从世界第一双洞隧道——秦岭终南山隧道建设浅谈隧道视频监控之发展

2007-05-10 16:26:32 来源:文/曹承先
安全自动化杂志征稿

[摘要] 编者按}随着中国西部地区以及内陆地区高速公路的大规模兴建,为解决山区公路建设绕山爬坡所带来的工程量大、通过耗时、耗材等问题,在崇山峻岭之中穿山而过的长、特长隧道以及隧道群,开始成为这些地区高速公路建设的重要部分。另外,随着近几年特长公路隧道建设技术的进一步成熟,高速公路隧道建设已成趋势,高速公路隧道投资在高速公路建设中的比重也大幅增加。例如,青银高速公路全长181Km,其中隧道就有25座,包括6座长隧道,l座8.69Km特长隧道、1座5.2公里、6座3公里以上特长隧道,隧道单洞长度约为98.7公里。\r\

我国是一个多山国家,75%左右的国土面积是山地或重丘。在面对如此地形的公路建设中,过去的普遍做法是盘山绕行或切坡深挖。但这样的做法却存在很多弊端。资料显示,盘山而建的低等级公路的汽油耗量比高等级公路多20%—50%,可谓耗时耗财(以秦岭终南山特长公路隧道建成通车为例,西安至柞水的行车时间由原来的3个多小时缩短为40分钟);而且,严重破坏了自然景观与生态环境,造成塌方、滑坡与水土流失。\r\n面对这样的不利因素,在我国高速公路高速发展的大背景下,加之近几年特长公路隧道建设技术的进一步成熟,高速公路隧道建设已成趋势,高速公路隧道投资在高速公路建设中的比重也大幅增加。除此之外,我国高速公路经过近20年的发展,一直遵循从易到难的建设规律,到目前为止,平原地域高速公路国道主干线投资已初具规模,山地或重丘地域公路隧道建设即将成为未来几年必然的投资热点。以秦岭终南山特长公路隧道为代表,近几年我国特长公路隧道建设规模屡次刷新亚洲或世界纪录即是明证。\r\n监控系统作为公路隧道,尤其是特长公路隧道机电系统的八大子系统之一,是保障隧道交通安全畅通,提高隧道行车舒适度的关键系统,肩负着保障隧道正常运营、隧道财产及行车安全、司乘人身安全等不可或缺的重要职责,因此受到业主单位的持续重视,投资比重在近几年公路隧道机电系统中的比重大幅提升。\r\n\r\n秦岭终南山隧道监控之特点\r\n至目前为止,秦岭终南山特长公路隧道是世界双洞公路隧道建设规模第一的隧道工程。美国英飞拓公司是此隧道视频监控系统设备提供商的厂商代表。下文中,笔者将以亲身经历的触角,介绍一下此案例的特点。\r\n摄像机建置高度密集\r\n基于秦岭终南山特长公路隧道建设的特殊性,秦岭隧道的监控系统包含交通监控、环境监控、通风控制、照明控制、电视/视频监控、火灾报警、横通道门监控、中央监控等系统的各类监控点超过1万个。隧道内每隔125米就设有一台视频监控摄像机,是世界上高速公路监控摄像机安装最密集的路段。\r\n为何如此密集地安装摄像机?其实,在建设之初,秦岭终南山特长公路隧道视频监控系统原设计为每250米安装一台摄像机。但是在该监控系统建设过程中,投资方根据“突发事件采用双系统全方位自动跟踪监控,并根据事件类型提供最有效的救援方案”这一原则性,主动要求及时修正设计方案,将视频监控系统改为每125米安装一台高性能摄像机。最终,秦岭终南山特长公路隧道共安装各类摄像机392台,真正做到了无盲点的全方位、多角度监控。建成后的监控系统,具备对突发事件采用双系统、全方位自动跟踪监控及根据事件类型提供最有效的救援方案的能力。\r\n技术创新\r\n此外,视频监控系统作为整个隧道监控系统的主体,必须为整个监控系统提供准确无误的、前馈式的信息来源,其自身的先进性与可靠性则尤为重要。为了达到这样的要求,秦岭隧道监控系统实现了以下技术创新,而这些创新必会成为未来隧道监控的趋势:\r\n1. 秦岭隧道监控系统首次在国内采用工业以太网实现隧道底层网络通讯,为隧道管控一体化提供了可靠且通用的通信平台; \r\n2. 综合研究国内外公路隧道的监控系统规模设置方法,秦岭隧道监控系统创新性的采用了公路隧道监控系统规模与隧道长度、交通量和经济发展水平相关,结合隧道结构特征、交通流特征和交通组成特征,确定安全系数(即置信水平),寻找安全与经济之间的平衡点,而确定隧道监控规模。在系统配置时采用功能设计法,有效的提高了系统的可靠性和适用性; \r\n3. 秦岭隧道监控系统首次实现采用前馈式模糊控制法进行隧道通风控制,该控制法大大提高风机的有效开启,减少风机的无用作为,通过仿真计算可以降低30-40%的运营电费。\r\n4. 秦岭隧道监控系统开发了完全基于TCP/IP协议的Internet远程隧道监控系统,实现了公路隧道监控系统从本地监控到支持Internet远程监控的飞跃,为城市交通信息化提供信息共享接口; \r\n5. 研究了隧道交通异常自动检测算法,采用结合视频监视,实现隧道异常的可靠检测; \r\n6. 针对公路隧道4种情况交通工况:火灾异常、故障阻塞异常、周期性交通拥挤异常及正常运营。根据异常情况,危害程度及处置方案受异常位置、交通量、方向不均匀系数等的影响,提出秦岭终南山特长公路隧道控制工况有40种,若不考虑双向交通量不均匀因素中量的差异,常用工况有24种。基于隧道常有24工况,提出了隧道12种交通控制预案,为隧道安全运营提供了可靠的安全保障。\r\n视频监控系统是否足够智能是关键\r\n从以上技术创新中,我们不难看出监控系统在高速公路隧道项目中除了持续的关注视频监控系统本身的可靠度、成熟度、以及是否能够与收费系统、通信系统实现信息共享之外,还需要进一步关注以下几点:\r\n首先是系统是否足够智能。视频监控系统是否能够为其他七大机电子系统,包括照明子系统、通风子系统、消防子系统、通信子系统、救援子系统、交通安全控制子系统、供配电子系统提供前窥式的信息来源,以达到管控结合的目的。\r\n其次,系统是否能够实现多职能功能,以实现基于开放式TCP/IP协议的实时信息共享;是否能够与其他机电子系统实现简单的无缝集成;(对于隧道群及高速公路视频监控联网系统来讲)是否能非常简便的实现可靠的多级联网(比如采用冗余的自愈环工业以太网传输方案、采用基于TCP/IP的监控主机联网方案来解决此类问题)。\r\n\r\n咽喉要道——隧道监控需要直面解决的难题\r\n公路隧道是公路的特殊形态,是公路交通的咽喉地段,由于公路隧道本身的咽喉属性,隧道监控系统则当仁不让地成为保障隧道交通安全畅通、提高隧道行车舒适度的关键系统。如何保证整个隧道监控系统安全稳定地运行,尽可能地发挥其应有的功能,是高速公路交通监控系统建设中的关键问题。秦岭隧道总投资RMB31.93亿元,其中机电项目投资逾RMB7亿元。隧道双洞总长36.04KM,洞内容纳了照明、通风、消防、通信、救援、交通安全控制、供配电、监控八大机电子系统。洞内各类强、弱电系统电子设备密密麻麻,电磁互扰程度可想而知。对于监控系统来讲,如何有效的规避电磁对各种监控信号的干扰即是对监控系统所采用设备性能的最直接考验;如何在曲度不同的隧道壁上安装摄像机,并能得到横平竖直的图像,也是系统安装单位在施工过程中遇到的众多困难之一。凡此种种技术“小插曲”,不胜枚举,经过供货方与安装方的智慧合作,都一一完满解决。\r\n当然,如何解决监控系统自身的可靠性、开放性,如何实现智能化的前窥式探测,如何合理规划监控系统的网络结构,正真实现在正确的时间将正确的信息传送到正确的位置,如何实现与其它子系统即时互联互通、完美集成,达到机电系统实现管控合一的目的才是该系统建设过程中真正的难点。隧道监控系统本质上是一个反馈控制系统,整个监控过程就是一个“获取现场信息——根据获得的信息做出决策——将决策发出并执行的不断重复的循环。如何进一步得到以上问题的更佳解决方案应当是隧道视频监控系统提供商接下来需要认真琢磨的问题。\r\n\r\n\r\n秦岭终南山特长公路隧道概况\r\n秦岭终南山特长公路隧道是国家高速公路网包头至茂名线控制性工程。秦岭隧道北起西安市长安区青岔,止于商洛市柞水县营盘镇,总投资31.93亿元。秦岭终南山特长公路隧道单洞长度18.02公里,双洞长度36.04公里,是建设规模世界第一的特长公路隧道工程。秦岭隧道监控管理系统的建设规模及技术先进性均创下了全球公路隧道之最,是我国高速公路隧道示范工程和标志性工程,被誉为中国公路隧道建设史上的里程碑。\r\n秦岭隧道拥有全世界高速公路隧道最完备的监控管理系统,肩负着保障隧道正常运营、保障隧道及行车安全等不可替代的重要职责。隧道每125米设置一台视频监控摄像机,加上特殊路段、特殊通道的摄像机,两洞共设置Infinova摄像机392台,是世界上高速公路监控摄像机安装最密集的路段,真正做到了无盲点的全面监控。英飞拓提供视频设备包括大型矩阵、监视器、摄像机和快球等核心设备。\r\n世界隧道建设规模排名 \r\n1.世界双洞公路隧道长度前三名: \r\n第一名:中国陕西秦岭终南山特长公路隧道,双洞总长36.04公里; \r\n第二名:日本关越隧道,双洞总长21.8公里; \r\n 第三名:奥地利普拉布什隧道,双洞总20.6公里。 \r\n2.世界单洞公路隧道长度前三名: \r\n 第一名:挪威洛达尔隧道,长度24.5公里; \r\n 第二名:瑞士圣哥达隧道,长度16.9公里; \r\n 第三名:意大利弗儒雷斯隧道,长度13.2公里。\r\n<参考资料>\r\n1.《2007年中国高速公路市场分析及研究预测报告》,中国投资咨询网,2006.12;\r\n2.重庆交通科研设计院官方网站http://www.ccrdi.com;\r\n3.《西安日报》之《龙卧秦岭隧冠天下》2007年1月21日,张力群、王健;\r\n4.《我国公路隧道建设技术的现状与展望》,隧道网(www.tunnelling.cn)。\r\n5.《高速公路隧道监控监控系统网络设计研究》,中国交通信息产业,2004年第2期,蒋责川 冯光宇 易术。\r\n\r\n<作者简介>\r\n曹承先,3年安防行业工作经验,现任美国英飞拓有限公司西安代表处首席代表,负责英飞拓公司在中国大陆西北区域的团队建设及业务拓展。\r\n
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