高速公路隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

隨著我國高速公路建設(shè)里程的增長，隧道占新建設(shè)高速公路里程的比例越來越大。隧道在空間上呈封閉帶狀分布的結(jié)構(gòu)特征，給行車環(huán)境帶來了一系列變化，往往構(gòu)成高速公路交通事故的多發(fā)區(qū)，并且極易引發(fā)二次交通事故，引起高速公路堵塞，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。 隧道運(yùn)營問題顯得越來越突出，隧道內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與控制成為保證高速公路隧道及運(yùn)行的重要手段。

由于隧道是公路的特殊構(gòu)造物，在空間上的限制而使隧道內(nèi)的環(huán)境 狀況比較復(fù)雜，由于行駛車輛排放出的氣態(tài)及游離固態(tài)微?；旌铣傻挠泻U氣和車輛攜帶的塵土及卷起的塵埃，因隧道內(nèi)空間的限制，往往不能很快擴(kuò)散、消失，導(dǎo)致在隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量極差；由于山體豐富的淅瀝水和洞內(nèi)外溫差的作用，而使隧道內(nèi)常常處于很潮濕的環(huán)境中，在洞內(nèi)容易出現(xiàn)積水；由于隧道內(nèi)交通繁忙，加上環(huán)境惡劣和空間場地的限制，而使設(shè)備的日常維護(hù)、故障檢修工作困難、勞動強(qiáng)度大而效果較差 ，經(jīng)常出現(xiàn)隧道內(nèi)燈光設(shè)施損壞，而檢修人員只有到現(xiàn)場巡查時才會發(fā)現(xiàn)， 而 這些因素就是導(dǎo)致交通事故發(fā)生的根本性原因。

綜上所述，從公路隧道本身具有的特殊性，對隧道內(nèi)的有害氣體、溫濕度、能見度，積水情況進(jìn)行監(jiān)測，公路運(yùn)行部門及時掌握隧道內(nèi)的綜合環(huán)境情況，可以進(jìn)行有效地進(jìn)行交通控制和疏導(dǎo)，從而可減少交通事故的發(fā)生，減少人員生命及財產(chǎn)的損失。

2 、系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

圣凱安監(jiān)測系統(tǒng)主要建設(shè)對隧道內(nèi)的綜合環(huán)境監(jiān)測與控制，主要實(shí)現(xiàn)以下幾個方面：

（１）通過在隧道內(nèi)安裝溫濕度傳感器、光線感應(yīng)器、以及積水監(jiān)測儀來對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測 ，主要包括對有害氣體、能見度、風(fēng)速、水位、煙霧、明火、含氧量等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；

（２）對前端監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常時，自動給出報警提示，并能判斷到當(dāng)積水超限時 排水磊是否工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)有害氣體超標(biāo)時，自動啟動和控制通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行及時 換氣 ；

（３） 通過建立 監(jiān)控中心，及時地掌握各個公路隧道內(nèi)的環(huán)境情況及各控制設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)。 集中化管理 道路 報警信息，實(shí)現(xiàn)對報警的統(tǒng)計和分析， 實(shí)現(xiàn)環(huán)境異常與其它控制的設(shè)施的聯(lián)動控制。

3 、系統(tǒng)總體 設(shè)計

高速公路隧道綜合環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)用于對公路隧道 內(nèi)環(huán)境 進(jìn)行 監(jiān)測 ，可以實(shí)現(xiàn) 隧道內(nèi)的風(fēng)速、能見度、含氧量等進(jìn)行實(shí)時 監(jiān)測，通過將這些采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，能為減少交通事故的發(fā)生提供保障 。系統(tǒng)在整體上由前端 采集系統(tǒng) 、通信傳輸系統(tǒng)和 監(jiān)控 中心系統(tǒng)三大部分組成，其組成結(jié)構(gòu) 如下圖所示：

3.1 前端采集與控制

3.1.1 采集

本系統(tǒng)主要采集以下數(shù)據(jù)：

1、有害氣體

通過在隧道內(nèi)安裝在害氣體傳感器，一般安裝在隧道洞壁 上 ，每隔500m安裝一只傳感器，傳感器通過ＷＳＮ網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸。

2、含氧量

通過在隧道中間安裝含氧量探測儀，實(shí)時掌握隧道內(nèi)的空氣情況，為駕駛?cè)藛T駕駛提供保障。

3、積水

通過在隧道內(nèi)安裝積水測試儀，及時掌握隧道內(nèi)是否由于天氣原因?qū)е滤淼纼?nèi)有嚴(yán)重積水等現(xiàn)象，通過積水探測儀與排水系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動控制，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)積水超過指定標(biāo)準(zhǔn)時， 排水系統(tǒng)自動開始啟動排水泵進(jìn)行排水處理。

4、煙霧 、明火

在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)會導(dǎo)致迅速的有害氣體增加，再加上汽車尾氣等，在隧道內(nèi)氣溫也會快速升溫，在短時間內(nèi)可能會造成爆炸。監(jiān)測隧道內(nèi)是否有煙霧、明火等顯得非常重要。通過煙霧傳感器報警后與消防系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動后， 可以快速地滅火處理及改善隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量。

3.1.2 控制

通過在隧道內(nèi)安裝光線傳感器感應(yīng)隧道內(nèi)的光照情況，根據(jù)每個位置的不同，所測量的光照度也不同，系統(tǒng)根據(jù)每個位置的能見度情況，自動調(diào)整每個照明燈的光線，從而來滿足隧道內(nèi)的光照滿足標(biāo)準(zhǔn)。

通過煙霧探測器實(shí)時監(jiān)測隧道內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)，當(dāng)有發(fā)現(xiàn)有火災(zāi)發(fā)生時，根據(jù)煙霧濃度自動開啟消防系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)，通過消防噴淋系統(tǒng)進(jìn)行及時滅火；通風(fēng)系統(tǒng)會在隧道內(nèi)有害氣體濃度超標(biāo)，含氧量過少時自動開啟通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)行排氣換風(fēng)處理，從而來保證隧道內(nèi)的空氣能滿足要求。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸

在隧道內(nèi)安裝傳感器，需要將采集的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，而隧道內(nèi)由于處于山中， 沒有ＧＰＲＳ信號覆蓋，導(dǎo)致公路運(yùn)行人員不能及時了解到隧道內(nèi)的環(huán)境及設(shè)備的狀態(tài)。通過在隧道內(nèi)增加ＷＳＮ節(jié)點(diǎn)，利用ＷＳＮ無線網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿淼蓝纯?，再由安裝在隧道口的傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)傳回到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心就能及時了解到隧道內(nèi)的環(huán)境情況。

3.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心將部署于公路運(yùn)行中心 ，它的功能主要是由運(yùn)行于后臺服務(wù)器上的 隧道綜合環(huán)境監(jiān)測 管理軟件來實(shí)現(xiàn)的。 主要 為用戶提供信息服務(wù)，實(shí)時采集隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，隧道內(nèi)消防、照明等子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等。

綜合環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)每十分鐘會采集隧道內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，通過對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而可掌握到隧道內(nèi)的環(huán)境情況，為交通部門提供依據(jù)。通過系統(tǒng)可了解到隧 道內(nèi)的照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況及這些設(shè)施