摘要：高速公路隧道交通监控设施对发挥高速公路“安全、高效、快捷、舒适”的功能，保障道路畅通，保证道路较高的服务水平，实现对交通运行的宏观管理和调度起着关键重要，本文是作者通过珠海机场高速隧道交通监控系统的组成和功能出发，对隧道交通监控系统业务体系结构及工程界面、工程方案进行了阐述。
1、概述
“珠海机场高速公路工程”作为珠海市公路网规划“八纵六横”的第六纵线，是连接珠海机场、珠海航空产业园的快速通道，其建设对珠海发展为珠江口西岸核心城市及区域性交通枢纽、完善珠海两港集疏运系统及区域综合运输网络等具有重要意义。高速公路全线长30.292公里，全线双向4车道，有5座隧道，设计速度为100公里/小时。
2、系统的主要设计原则
（1）综合考虑国内外的先进技术和成熟可靠的设备，保证系统可靠运行。
（2）充分考虑现在和未来营运管理的需要，开放性和兼容性加强，易于扩充和修改。
（3）设备的故障率低，监控功能强，维修方便。
（4）依据交通需求和系统功能的要求，采取一次设计，分期实施的原则。
3、总体设计
（1）界定工程界面：机场高速道路交通监控与隧道交通监控不在同一合同段，为两家设计单位，与沿线交通监控工程专业设计密切相关的隧道监控设施，其设计方案、位置和规模等，应与沿线交通工程设计单位共同研究商定。机场高速全路段设乾务管理所负责对整个道路和隧道的管理，其中乾务管理所为沿线交通监控工程设计范围，处理好隧道土建工程、隧道隧道的机电设施（隧道通风设施、供电照明设施、隧道照明设施、隧道监控设施、隧道消防及隧道出入口管线综合及管线用房）、道路交通监控、隧道房建之间的界面，明确各专业之间的相互关系在本工程中显得尤为重要。
（2）建立完善的道路监控体系
根据本高速公路的特点，设计采用先进的视频、通信技术，建成高速公路独立的监控体系，提供各类监测数据，对设隧道管理所负责对整个道路和隧道的管理。监控设备设施之间通过电气连接，并在其他机电设施的支持下，实现信号和信息的传送和交互，从而构成多个在功能上既相对独立，又紧密联系的功能子系统。同一个设备设施可以在多个子系统中发挥作用。
根据控制与被控制的关系，监控系统总体上可以划分为三级，本项目计算机控制分为三级。
第一级为隧道本地控制器。与隧道内监控设备构成现场工业以太网系统，本地控制可自动或手动控制挂在总线上的每个设备。
第二级考虑充分利用双洞隧道可构成具有真正物理意义“环”的特点，将隧道内各本地控制器连接为冗余光纤环网（传输速率≥2MB）。如若光纤因事故或火灾断开，则具有真正意义的迂回路由可保证隧道控制通道的畅通。在此一级，各本地控制器设计为主从关系，在靠近救援站一侧洞口变电站设置的本地控制器为主控器，配有触摸显示屏，可连动控制各本地控制器所接设备，加强火灾、事故时的现场控制功能。
第三级为各隧道主本地控制器通过传输设备与管理所各功能计算机连接而成的光纤以太网（传输速率：1000MB）。
4、方案设计
（1）计算机系统
计算机系统由服务器、操作平台形成局域网及大型投影系统构成，包括容错服务器，网络维护计算机，视频管理及维护平台，预警视频处理平台，紧急电话及有线广播处理平台，PLC管理及维护平台，通风照明管理平台，车辆检测控制平台，信息发布控制平台，网络激光打印机，容错服务器负责网络运行、数据存储、数据库管理等功能，并为各工作站提供齐全、可靠的监控系统数据；
（2）快速以太网传输系统
交通诱导信息、车辆及交通事件检测信息以及PLC信息传输均需与中心建立快速联系的数据通道，本设计传输网采用1000M光纤工业级以太网，配置双交换机引擎和双管理引擎，并在交换引擎上配置光下联模块，用于连接设置在隧道中的工业级100M以太网交换机。
隧道管理所1000M工业级以太网交换机和隧道工业级100M交换机之间通过单模光纤组成交换式冗余环行结构，两条千兆链路之间互为备份。为了提高设备的可用性，乾务管理所工业级1000M交换机在硬件冗余方面应具有2路电源热备输入，双套风扇；乾务管理所的工业级1000M以太网交换机可根据需要配置千兆、百兆光接口，满足其它业务接入的需要。在隧道中的每台100M工业级交换机上配置2个单模百兆光口，实现和乾务管理所及隧道区域内的以太网交换机之间的环网连接。隧道中的现场设备通过电缆或光缆直接接入最近的百兆交换机，当通信链路出现故障的时候，业务切换时间小于200ms。
（3）视频监视系统
隧道的洞口两头各设一台室外全天候、并由中央控制室的控制器发出指令，遥控摄像机云台上、下、左、右转动，镜头的伸长与缩短，并可调节光圈、焦距等；隧道中：在各条隧道内设置一定数量的低照度彩色固定焦距摄像机，其指向与车流方向一致，配有自动光圈以适应光线的变化，达到连续监视全隧道各种设备及交通运行状况的目的。
闭路电视系统可对路段中相应路段、隧道内的交通流量、车流密度及道路使用状况进行监视，可及时地、直观地得到关于交通阻塞的现场情况和原因的画面；可对隧道区段控制信号(如车道指示器、交通信号灯、可变情报板等)进行直观确认，作为中心计算机外自动收集设备运行状况反馈信号的又一确认手段；还可配合能见度检测器等对隧道内空气质量进行监视；隧道中闭路电视系统用于监视隧道内各种防灾设备，尤其是对隧道内火灾报警予以确认。
隧道内视频图像的传输方式，可以采用点对点的方式进行传输，也可以采用就近的三路视频共用一个四路视频光端机(一路备份)往上传输的方式，光端机放在中间一个摄像机的设备箱中的方式传输，还可以采用数字处理的方式进行传输。本次设计推荐采用三路摄像机利用四路光端机的方式进行传输。
（4）紧急电话及有线广播系统
采用紧急电话和广播系统二合一的控制方式，主要是隧道广播系统与紧急电话系统综合在一起，即共用一个控制主机，共用同一软件平台，综合利用综合利用2芯铠装光缆做为传输媒质。系统采用光纤通信方式，构成环形传输网络，通讯可靠并且节约光纤资源。
乾务管理所设置一套紧急电话控制台，控制和管理隧道内所有紧急电话分机和广播，负责呼叫网的运行，处理接收到的信息，同时对隧道洞内外进行广播，指挥调度，疏导交通和组织援等，呼叫隧道广播时可同时接听紧急电话。
（5）交通诱导信息显示系统
本项目在隧道区段的入口和隧道内设有可变情报板(分门架式和隧道内两种)，可变情报板可显示路段及隧道洞内外各种信息，事故发生时可及时显示火灾、车祸、施工、停电、维护保养等信息，必要时可通知后续车辆停止继续驶入隧道洞内。大可变情报板由10块长X宽为1.0mX1.0m显示屏组成，含微处理器、驱动模块、显示屏、机箱和龙门架。
（6）车辆及交通事件检测系统
本项目在隧道出、入口采用微波车辆检测器，车行横通道处设置线圈式车辆检测器。检测车辆的车辆数、行车速度及占有率参数，以作为实施交通监控的依据。
车辆检测器用以检测道路上车辆交通信息（车辆通过计数、速度检测、车道占有率、排队检测等）。事件检测系统为集成了前端数据处理、通信模块、电源模块的智能型车辆检测器，可处理多达12对的速度检测线圈或者24个单独的占有式线圈的信号输入。本设计采用环路线圈型IDS事件检测系统。
（7）信号灯及车道指示系统
本项目在隧道口设有红、黄、绿三色交通信号灯。在由整体式路基变为分离式路基为进行变道控制，增加“←”指示灯，黄灯闪烁以提醒驾驶员既将进入隧道，提高警惕。隧道内运行正常，绿灯点亮。如洞内发生异常情况，需要关闭隧道，红灯点亮。交通信号灯用于表示隧道交通的运行状况，设置于隧道入口汽车联络道前20～50m。
（8）电力监控系统
根据高速公路的营运特点，变电所设计为无人值守型，在眼浪山一号、锅盖山二号隧道变电所两端，眼浪山二号隧道入口设置一套电力监控系统，监控主机设在路段管理分中心，实现对供配电系统主回路进行监控，并可实时测量系统电压、电流、功率和功率因数等参数，同时监测柴油发电机的工作状态。
电力监控系统提供配电系统中一次电气设备的安全保护，运行工况的在线监测，实现高压负荷开关、低压进线开关及切换开关的本地/远程操作控制。系统监控软件选用符合国内配电运行习惯和强大组态功能的集成化保护监控系统平台；现场一次设备的监控元件，高压侧选用智能电力检测仪表，直接安装在10KV开关侧，完成保护、测量、监测、通讯等功能；低压侧选用PSR651综合数字监控元件。电力监控系统采用区域联网分级控制，下层为站变电所网络，实现本地监控，并将信号上传，上层为路段监控分中心网络，实现对各个变电所的监控。
（9）隧道运营期的救援、防灾、逃生方案
正常状态
车辆检测器、环境检测器、火灾检测器将采集到的数据经控制器上传监控室交通控制计算机，若检测数据均为正常值，且无紧急电话、巡逻车报警，视频图像也未发现异常，则交通控制计算机执行正常运行控制方案：
（1）隧道群两端的可变情报板显示运行正常信息；
（2）隧道内各车道上方的行车横洞指示标志显示绿色“↓”，表示该车道可通行。某些位置的车道限速标志亦可显示正常限速值。
（3）闭路电视系统正常工作。
发生交通事故或某些交通事件(如火灾)
（1）监控室由监控设备自动报警、紧急电话通知、巡逻人员报告、闭路电视观察等得知事故情况。此时控制台上的监视器自动切换为事故区域图像，录像机开始录像记录。
（2）事故位置和类型经人工确认后，交通控制计算机可自动生成信号控制方案，经人工确认后实施。同时，迅速通报交警、消防、医疗急救、道路养护等相关部门，使其按指定路径赶赴现场。
（3）事故处理完毕后，如果启动了利用对向车道进行逆向行车疏散的，需关闭逆行车道，经人工确认车道已恢复正常功能后，交通控制计算机执行正常运行控制方案，隧道转入正常工作状态。
