高速公路隧道监控系统的现状与发展

高速公路隧道监控系统的现状与发展
摘要：文章总结了高速公路隧道监控系统的发展概况；介绍了高速公路隧道监
控系统的主要组成、特点及其功能，阐述了高速公路隧道监控系统各个子系统的
组织构成及其控制方式，最后指出了高速公路隧道监控系统未来发展的主要趋势。

关键词：高速公路隧道监控系统智能联动综合控制
随着我国经济的快速发展，公路及公路隧道的建设项目与日俱增，隧道安全
运营问题显得越来越突出。

为了创造一个安全、方便、快捷、舒适、经济、高效
的交通环境，如何解决隧道安全问题日益成为高速公路建设和运营管理单位关注
的焦点。

本文将对高速公路隧道监控系统的组成、功能及现状进行综述，并给出高速
公路隧道监控系统的未来发展趋势。

1 发展概况
在高速公路隧道监控系统的研究方面，国外起步较早，发展到现在己经比较
完善。

美国、加拿大、德国、日本等国家已经走在世界的前列，我国隧道监控系
统的发展相对滞后于国外，如上海延安东
路隧道与深圳梧桐山隧道在我国较早实现了隧道监控；此后，成渝高速公路
的中梁山隧道、缙云山隧道等高级公路隧道，通过引进国外设备与自主开发相结
合实现了隧道的监控。

2 高速公路隧道监控系统的构成及功能
根据隧道系统各个部分控制的对象不同，可以将隧道监控系统分为计算机控
制系统、闭路电视系统、交通监控系统、照明控制系统、通风控制系统、隧道消
防系统、紧急电话系统、供配电系统等子系统。

2.1 高速公路隧道计算机控制系统
隧道内的交通信息、环境状况等因素通过传感器等检测，上传到计算机，由
计算机计算出相应的控制量并输出，实现对隧道内交通和环境的控制。

计算机控
制系统一般采用分散控制、集中管理的控制方式，即将控制系统分为两级控制：
一级为隧道区域控制系统，二级为以隧道站为监控中心的中心计算控制系统。

2.1.1 隧道区域控制系统
隧道区域控制器主要对隧道内小区段的信息进行采集及控制，其主要功能为：（1）收集本区段管辖的检测设备的检测信息，即一氧化碳、能见度、光强和车辆检测器等信息。

（2）对收集的信息进行预处理，将存储单元中处理的信息上传给中心计算机。

（3）接收中心计算机各种控制命令，发给下端执行设备（如发给车道控制标志、交通信号灯、风机驱动柜的指令）。

（4）主隧道控制器配有液晶显示屏，在对控制器所管辖设备进行操作时可监视其反馈信息及检查所辖各设备的状态。

2.1.2 中心计算机控制系统
中心计算机系统应具有连续不间断工作的能力，负责完成整个隧道的监控功能。

通过通信计算机从区域控制器收集、检测信息，并对收集的信息进行处理，
分析交通运行状况、环境指标状况；根据系统配备的控制方案，利用信号灯、车
道控制标志、可变情报板对交通进行实时自动控制，动态显示交通运行状况和设
备工作状态等；可进行数据查询、各种图表打印、数据备份自动完成及重要文件
的存档。

2.2 高速公路隧道交通监控系统
隧道交通监控系统是保证行车安全和道路畅通、实现高速公路运行管理的重
要手段。

通过该系统能迅速掌握交通流和交通环境等多方面的信息，从而对交通
运行进行科学管理，合理制定交通控制方案并评价其效果，预防常发性拥挤的发生，及时抑制和纠正交通违章行为，迅速探测出交通事件，对交通事故进行有效
排除和救援。

2.2.1 隧道交通控制系统组成
高速公路隧道交通控制系统主要由交通检测系统和交通诱导系统两大部分组成。

交通检测系统对隧道内的交通信息，如车流量、车速、能见度和交通异常事件，如交通事故、火灾等进行判断，在获得
相关信息后，及时把这些信息传送到监控中心，并自动判断交通状况（正常、拥挤、堵塞及异常、事故等交通状况），并据此通过交通诱导系统，调控车流量，确保隧道运行的安全。

高速公路隧道交通诱导方案可分为正常状态运行诱导方案、拥挤（包括交通拥挤和小型事故引起的拥挤）状态下的诱导和事故（包括大型事
故和火灾事故）诱导方案。

2.2.2 隧道交通监控系统控制方案
公路隧道根据公路等级的不同可分为高速公路隧道、一级公路隧道和二级及
二级以下公路隧道。

根据公路隧道长度的不同，大致可分为四类：特长隧道、长
隧道、中隧道、短隧道。

根据分级的不同，隧道交通监控系统工程配置规模又有
很大区别。

2.3 高速公路隧道视频监控系统
视频监控系统用以直观地了解隧道交通运行状况（如隧道出、入口及隧道内
的交通流量、车流密度及道路使用状况），同时还可以对隧道控制信号，如车道
控制标志、交通信号灯、可变情报板、风机运行状态、照明、空气质量以及隧道
内火灾报警进行直观确认，以便于为交通控制提供直观的依据和客观的记录。

2.3.1 视频监控系统组成
隧道视频监控系统分别由前端系统、传输系统、控制系统和显示系统四部分
构成，具有对图像信号的分配切换、存储、处理、还原等功能。

（1）前端系统主要由摄像机、镜头、护罩、云台、解码器等组成，用于采集图像信息。

（2）传输系统主要由视频电缆、控制电缆、音频电缆、光缆、电源线组成。

由于监视现场和控制中心总有一定距离，从监视现场到控制中心需要传输图像信号，同时从控制中心的控制信号要传送到现场，所以传输系统包括视频信号传输
和控制信号传输两部分。

（3）控制系统主要包括视频矩阵切换器、双工多画面视频处理器、多画面分割器、视频分配器、数字录像硬盘。

（4）显示系统主要有显示与记录设备，一般均安装在安保控制室，主要由黑白/彩色监视器、录像机及视频处理设备组成。

隧道视频监控系统的组成。

2.3.2 视频监控系统的控制与管理
视频监控系统除了实现基本的视频监控功能外，其客户端可通过控制按钮对
远端摄像机的焦距、光圈及云台转向进行控制，也可以通过中心计算机对视频画
面进行存储、分割和查询等。

3 现行高速公路隧道监控系统的不足
隧道监控系统还存在着一些不足，主要表现在以下几个方面：
（1）现行隧道大多采用集散式控制方式，可靠性较差，效率较低，管线长，投资高，易引起系统故障。

现场总线控制方式相对于集散控制方式有更大的优势，能够充分发挥上层系统调度、优化、决策等功能，降低系统投资成本，减少运行
费用。

（2）交通控制系统的控制模式和智能水平需要进一步研究和提高，应能自动识别交通状态、检测异常事故并做出处理，为驾驶员提供交通与环境信息，进行
路线指示和车辆诱导，提高车速与降低事故严重程度及堵塞与火灾时的疏散时间。

（3）大多数隧道通风控制仅考虑了CO 的浓度，而没用考虑交通状态、设备
的运转平衡、自动控制与节能问题。

实际上，隧道越长，使用者有害气体的吸收
越多，因此，应综合考虑环境、交通、节能、控制、设备使用寿命等方面的问题。

（4）一般来说，加强隧道照明、提高隧道内的亮度会增加运营费用。

因此，在安全行车的前提下，如何提高隧道的运营效率、降低能源消耗，成为隧道照明
技术研究迫切需要解决的问题。

（5）各个监控子系统的联动性差。

隧道通风与照明系统实行联动，能有效提高系统的控制性能和节能效应。

火灾报警系统应达到自动检测与消防实现联动，
根据火灾类型与严重程度自动制定灭火与救援措施，可在更大程度上保证人身财
产安全。

4 隧道监控系统的未来发展
隧道智能化监控系统，是目前隧道监控领域研究的前沿课题，是21 世纪隧道监控系统的重要发展方向；它是在当代科学技术充分发展进步的背景下产生的，
是将先进的计算机信息技术、电子控制技术、无线传感技术、无线通信技术、网
络技术等有效地综合应用于整个隧道的监控系统。

参考文献：
[1]边艳妮.高速公路隧道监控系统的设计[J].建筑科学，2007，（4）：88-89
[2]张建亮.高速公路的隧道监控[J].山西建筑，2007，33（34）：331-332。