隧道综合性应用系统

　*章 引言

　　随着国家经济的迅速发展，我国的隧道建设更是日新月异。由于城市地铁、铁路隧道和高速公路隧道改善了路线技术指标、缩短了路程和行车时间，提高了运营效益，因此国家在不断加大隧道的建设力度;然而隧道建设的造价高、运营管理相对复杂，所以各地对隧道的建设都十分重视，不敢掉以轻心。

　　目前的远程信息管理系统往往只是对行政和技术文件的管理，而无法实时地获取施工信息，更不能对施工现场和施工人员的信息有一个全面、及时、准确的掌握，从而导致很多事故的发生。为此各级政府高度重视工程建设安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。如何改变目前隧道施工过程安全监管落后的管理模式，实现管理的现代化、信息化、智能化，成为管理者研究的重要课题。

　　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 系统简介

　　本系统着重在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。包含视频监控、人员进出与定位管理、人员/车辆门禁系统、隧道气体监测等。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。

　　1.2 设计原则与依据

　　总体设计原则

　　总体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。

　　隧道综合应用系统是一个涉及视频监控技术、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

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　　第二章 系统组成及工作原理

　　2.1 系统组成

　　隧道综合应用系统主要有人员进出定位管理系统、人员/车辆门禁系统、LED显示系统、视频监控系统以及通讯系统组成。

　　人员进出定位管理系统 ? 考勤管理

　　? 定位管理

　　? 系统远程管理

　　人员/车辆门禁通道系统 ? 门禁道闸管理

　　? 人员/车辆刷卡管理

　　气体监测 ? 瓦斯气体监测

　　LED显示系统 ? LED大屏显示

　　视频监控系统 ? 隧道口视频监控

　　? 掌子面视频监控

　　? 远程视频终端服务

　　通讯系统 ? 光纤传输部分

　　? 无线传输部分

　　? 其他线缆传输部分

　　2.2 系统应用总体平台架构

　　◇ 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。

　　2.3 系统网络结构拓扑图

　　2.3人员进出定位管理系统

　　人员进出管理系统可分为人员进出考勤管理、人员定位信息管理以。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

　　考勤系统：在每个施工隧道内装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米处，根据读卡器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，并体现到大屏幕上，使考勤情况一目了然。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：在每个施工隧道二衬台车附近安装2台读卡器，一个安装台车前一个安装在台车后，台车前读卡器主要是对掌子面开挖或是其他靠近掌子面工作的人员定位，台车后，主要是负责台车附近工作的人员定位(若要加安装定位读卡器，可以按200米一个点位计算，同时，建议隧道开挖的长度必须≧1000米，已开挖部分超过600米)，洞口的2台亦可以实现定位功能，洞内定位随台车作业实时进行识别定位。施工人员只要将该系统考勤卡佩戴在安全帽内侧，无须主动刷卡，在每个读卡器的有效识别范围内，根据识别到的人员标识卡的情况对施工人员进行区域定位识别管理，使管理人员在监控室就能及时掌握施工现场的具体情况。同时特殊人员卡上可以有按钮，实现洞内洞外双向通讯，当洞内有危险情况的时候，可以通过按钮，及时通知洞外值班室，以便做好危险预防及救助。洞外获取信息后，亦可以通过广播的形式通知到现场所有带识别的人员

　　2.4 人员/车辆门禁通道系统

　　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

　　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

　　读卡器：远距离读卡器，通过靠近自动刷卡方式，获取人员/车辆携带的电子标签卡信息，并传输到后台控制*去。

　　人员/车辆门禁通道 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。

　　人员/车辆门禁通道 原理图

　　2.5 气体监测系统

　　环境监测系统重点对危险气体的监测，比如瓦斯。在开挖面需要进行气体监测的地方，安装相应的瓦斯监测装置，利用瓦斯检测仪实现对该区域瓦斯的监测，以便及时将实时气体浓度消息通知后台，做到及时防范，安全预警，保证隧道工作更加正常安全的进行。

　　环境监测系统主要包含监控服务器、前端感知监测器、传输接口转换器等

　　监控服务器：主要负责接收、处理、反映从前段监控设备返回的相关数据，并做保存查

　　看

　　前端感知监测器：一般多指采集数据设备，如瓦斯监测器等。可以实时采集现场环境参

　　数，并实时的通过系统通讯系统及时的传回服务器

　　传输接口转换器：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

　　瓦斯监测原理图

　　2.6 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

　　LED大屏系统原理图

　　2.7 视频监控系统

　　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。

　　2.8 通讯系统及后台系统

　　根据现场实际环境，现场选用多种通讯系统，包含有线通讯、无线通讯以及光纤通讯系统，合理搭配各种通讯系统，保证*zui合理的通讯传输。

　　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

　　2.9 系统综合远程管理

　　利用各个隧道口的网络通讯，可以实现远程监控中心数据及时查看。

　　第三章 系统功能特点

　　3.1 核心功能特点

　　丰富的案例经验：

　　项目名称 施工单位 项目功能

　　杭州地铁隧道项目 中铁隧道集团 安全考勤、LED显示

　　湖州隧道项目 中铁十七局集团 安全考勤、LED显示

　　景宁县高速隧道项目 浙江省交通工程建设集团 视频监控、安全考勤、LED显示、无卡报警

　　重庆隧道项目 中铁隧道集团一处有限公司台车分公司 安全考勤、LED显示、无卡报警

　　甘肃天水隧道项目 中交二分局 安全考勤、LED显示

　　江西井冈山隧道项目 中铁二十五局 安全考勤、LED显示

　　四川广元隧道项目 中铁十七局集团 视频监控、考勤定位、LED显示、管理系统

　　上海轨道交通13号线隧道项目 中铁十六局集团 视频监控、LED显示、无卡报警、管理系统

　　青海省海东地区民和县兰新铁路 中铁十八局集团 考勤定位、视频监控、LED显示、管理系统

　　永定县隧道项目 中铁隧道集团一处有限公司四分公司 视频监控、考勤定位、LED显示、无卡报警、管理系统

　　韶关市铁路隧道项目 中铁十局集团有限公司 视频监控、考勤定位、LED显示、无卡报警、管理系统

　　上海市青草沙凌桥支线C3标隧道项目 中铁十六局集团 视频监控、安全考勤、LED显示、无卡报警、管理系统

　　宁德宁武高速公路隧道项目 中铁隧道股份有限公司 安全考勤、LED显示、无卡报警、管理系统

　　山西吕梁隧道项目 中铁十七局集团 视频监控、考勤定位、LED显示、管理系统