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摘要：在现代高速公路工程中，隧道监控系统作为工程的重要组成部分，可以全面感知隧道实时运行环境，采集处理设备状态参数等信息资料，提供隧道管理信息依据，有效预防与减少交通堵塞与交通事故出现，对高速路网服务水平的提升起到积极影响。因此，为进一步加大高速公路隧道监控系统的应用推广力度，推动高速公路运营管理体系革新，本文对高速公路隧道监控系统的组成结构进行探讨，并提出系统开发实现策略，为同类工程提供参考。
关键词：高速公路；隧道监控系统；组成结构；实现
一、高速公路隧道监控系统的组成
1、交通监控子系统
在高速公路隧道监控系统中，交通监控子系统负责持续采集隧道内的实时信息，包括但不限制于交通流信息、设备运行状态信息、交通信号灯与限速标志反馈信息等。依托互联网将各类信息数据上传至监控总系统，在用户操作界面上以文件与图表等形式进行显示，帮助用户全面掌握隧道内部情况，远程对交通信号灯与限速标志等设备下达控制指令。根据实际应用情况来看，交通监控子系统的使用功能包括：第一，车辆检测信息采集。过往车辆所配置检测器持续将检测信号上传至交通监控系统，以判断隧道内部是否存在交通拥挤堵塞现象，及时上报交通安全事故。第二，门限值检测。持续对各类设备门禁状态进行监测，如果检测到超标的门限值，系统将自动发送报警信号，在用户界面弹出报警画面。第三，设备远程控制。根据隧道内部交通情况，对交通信号灯等设备的运行状态进行调整，如调整车行道通行标志与交通信号灯的显示画面。
2、通风监控子系统
在高速工程投运使用期间，由于车辆在行驶期间会持续向外排出尾气烟尘，且隧道区域的自然通风条件较差，空间结构较为封闭，容易积累过量的尾气烟气，不但缩短了实际行车视距，存在交通安全隐患，同时，还有可能对驾驶员与乘客的身体健康造成危害。通风监控子系统的开发，一方面，可以对隧道内部环境的空气质量进行准确评价，通过传感器等装置，准确感知所处空气环境的空气成分，如一氧化碳、二氧化碳与氧气等气体的浓度。另一方面，用户在已知监控信息基础上，依托通风监控系统，远程向风机设备下达控制指令，如调整风机运行状态，提高风机运行负荷及转速，快速向外排出隧道内部分布的有毒有害气体，提供良好的空气环境。同时，在隧道内交通流量较小时，空气中仅分布少量汽车尾气及烟尘，采取自然通风措施即可，用户远程关闭风机，以降低系统运行负荷与高速公路隧道的实际使用成本[1]。
3、照明控制子系统
在高速公路隧道监控系统中，照明控制系统负责调整照明设备，稳定保持隧道照明系统的最佳运行状态，根据隧道实际照明需求对设备进行控制调节。目前来看，在多数高速公路工程中，照明控制系统普遍采取现场总线控制方式，将隧道内部照明装置与自动控制装置进行多点通信总线连接，使用数字信号来取代传统的模拟信号，系统将持续采集计算机可识别的数字信号，根据信号分析结果掌握隧道内部环境照明情况，通过PLC可编程逻辑控制器等区域控制单元来输出控制指令，系统具有操作简单、可就地处理与集成化程度高的优势。同时，在照明控制系统运行期间，持续对隧道洞口光强检测数据与灯具回路状态等信息进行采集分析，随后，控制系统根据光强控制参数采取相应的照明控制措施，如关闭开启一组或多组照明灯具，调节灯具照明亮度。
4、消防监控子系统
高速公路隧道消防监控系统的应用价值与主要功能包括：第一，火情预警。将监控系统与隧道内火灾探测器等装置进行连接，对装置监测数据进行采集分析，在用户界面中实时掌握隧道内消防设备工作状态与现场环境情况，如现场温度、空气中的烟雾含量等。在系统接收到火灾信号，或是监测到异常状态时，自动发送火灾报警信号。第二，火情探测。在开展消防救援工作时，消防监控系统持续采集监测数据，帮助救援人员全面掌握现场火情，如确定着火点位置、探测空气中的烟雾浓度、感知现场温度等，便于消防救援工作的开展。第三，设备远程控制。当出现火灾安全事故后，系统基于程序运行准则，自动控制临水喷头与消火栓等设备扑灭火势，以此控制火灾影响范围，减小受损程度[2]。
5、视频监控子系统
视频监控系统负责监控隧道洞口与内部环境情况，配置摄像机等设备，持续将隧道内部环境情况拍摄为图像资料，将图像资料在用户操作界面中加以显示，帮助工作人员掌握隧道实时交通运行情况。从系统开发实现层面来看，可选择采取自动识别技术，系统基于程序运行准则，自动对过往车辆及驾驶员的相关信息进行获取，或是从所拍摄图像资料中提取关键特征信息，作为交通管理信息依据。例如，运用自动识别技术，自动判定过往车辆是否存在交通违规现象，提取违规车辆的车牌号、驾驶员面部特征等信息。
6、电话广播监控子系统
在高速公路工程中，隧道电话广播监控系统属于一种特殊的救援专用通信系统，在隧道区域出现交通事故时，驾驶员可以通过所设置电话分机，直接与管理人员取得联系，叙述交通事故经过与现场情况，快速获得救援。同时，在出现重大交通安全事故，或是火灾安全事故时，管理人员可以通过电话广播监控系统，对滞留在隧道区域的驾驶员及乘客发布事故信息，向救援人员进行远程指挥调度。
二、高速公路隧道监控系统的实现
1、明确系统需求
为确保隧道监控系统切实满足实际使用需求，技术人员与企业必须明确了解系统需求。现阶段，在多数高速公路工程中，隧道监控系统的设计开发与运行目的在于，突破空间与时间限制，实时对隧道内车流量、设备运行状态、环境情况进行监测采集与汇总分析，为隧道运维管理工作的开展提供信息支持，及时有效处理各类交通事故，并预防二次事故的出现。因此，隧道监控系统的主要使用需求包括数据交换、数据处理、画面展示、控制模式与应急联动。
2、系统功能的实现
2.1用户登录
用户登录功能在隧道监控系统中主要是用户通过输入特定账户密码等方式，系统对用户的真实身份进行验证，根据验证结果赋予其相应权限，以开展后续隧道运维管理工作。
从安全角度来看，在开发隧道监控系统时，需要在系统中构建用户安全管理子系统，增设工程加密与系统管理员等使用功能，工程加密功能是对用户身份的验证，根据加密等级赋予其一定的管理权限[3]。同时，在系统中设定管理员角色，该角色身份及权限无法被删除或编辑处理，拥有着最高优先级和全部操作权限，可以对其余用户的操作权限进行编辑调整，或是在系统中修改与增设设备属性信息。
2.2隧道管理
在隧道监控系统主界面中，将系统画面分为三部分，具体包括：第一，背景画面与文字提示，向用户提供基础信息，如监控隧道所属路段与具体位置、桩号信息及图形标志等。第二，设备实时运行数据。在静态画面中添加动态数据链接，在系统运行期间，周期性向静态设备画面中导入所采集的动态运行数据，在系统画面中集中显示具有高度关联性的数据信息。例如，在照明监控画面中显示各组灯具运行负荷、隧道洞口外光强等信息。而在系统监测到异常数据，或是发现设备故障与安全事故时，将在画面以特定颜色显示报警画面，并发出报警声。第三，控制按键。在系统画面中设置若干数量控制按键，用户根据实际管理需求，对系统功能栏与操作界面进行调整，如切换交通监控、照明监控、电话广播等子系统的监控画面。同时，在出现设备故障等问题时，用户可以按下控制按键，远程对可控设备进行控制调整。
2.3统计查询
为切实满足系统使用需求，在开发实现隧道监控系统统计查询功能时，需要同时设置数据报表查询、报警事件查询与趋势曲线绘制三种形式，具体如下：第一，数据报表查询。在隧道监控系统运行期间，系统将对实时产生的各类数据信息进行汇总分析，根据数据间的关联系数与特征，将数据在数据库中进行分类存储。随后，用户根据实际管理需求，依托数据报表查询功能，从数据库中检索实时监控数据与历史数据，系统自动将数据导入特定格式的报表，便于用户开展数据分析与统计查询工作，从而客观反映生产过程的状态，具体数据报表类型有操作日志、事件日志、设备通信日志及预案执行记录等。同时，还应在统计查询功能栏中设置数据多种方式查询分析、数据打印、报表自动生成与数据统计等功能。第二，报警事件查询。在系统运行期间，当所采集监测值超过所设定额定值或警戒值时，系统将自动向用户与值班人员发送报警信号，快速开展后续救援工作，并通过系统远程控制现场设备，以控制事故影响范围与受损程度。而在开发报警事件查询功能时，应在功能中引入事件分级机制，系统自动将所出现报警事件归属至相应的报警组，对不同小组的报警事件采取特定操作。简单来讲，则是将不同的报警事件进行分级处理，不同级别报警事件的严重程度与相应程度存在差异。同时，还需要在报警事件查询栏中设置报警存储、界面显示、转发与打印等使用功能。第三，趋势曲线绘制。系统将实时数据与各类变量信息导入所绘制趋势曲线图中，将横轴作为事件，纵轴作为变量值，根据趋势曲线变化情况，帮助用户正确掌握隧道实时情况。
2.4子系统功能实现
在开发高速公路隧道监控系统的各项子系统时，设计人员应结合工程情况与系统需求，明确各项子系统的设计重点，完善使用功能。例如，在通风监控子系统开发环节，为取得预期的应用效果，设计人员需要注重以下问题事项：第一，为提高空气质量检测精度，全面感知隧道内部空气环境，同时配置一氧化碳检测器、风速检测器与能见度检测器等设备。第二，重点改善系统的数据分析能力，在系统运行期间，既可以持续采集二氧化碳浓度等信息，同时，还可以自动完成基础性的数据分析处理人物，如分析隧道内CO浓度分布规律。第三，完善系统使用功能。为切实满足隧道通风监控系统的使用需求，对系统使用功能进行完善补充，在开发基础性的信息采集、传输、分析处理与远程控制功能的前提下，还应增设预定控制、风机方向控制、风机清零控制等功能。以预定控制功能为例，管理人员提前在系统中设定预定值，当风机运行时间或负荷值未达到预定值时，将无法开展其他控制性操作，以此起到风机保护作用[4]。
照明控制系统设计要考虑隧道洞外光照条件处于动态变化状态，如果隧道内部光照环境保持恒定状态，在车辆驶入与驶出隧道时，有可能出现“眩光效应”与“黑洞效应”，以此为诱因引发交通安全事故出现。因此，在条件允许前提下，尽可量提高隧道照明控制系统的智能化与自动化程度，系统在无人工干预前提下，可以基于程序运行准则与已知光强检测数据等信息，自动切换照明灯具与系统的运行模式，如天气控制模式、季节时间模式与光检自动模式等。
3、制定应急联动预案
为强化隧道管理中突发事件的应急处理能力，在开发隧道监控系统时，需要在系统中引入应急联动机制，并制定应急联动预案。如此，在系统运行期间，在接收报警事件信息，且信息得到人工验证核实后，系统将自动执行相应应急处理员，对相关设备进行联动联控，实现设备控制自动化及一体化目标，尽可量提供安全的行车环境，控制事故影响范围与受损程度。
4、联动响应机制的实现
在隧道区域出现交通事故或是火灾事故时，为控制事故影响范围，减小损失，快速开展有效的救援工作，需要在隧道监控系统中引入联动响应机制，根据实际需求，联动运行多个子系统。例如，在隧道监控系统运行期间，如若监控中心接入紧急电话时，广播子系统及紧急电话系统将把所接收信号传送至交通监控系统。如此，管理人员可以通过电话分机与现场人员保持通信联系，同时，系统将电话分机周边摄像机图像切换至监视器，直接查看隧道现场情况，在必要情况下通过广播系统向隧道内滞留人员与救援人员公布事故信息，有序组织现场救援与人员疏散。
结语：综上所述，在现代高速公路工程中，隧道监控系统可以实时监测及远程控制关键路段的交通状况，是保证公路安全高效运行的关键。因此，管理部门必须基于现代化理论开发实现高速公路隧道监控系统，结合实际管理需求来树立正确的设计思路，不断完善系统使用功能，优化系统结构，使得隧道监控系统可以适用于不同类型的高速公路工程，重点突出系统操作简单、扩展便利与控制安全的特点。
参考文献：
[1]张燕.高速公路隧道监控系统软件研发[J].电脑知识与技术：学术交流，2011，0（6X）.
[2]申治.高速公路隧道监控系统的组成与实现[J].黑龙江交通科技，2018，41（09）.
[3]张亮兵.高速公路隧道监控系统的组成与作用[J].科技创新与应用，2017（16）.
[4]刘育圣.高速公路隧道监控系统设计与实现[J].华东公路，2016（01）.
[5]张利东，秦莉，蒋海涛，董丽丽.隧道照明智能监控软件系统的设计与实现[J].公路交通科技，2017，34（10）.