隧道人员进出安全管理解决方案 

*章 引言

近几年来，我国公路、铁路建设事业蓬勃发展，国家“十二五”规划中曾明确指出，5年建成铁路3万公里，高速公路3.5万公里，其中绝大部分属于中西部地区开发，因地理位置等因素，其中桥隧的施工占据了很大的份额。对于施工中的安全问题，尤其是隧道是施工的安全问题更是重中之重。

目前，我国隧道安全管理技术不够完善，对安全的重视刚起步没多久，对危险的识别和处理的方法、措施、管理手段相对陈旧，科学的安全管理缺乏严重，事故的多发性依旧令人侧目。除了会同业主、设计以及监测单位等多方制定常态化的应急预案外，如何通过更更科学的手段去预防或是降低事故发生的危害，就是我们所面临需要解决的关键问题。

因此，能够实现灾害预防、事故救助、信息化管理等*的管理手段将是隧道安全建设的必然选择。

1.1 系统介绍

隧道行业属于多事故频繁的行业因其是施工的特殊性和复杂性，而且隧道事故的发生往往具有突发性和不可预见性，一旦发生事故，造成的后果也通常是比较严重的，结合市场以及用户的反馈，我们推出用物联网领域内*的RFID远距离射频识别技术，并整合传感技术、视频技术、多媒体显示技术等多领域内的*的智慧施工隧道-隧道安全管理系统（下文统称“隧道安全管理系统”）：

  、 实现人员进出自动登记/定位管理---替代原有进隧道翻牌的制度；（包括人员信息日常管理、进出记录，定位信息、数据分析，存储、报表打印等）

  、实现车辆进出自动管理，包括进出登记，进出计数等；（特殊功能系统可选）

  、隧道危险气体监测，记录，超阀值报警等(特殊气体隧道定制)；

  、隧道内外部语音实时通讯，通讯更快捷方便；（特殊功能系统可选）

  、24小时视频监控，可以实现1个月历史记录存储，随时查看；可支持手机视频查看

  、LED屏显示或是电视墙显示，显示更形象更专业化；

  、远程访问管理，实时随地，只要有网络的地方，均可以查看当前隧道施工的各安全信息。

  、采用集中监控方式，隧道视频图像以及人员进出记录可统一于一个监控总指挥中心，实现远程实时管控。

本系统着重解决施工人员进出的自动化识别，替代“人工翻牌进洞”的管理。并综合隧道管理各项资源，在保证既定的系统功能正常应用的前提下，利用*技术对系统进行整合利用，包含人员进出管理、LED大屏显示等。zui大限度的利用资源将隧道工作、管理提升到更搞水平的管理平台上。

第二章 设计原则与依据

总体设计原则

确保当前施工隧道的安全，同时不影响当前施工隧道的工作，采用集中管理设计思维处理现场各种监控数据

以客户的需求为基本原则，并充分结合现有成熟完善的技术进行设计。

隧道人员进出安全管理系统是一个涉及传感技术、LED显示技术、射频识别技术等多方面领域的*技术，因此总体方案设计必须具有可靠性、安全性、*性、灵活扩充性、经济实用性、操作和维护的方便性，更要具有前瞻性的建设全局统一管理的平台。

在规划设计过程中，系统设计以保障安全生产、提高企业效率，提升企业管理品质为目标，以高质量服务管理者和使用者为基本原则和设计思路。

硬件设计原则

系统的硬件设计和选型应该遵循如下原则：

*性：系统硬件应具有*性,避免短期内因技术陈旧造成整个系统性能不高或者过早淘汰。

可靠性：在充分考虑*性的同时,硬件系统应立足于用户对整个系统的具体需求，应优先选择*、适用、成熟的技术，zui大限度地发挥投资效益。

开放性：计算机网络选择和相关产品的选择要以*性和适用性为基础,同时考虑兼容性。

扩充性：系统数据采集设备采用模块化结构和总线通信方式，在系统规模扩展时，不需较大的改造，增加相应的模块即可。

软件设计原则

系统的软件设计和选型应该遵循如下原则：

可靠性和安全性：系统软件应具有很高的可靠性和安全性。

易用性：系统软件应操作方便,采用中文图形界面。

标准化：系统软件应符合国家、行业标准以及标准,便于多次升级和支持新硬件产品。

可扩充性：系统软件应具有可扩充性。采用面向对象的结构设计，具有一定的灵活性、可操作性和可扩展性。在今后业务发生变化时，模块的增加和对模块的修改不应对其他模块产生影响。

为确保整个工程的质量，总体方案设计原则需要达到上述可靠性、安全性、*性、灵活扩充性、经济实用性、操作和维护的方便性的高度统一。

设计依据标准

设计标准、依据严格遵守国家或部委或地方相关的执行标准

GB/T 2887-2000　电子计算机场地通用规范

YD/T 1666-2007  远程视频监控系统的安全技术要求

GB 10111-1988  利用随机数骰子进行随机抽样的方法

GB/T 12758-2004  城市轨道交通信号系统通用技术条件 

YD 5079  通信电源工程安装规范

GBJ79-1985  工业企业通信接地设计规范

GB50168-92  电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范

GA/T75-94  安全防范工程程序与要求

GA/74-94  安全防范系统适用图形符号

GB50054-95  低压配电设计规范

国家*YD/T926-2001标准

以太网10Base-T标准

以太网100Base-T标准

用户单位提供的相关技术需求

我单位综合管理、施工技术、技术水平以及类似工程施工中的经验和工法成果等

第三章  系统组成及工作原理

隧道人员安全管理系统采用集中管理式设计思路，以集团监控中心为核心，现场所有数据回传至集团监控中心，系统总体设计图如下：

系统总共采用3级架构平台，分别是一级管理平台为隧道现场管理平台，二级管理平台为项目部管理平台，三级管理平台为集团公司管理平台

分析：本集中管理方案中，由于视频监控数据相对于人员管理信息数据在传输中占有了分量，因此在相对比的情况下，人员数据传输可以忽略不计，因此方案主要需要考虑视频的传输。

目前提供的视频传输采用高清探头，根据用户需求，本设计以35个工作点为分析计算。720P百万像素全实时高清摄像机（按每路录像占用3Mbps计算）,35个工点，每个工点3个摄像头，每个本地网络宽带资源需占用3*3M=9M（上行宽带），远程中心总共35*9M=315M（下行宽带），此处不考虑二级监控平台的上下行宽带，其值必介于9M-315M之间

根据上述分析，采用视频集中监控受限于目前的宽带传输技术，以下提供两种办法

1. 采用专网专线传输：

实际运行过程中，一条千兆光纤有效宽带稳定运行仅为400M左右，可采用此种办法自建视频专网或是租用网络供应商的千兆宽带资源

优点：可以保证所有数据的有效及时传输，可以实现所有摄像头同步上墙显示

缺点：价格昂贵

1. 采用公网+部分专线传输

采用公网主要是利用现有空余的宽带资源，实现视频监控所有摄像头非同步上墙显示（选择性上墙以及视频切换上墙显示）以便减少宽带负荷，有效利用资源；部分专线是值隧道现场平台管理到项目部管理平台的专线传输。

有点：充分合理利用现有宽带资源，减少不必要的资源浪费

缺点：无法同步实现所有摄像头同时上墙，可能产生部分数据延迟

3.1 系统组成                           

隧道综合应用系统主要有人员进出管理系统、LED显示系统以及通讯系统组成。

注意：红色部分为系统可选

3.2 系统应用总体平台扩展架构

◇  以本地系统为基础，实现各功能模块数据通信；

◇ 可以拥有远程中心，可实时查询当前隧道的相关安全信息；

◇ 采用包括前端工点监控、中间通讯层、后台调度监控的三层体系架构

◇ 前端工点监控（人员进出定位管理系统、视频监控、人员/车辆门禁管理）以及后台调度（远程 中心机房、服务器以及部分外部对接平台）采用B/S应用架构。

3.3人员进出定位管理系统

人员进出管理系统主要为人员进出信息管理。主要有监控主机、读卡基站、人员识别卡、传输数据接口转换器等。

监控主机（现场服务器）：独立计算机，负责整个系统设备及人员检测数据的管理、通讯、统计存储以及屏幕显示、查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。

读卡基站（读卡器）：实时采集接收人员卡的信息，并及时通过通信线路实时反馈到系统当中。可以分为定位基站和识别基站。

人员识别卡：编程有*的识别码，仅提供给读卡基站去识别，一般在安全帽上安装或是身上佩戴，健康认证，安全可靠

传输数据接口转换器：包括一些信号转换器，主要实现对信号的转换以便系统更好的接收处理数据

大致原理图如下

进出系统：在每个施工隧道口内装2台读卡器。1台读卡器装在隧道洞口的入口处，另一台读卡器装在洞口往里200米（隧道不足时建议不小于100米）处，然后给每一位施工人员或是相关需要进出隧道的人员的安全帽上安装人员电子标签。当人员佩戴安全帽进出隧道时，内置的电子标签发出的信号，可以被读卡器获取到，读卡器根据读到卡的先后顺序来判断施工人员的进出情况，施工人员何时进、何时出、洞内有多少作业人员都能反映到系统软件中，同时，利用现场安装的大型LED屏幕，可以将相关进出隧道的人员信息显示到大屏幕上，使隧道进出人员情况一目了然。施工人员将该系统考勤卡佩戴在安全帽内侧，无须主动刷卡便能实现自动考勤，方便省力、准确度高。

定位系统：该定位属于区域型定位，定位点以读卡器为中心实现定位，目前定位系统包含两种方案

方案一：隧道信号全覆盖方式

如下为原理图：

此种方案，在隧道内布设足够多的读卡器，保证进洞的员工可以实时的掌握其实际的位置。进洞开始每隔100安装1台读卡器，根据实际隧道长度来确定安装的数量，由于系统传输采用有线的485方式传输，因此受限于传输距离的限制，每隔600米的时候需要增加一台485中继器，目的在于延长信号传输。

优点：由于属于信号全覆盖方式，员工在隧道的任何一个角落，均可以实时监测出来。

缺点：隧道开挖属于渐进性的工作，读卡器的安装工作需要跟随隧道的开挖进度，每开外一定的距离，就需要跟进安装一台读卡器，系统整体工期长，安装维护工程量大。同时，由于设备需求多，系统整体造价也比较高

方案二、重点区域信号覆盖

如下为原理图：

此种方案，针对性比较强，定位重点区域的工作人员的信息，除了在洞口安装2台保证正常进出的识别的读卡器外，因一般隧道工作二衬施工完毕后，基本上施工人员都存在于二衬台车到施工面之间，故仅需在二衬台车前后各安装1台读卡器，目的在于实时统计该处施工面的施工人员信息，实时掌控施工面人员的信息即可，台车附近的读卡器传输采用无线网桥将采集数据发往监控电脑。

优点：定位采用无线网桥传输，施工周期短，后期无需跟随隧道进度安装，定位读卡器自动跟随台车行进。价格相对便宜。

缺点：不采用信号全覆盖，隧道中间部分无法覆盖，若存在个别工人，将无法定位此区域的信息。

3.4 人员车辆通道（门禁）系统

门禁通道系统主要利用自动刷卡机制限制人员的进出，保障禁止非工作人员私自进出施工区域，同时也可用来来保障数据的真实性和有效性，避免因人为因素而导致考勤失效，或是管理出错。车辆的门禁可以提升对现场车辆的及时管控，做到更加有效的车辆利用率

主机（现场服务器）：负责整个系统设备及人员检测数据的管理、通讯、统计存储

以及屏幕显示、查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。

控制板：实时采集接收人员卡的信息，并及时通过通信线路实时反馈到系统当中并生成控制摆闸的指令，根据数据有效性就行控制，保证人员进出正常。

道闸：主要安装在入口处，对车辆进出限制作用，对于可通行车辆，道闸自动开启，放行车辆进出。

地感检测器：及时检测是否有车辆经过，并发送信息至控制系统，产生相关联动

三辊闸：也安装在隧道入口处，对人员进出限制作用，进出人员统一在该机器上刷卡，有机器识别权限，进行开启或是限行命令

现场安装位置示意图

利用人员/车辆门禁通道系统可以实现进出人车分流通过，保证一定的进出安全，只要给人员和车辆配置相关电子标签即可。当人员携带人员卡（即电子标签），靠近人员门禁通道也即三辊闸的时候，内置的读卡器可以及时读取卡片信息，并送交后台核实，运行通过，则发送命令给三辊闸，开启放行，否则不变化。而对于车辆门禁系统，也需要给每一辆车配置车辆卡，车辆经过通行区域的时候，会触发读卡，同时也有地感触发，当同时读卡和地感触发的时候，系统将判定车辆允许通行，则开启道闸放行。单单的读卡或是单一的地感触发，系统统一认为不允许通过

3.5 LED显示系统

将LED大屏幕安装在施工入口附近，靠近门房或是值班室为佳，用于实时显示地铁施工人员的信息，使管理*化，透明化。显示的内容包括：标签号，姓名，时间，总人数等，使领导及监管人员不用下到隧道下面去，也不必查看监控室电脑就能及时了解隧道内施工人员情况。有了该LED大屏幕显示系统不仅可以使洞内各区域内施工人员信息形象、直观、一目了然的体现出来。而且，在开现场会时，也可以在大屏幕上显示各种欢迎标语、宣传标语；在平时可以通过大屏幕提示施工人员注意施工安全，在有高温、霜冻等恶劣天气时可以及时进行温馨提示。这些都能充分体现隧道施工项目部管理上的人性化、现代化、科学化。

系统组成：服务器、同步系统卡、LED显示屏

服务器：主要实现对显示内容的编辑，控制

同步显示系统卡：系统的核心部分，同步实现电脑与LED屏的显示内容。对信号进行编译传输

LED显示屏：由32X16 led灯点（P10单红）阵组成的模组拼装而成，根据实际情况可以选择拼装的大小

各种大小的LED屏（宽*高）：可根据用户需求，进行大小定制，组屏单元块1.28*0.92和1.28*1.28两种

        3.94*1.28（M）                               2.56*1.28（M）

        1.92*1.28（M）                             1.28*1.28（M）

                                   8*3.84（M）

3.6 视频监控系统（可选）

     网络视频监控系统包括前端视频采集设备、网络视频编解码、通讯传输设备，以及后端的监控接收客户端软件。安装在隧道各主要的监控点执行信号采集传输，软件主要是安装在监控室电脑上，两者之间通过平台管理中心系统*，对其前端视频点进行多点对多点的实时监控管理。如：视频、云台、放大、录像、等功能，有管理权限的用户还可以对任何点的录像进行设置、下载、实时点播录像等操作；系统还可以通过PC浏览器进行监控。

由此可以看出，网络监控系统采用的是监控摄像机对隧道施工现场各视频点进行24小时的实时监控。对于一些关键视频点可启动视频移动侦测功能和报警功能，系统根据图像移动情况自动识别、触发，并进行录像（有预先录制机制，预录时长能提前20秒以上）；同时系统将图像、声音、报警等实时数据传送到监控室电脑，管理人员可以通过本地监视、远程IE监视、WEB 网页客户端等方式随意切换前端任意监控点的视频，能直观地了解和掌握施工各视频监控点的实时情况，从而达到随时随地及时准确地对其进行监管。

在实际的隧道现在，一般在在掌子面以及洞口附近分别安装摄像头，实时显示查看监控区域的情况，让管理者更直接的了解现场情况。

系统组成：服务器、摄像机、视频服务器、传输数据接口转换器以及通讯传输部分

服务器：监控平台终端，对系统返回的信息进行显示，并通过平台软件对各个监控点位的摄像机进行操控，以及提供录像、播放视频、云台控制等多个功能。

摄像机：前段监测设备，实时采集信号。提供云台设备，实现摄像角度的改变，提供式立体式监控。

视频服务器：主要是实现将声音图像的模拟信号转换成数字信号进行传输，通过通讯线路回传给监控平台。

传输数据接口转换器：包括一些信号转换器，主要实现对信号的转换以便系统更好的接收处理数据。

通讯传输：主要是一些RVVP线缆和网线构成，实现视频信号的及时传输。

隧道现场视频监控的传输技术分析：

考虑到隧道现场施工的特殊性，对于施工面的监控均采用无线网桥来实现传输，为保证传输效果，均采用净带宽为300M的无线网桥，其实际有效距离大于2KM。当隧道存在弯度时候，以根据实际情况，增设无线网桥中继器站点

3.7 后台系统

后台系统根据需求分析，采用zui前沿的电视墙技术，通过平台服务，及时的将数据呈现到电视墙上面，以供管理员及时分析处理

综合远程管理

利用各个隧道口的网络通讯，可以将各个隧道的采集到的人员数据，包括进出记录以及定位信息等，实时传送到集团调动中心，及时了解各隧道人员分布情况，方便指挥调度。

第四章  系统功能特点

4.1 核心功能特点

    本系统遵循"统一发发卡、统一装备、统一管理"的原则，按准许隧道洞内工作人员和班组实行"一人一卡"制，该感应器可视为"上岗凭证"或"隧道准入证"并可配合相关制度政策，以便更好发挥利用系统的优势。

（1）自动翻牌：

• 施工人员进出无需手动翻牌，进出自动登记；

1. 自动刷卡：

• 施工人员进出无需手动刷卡，全自动识别；

1. 实时在线：

• 施工人员进出实时在线显示，查看简单方便；

1. 历史查询：

• 施工人员进出记录全程记录保存，随时可以调取历史记录信息
• 历史存储数据体积小，正常可以保存一年以上或更长时间；

1. 报表打印：

• 施工人员进出记录可以根据需要报表打印，供备份查询

1. 灾后急救：

• 一旦发生相关事故险情，上位机可以立即显示当前隧道人员信息，可以提高抢险效率和救护效果；

1. 其他拓展功能（可定制）：

• 人员定位；
• 车辆管理；
• 定位轨迹；
• 危险区域限入报警
• 危险气体监测

4.2 系统特点

1、安全、稳定性高：健康资质认证，具有防爆防尘、抗干扰的特点

2、多卡快速识别：50米范围内可同时识别100个卡信息，识别物体速度可达到200公里/小时

3、适应性强：可以配合现在各种传输网络比如光强、以太网、485总线等

4、丰富的查询报表：zui大程度上方便管理人员操作

5、远程接入：可以在任何一台可以上网的电脑上远程查看某条隧道的实时情况，无须到现场。

6、视觉性强：通过外置的超大LED屏幕显示，可以随时知道目前洞内现在有多少人，这些人是谁

第五章  软件功能

5.1 概述

隧道人员进出管理系统软件为公司自主开发。采用目前*VC.net开发平台，结合功能强大的SQL SERVER数据库。基于B/S结构的网络监控软件，可通过IE浏览器在网络上浏览、查询、打印施工人员定位及考勤管理等相关信息，同时根据权限的不同，可以进行相关权限下的限制操作等，保证系统稳定运行

5.2 功能描述

目前隧道人员安全进出管理系统集成了人员进出管理，定位管理，历史轨迹查询以及LED显示四大功能于一身，实时监测隧道内部人员和或其他监控物体的动态分布情况、数量以及其所在的位置，同时具有选择跟踪、实时跟踪、位置查询和个人定位等功能。

• 选择跟踪：选择各部门工种等特定人员，掌握其在现场的工作情况
• 实时跟踪：实时显示隧道内部各人员的位置状态及其来源地。能够清楚地反映其活动情况
• 位置跟踪：选定某个监控段或是监控点，可以显示此段区域内的人员或车辆分布情况
• 个人定位：显示特定人员的运动轨迹，并可显示其历史运动方向

考勤统计功能

• 通过对进出隧道的工作人员的出、入时间以及在隧道各区域的停留工作时间的记录与统计，完成对全区个人、部门以及干部的考勤信息查询、统计
• 按照要求输出各种信息报表（如：时间报表、出勤月报表等）

LED大屏显示

• 同步显示系统各监测数据，更直接更形象
• 可以进行丰富的节目安排，人性化*
• 上手容易，简单易懂，操作性方便快捷

员工管理功能

• 员工管理功能 ：员工的增加、删除、修改和查询
• 硬件信息管理功能：对读卡器基站站、分站名称进行管理，对人员识别卡信息进行录入

实时报警功能

• 具有告警信息实时显示及历史告警查询功能，告警内容包括读卡器基站故障、卡电池电量不足、危险区域超时、禁区闯入等重要内容

安全监测功能

• 跟踪安全监测人员在隧道内的运动轨迹，记录他们在各区域及各监测点的停留时间，从而保证安全监测工作的严格执行

区域禁入管理功能

• 当有非*人员进入一些重要地方、或是危险场所等禁止进入区域时，系统给出提示和警告，同时将相关信息记录保存

紧急事件协助处理功能

• 万一当隧道发生紧急事件时系统可以及时对丢失人员进行统计，查询事故现场附近的人员信息，快速确定人员的准确位置，以便及时有效地开展搜救工作

历史数据的查询和报表打印功能

• 可对隧道人员定位、人员跟踪、考勤统计、安全监测管理、系统运行管理等信息进行长期保存，并可方便地查询历史记录。
• 能按时间、部门等对信息进行查询和打印

信息联网功能

• 通过建立WEB服务器，可以以浏览网页的方式实现信息共享，客户端无须另加任何软件，提供WEB浏览器方式访问，保证远程用户可以及时的了解和掌握现场的实际情况，进行未来生产工作安排和指导

第六章  主要设备介绍

6.1、远距离射频识别读卡器

6.2、电子标签

6.3、电子标签      

6.4、LED屏

6.5、摄像头

=6.6、视频服务器

6.7、无线网桥

第七章  成功案例

中铁一局四公司  云南红河州蒙自县蒙河铁路

中铁一局五公司  云南红河州屏边县蒙河铁路

中铁十局集团有限公司赣韶铁路隧道项目

   中铁十局  韶关市赣韶铁路隧道

   中铁十一局 黄杭铁路歙县金锅岭隧道

中铁十四局  绩溪蓄电站电力隧道

中铁十六局  杭州江干区建华地铁站

中铁十六局  上海青草沙凌桥支线C3标隧道

中铁十六局集团青草沙凌桥支线C3标隧道项目

中铁十七局  四川广元隧道中铁十六局 

    中铁十七局 苏州轻轨1、2号线隧道 

中铁十八局   青海海东民和县兰新铁路甘青段二标段隧道

中铁二十四局  福建武夷山隧道

中铁二十五局  江西井冈山鹅岭隧道

中隧三处  杭州秋实路半山隧道

中交一公局  甘肃天水隧道

中交一公局 甘肃陇南沙湾隧道

中交二航局 云南蒙文砚高速杨柳隧道

中交三公局 青海G310线循隆公路隧道

中交三公局 青海古什群隧道

 中交三公局街子隧道、公伯峡隧道、古什群隧道项目