn)技術(shù)，保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性；3）要求監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)通信，并保證數(shù)據(jù)傳輸過程中的準(zhǔn)確性。根據(jù)高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求，需為其配置交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)、通風(fēng)控制子系統(tǒng)、照明控制子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制子系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)，并根據(jù)不同子系統(tǒng)的功能要求為其配置對(duì)應(yīng)的控制策略。高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下頁圖1所示。如下頁圖1所示，隧道監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視器、固定攝像頭和云平臺(tái)攝像機(jī)對(duì)隧道的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將所采集的數(shù)據(jù)基于通信協(xié)議傳輸至上位機(jī)（電力監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、交通監(jiān)控、通風(fēng)和圖像處理計(jì)算機(jī)等）后對(duì)其進(jìn)行分析處理。

2隧道監(jiān)控子系統(tǒng)及控制策略的設(shè)計(jì)

本節(jié)將主要對(duì)高速公路隧道監(jiān)控子系統(tǒng)中的交通誘導(dǎo)控制子系統(tǒng)、通風(fēng)控制子系統(tǒng)、照明控制子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1交通誘導(dǎo)控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)的主要功能是對(duì)隧道中發(fā)生的火災(zāi)、事故以及正在施工的路段進(jìn)行交通誘導(dǎo)和控制，包括對(duì)隧道內(nèi)交通指示燈的控制和限速的調(diào)整，盡可能少的避免事故的發(fā)生。對(duì)于隧道箭筒誘導(dǎo)系統(tǒng)而言，要求其具備交通的基本控制功能、交通應(yīng)急處理功能、分區(qū)段控制功能、對(duì)隧道內(nèi)流量、車速、占有率監(jiān)測(cè)的功能等[3]。

2.1.1隧道車流量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)本方案采用環(huán)形線圈車檢器對(duì)隧道內(nèi)的車流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該設(shè)備具有高精度、操作靈活方便的優(yōu)勢(shì)。具體監(jiān)測(cè)原理如圖2所示。如圖2所示，根據(jù)隧道內(nèi)車道的實(shí)際數(shù)量配置對(duì)應(yīng)數(shù)量的環(huán)形線圈車檢器，線圈每通過一輛汽車均會(huì)記錄，并根據(jù)需求可記錄固定時(shí)間段、一天或者更長(zhǎng)時(shí)間段的車流量，并將測(cè)量結(jié)果上傳至上位機(jī)。

2.1.2隧道車速監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)對(duì)于車速監(jiān)測(cè)，本方案選擇兩個(gè)環(huán)形線圈車檢器對(duì)隧道內(nèi)通行車輛的速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)原理如圖3所示。如圖3所示，固定車道中兩個(gè)環(huán)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(shí)的時(shí)間差（T），即可換算得出被測(cè)車輛的車速V=S/T。

2.2通風(fēng)控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(fēng)機(jī)對(duì)隧道進(jìn)行通風(fēng)并將CO、NO控制在合理范圍之內(nèi)。通風(fēng)控制子系統(tǒng)能夠根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)CO濃度監(jiān)測(cè)控制對(duì)應(yīng)數(shù)量的通風(fēng)機(jī)運(yùn)行。此外，隧道能見度和其他交通信息也是控制其中通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)數(shù)量、風(fēng)向和通風(fēng)時(shí)間的主要依據(jù)。通風(fēng)控制系統(tǒng)具備自動(dòng)控制和人工干預(yù)控制兩種控制模式。一般正常工作狀態(tài)，采用聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)控制對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行控制；當(dāng)聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)存在故障時(shí)采用現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)；在事故狀態(tài)或者特殊情況下采用遠(yuǎn)程人工控制模式；在設(shè)備檢修或其他特殊情況下采用現(xiàn)場(chǎng)人工控制[4]。通風(fēng)控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的控制流程如下頁圖4所示。如下頁圖4所示，通風(fēng)控制系統(tǒng)的控制依據(jù)為對(duì)隧道內(nèi)CO等參數(shù)進(jìn)行采集，當(dāng)上述參數(shù)超標(biāo)時(shí)，根據(jù)超標(biāo)的情況控制相應(yīng)數(shù)量的通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；期間，若通風(fēng)機(jī)存在故障時(shí)應(yīng)啟動(dòng)器對(duì)應(yīng)的備用通風(fēng)機(jī)。此外，通風(fēng)控制系統(tǒng)還需對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示。

2.3照明控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

照明控制子系統(tǒng)的主要功能是對(duì)隧道內(nèi)照明設(shè)施或者光線強(qiáng)度等參數(shù)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，控制隧道內(nèi)照明系統(tǒng)以確保隧道內(nèi)的行車安全和道路暢通。結(jié)合照明控制子系統(tǒng)的任務(wù)需為其配置照明設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示和報(bào)警功能、照明設(shè)備控制功能、自動(dòng)執(zhí)行照明預(yù)案和數(shù)據(jù)顯示功能。照明控制子系統(tǒng)采用時(shí)序自動(dòng)控制策略對(duì)隧道內(nèi)照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，具體控制略為：根據(jù)季節(jié)的變化和不同的時(shí)間段以及隧道內(nèi)實(shí)時(shí)能見度啟動(dòng)不同數(shù)量的照明回路，以保證隧道內(nèi)車輛安全行駛[5]。此外，當(dāng)出現(xiàn)由于天線和交通事故引發(fā)的突發(fā)狀況時(shí)，需人工對(duì)照明進(jìn)行控制，對(duì)應(yīng)的控制流程如圖5所示。

3結(jié)語

目前，我國(guó)在高速公路的工程建設(shè)方面的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)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(duì)封閉，為保證隧道內(nèi)車輛的安全行駛需為其配置有效、可行的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)、能見度、車輛速度、車輛流量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)對(duì)應(yīng)規(guī)范得出相應(yīng)的控制策略，以確保隧道內(nèi)光線、CO濃度等在合理范圍之內(nèi)；并對(duì)隧道內(nèi)的違法行為進(jìn)行監(jiān)控。

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作者：趙霞飛 單位：山西欣奧特自動(dòng)化工程有限公司