城市隧道智能交通监控研究

青年科苑

城市隧道智能交通监控研究

孟 静

(上海市隧道工程轨道交通设计研究院)

摘 要 针对上海市大连路隧道的建设情况, 简单阐述和分析隧道内监控各系统的组成、功能以及智能交通管理的实现等内容。

关键词 隧道 交通监控系统 智能 信息 控制1 概 述

隧道一般是连接公路、城市道路重要的节点和组成部分。在干线公路网的建设中, 它可以克服山脉地形障碍, 保证最佳的道路线形, 更便利行车、提高经济效益。在市区道路网的建设中, 它又立体化地使用土地, 提高土地利用率, 疏导市内交通, 并有利生态环境的保护, 对进一步改善道路的服务质量, 加强交通管理是一个有效的办法。隧道实施交通监控系统是遵循上海交通信息社会化目标, 为上海市逐步实现智能交通系统(ITS) , 完善各监控环节中不可缺少的部分。

大连路隧道因此而建立了智能交通监控系统, 它是一个综合性的控制信息系统, 是构筑整个监控系统的重要组成部分; 在通过设置在中控室的中央计算机信息网络系统, 与其他系统如设备监控、火灾报警、闭路电视、有线广播、紧急电话通信等各分系统, 建立起高响应、密切的通信, 并在相互交换、传递、处理和协调信息的过程中, 实现隧道的智能交通管理。

2 系统构成及功能

大连路越江隧道全长约2. 8km, 由两条直径约为11m 的单向二车道隧道组成, 中央控制室设在浦西, 其中设置集中控制台、中央计算机网络系统、各系统工作站、综合显示屏、监视器及其他分系统的中心设备等。场外设备设置有摄像机、有线/无线/广播系统、可变情报板、限速板、车辆检测系统、紧急电话、信号灯、光照度仪及现场智能控制终端等。

设置在外场的远端交通监控设备用于采集隧道内外的交通流量、事故状况、执行控制命令等。安装在中央控制室的监视和控制系统, 主要用于各种检测器、紧急电话和电视摄像机等的监视, 并根据远端据。

分析以上数据, 得到隧道交通流、占有率等数据, 还可通过CCTV 系统图像, 实现事故检测, 并向各控制执行设备发出指令, 以完成实时控制。 在大屏幕投影仪上动态显示各监测设备的

运行状态、组态工况图、检测参数等。

将隧道内外发生事故的时间、地点、损坏、处理方式等数据记录下来, 建立可查询历史数据库。

生成数据查询和统计报表, 包括交通报告、事故与事件的报告、控制命令的报告、所有设备工作状况的报告。

对系统的软、硬件、外设自检, 若有故障发生, 将报警并采取措施排除故障。

中心与外场设备的连接方式, 采用工业控制级别的以太光环网, 并组成一个分布式控制系统网络。在隧道内各个区域控制器负责采集各种检测信息并进行预处理, 利用光缆与中心计算机工作站通过实时数据库, 进行数据信息的通信。这种局域网及其

系统收集到的故障和交通数据下达控制指令, 进行信息管理。

交通监控系统主要实施目标是根据实时采集的交通数据, 适应动态交通状况的变化。实时交通数据还将传输到管理中心, 并在中心进行分析后, 根据分析的结果和预先设置的专家系统, 控制车辆的出入和通行, 从而较好地管制了交通。在发生交通事故时, 中心还可以迅速采取措施, 将有关解决办法的交通信息下达给驾驶员, 有助于减缓交通拥挤心态, 优化行车组织。因此, 运用交通监控系统可以提高现有道路的通行能力, 协调处理突发性交通事件, 缓和交通阻塞, 从而改善交通状况。

监控中心系统的主要功能为:

收集车辆检测、环境状况、CCTV 图像等数

通信方式具有通信灵活方便、网络结构简单、传输速率高、可靠性强、实用性好等优点, 见交通监控系统构成图1。

隧道全线共设置四台区域控制器和两台控制器远端模块, 区域控制器ACU 1~ACU4负责监控圆隧道内的交通, 浦东、浦西敞开段各设一台远端控制模块(ACU 1-1, ACU4-1) , 完成隧道出入口段的交通控制。在运行过程中, 各设备的检测数据经光环网由区域控制器上传到中心计算机, 监控中心经分析、处理后, 向区域控制器传达控制指令, 从而完

成了对现场设备的实时远程控制。

警信号、原因和现场情况画面; 从而通过对隧道内的

交通信号灯、车道灯、可变限速标志、可变情报板等设备的控制管理, 掌握交通策略, 以利于交通控制。在紧急情况解除后, 系统利用已确认的上传事故信息, 来辨认事故类型、责任者及严重程度等。3. 3 在浦东、浦西入口前各设置一套超高检测器, 当车辆的高度超过隧道限高时, 通过声光报警器给超高车辆以警示, 并将信息传至中控室, 在保护车辆本身的安全的同时, 也防止了隧道设施受到破坏。3. 4 辅助手段:发生交通事故时, 在隧道口及隧道内行驶的司机还可通过紧急电话向中控室应急电话控制台进行呼叫, 报告事故情况, 经值班人员确认后, 组织有关人员到现场进行救援, 排除故障, 疏通道路。

4 数据、信息的处理

通过设在中央控制室内的多台监视器、大型彩色显示屏, 可对隧道内外的交通运行情况、交通事故、设备运行状态、图形表格等各种监控信息进行动态的显示, 管理人员足不出户便可对隧道的整体运行状况了如指掌, 在中控室内完成对现场最迅捷的

图1 交通监控系统构成图

控制。

监控中心计算机将实时收集到的各种检测设备检测的数据和信息送交系统数据处理软件加以存储、分析、统计后由中心管理人员实施相关控制。正常情况下, 系统处于自动控制状态。当发生交通异常状态时, 中心计算机先向区域控制器发布命令, 使其执行预先储存在机内的相关控制方案, 同时向值班操作人员报警, 组织有关人员实施现场救援。监控中心计算机系统通过对隧道内外各路段交通流的检测和监视, 及时判断事故的发生, 并辅助作出管理方面的最优决策, 调整交通, 防止重大事故。5 信息的发布

管理人员要根据隧道内外的情况及时向驾驶员提供各种信息, 以及时诱导交通状况, 这就需要监控系统能随时发布信息。交通信号灯、车道灯、可变情报板、可变限速标志、有(无) 线广播系统等设备均能实现相关的功能。

隧道设置车道信号灯, 均为双向显示(保证车辆在隧道内临时改变行车模式时仍然能得到有效的交通指示) 。监控系统的计算机根据隧道内采集到的各种信息如堵塞或其它异常状况, 发出交通控制指令, 控制信号灯的开闭, 改变隧道运行方式, 以达到合理控制交通的目的。

3 数据、信息采集

交通监控的目的主要是监视和控制交通状况, 因此需要大量的综合检测数据。这些数据的采集主要由车辆检测器、摄像机、超高检测器等设备来完成。

3. 1 车辆检测系统是隧道中交通控制的重要组成部分, 隧道内因空间限制, 一般采用环形线圈检测器。环形线圈埋设于车道路面下, 能实时检测并计算出隧道中不同路段的车辆类型、密度、车流量等数据。隧道东线、西线分别设四个检测截面, 每处检测截面上均设一套四通道环形线圈检测器, 在相应车道上埋设两个环形线圈, 从而检测出每个截面每一车道上的车辆运行参数。

3. 2 为实时了解隧道内全部状况, 且设置须保证图像连续监视, 全线共设置了48台摄像机, 包括了设置在引道段、暗埋段及圆形隧道段等地, 并应根据弯道半径及坡度大小适当加密设置。隧道外共设置10台彩色摄像机(部分带云台) 。通过隧道内、外的视频图像, 并实时进行视频分析, 可以对隧道出入口及隧道内全部路段的交通流量、车流密度及道路使用状况, 进行完全的可视性监视和控制。监控中心由此可及时、直观地得到隧道内交通阻塞、事故的报

可变情报板设在隧道浦东、浦西入口前100~200米左右的位置, 按中控室的指令显示各种信息, 紧急情况下可及时向隧道内外的车辆警告异常事态, 防止事故范围扩大。可变限速标志可以进行限制速度的显示, 使出入隧道的交通流趋于平衡, 避免或缓解隧道内的交通拥挤、阻塞。

当隧道内由于火灾或交通事故发生交通阻塞, 监控中心的值班操作员立即通过有线广播系统的扬声器对隧道内外行驶的车辆传递信息, 疏导交通, 同时组织灭火或疏导车辆, 组织现场救援。无线广播系统能使驾驶员通过车上的收音机, 在相应的频段上接收来自控制室的信息和命令, 从而克服了在车内听不清有线广播扬声器的问题。6 系统的维护

交通监控系统设备众多、结构复杂, 仅靠人工来检修和维护是不够的。因此, 系统本身设置时已充分考虑了很强的自身的检测和维护功能。中心管理系统能不间断地定时检测中心设备及外场各终端设备的工作状态, 一旦发现非正常运行, 设备检测程序能通过用户接口向操作人员发出信息。

6. 1 远端控制系统能根据要求定期或随时地对所控制的外场设备进行检查, 并定期向中心上传信息, (上接第51页)

采用树干式配电方式, 在各高架车站的站台层两侧照明配电间各设一区间照明配电箱。电源引自各车站的降压变电所低压配电柜, 电力电缆沿降变夹层, 电缆竖井, 站台下夹层电缆支架敷设至照明配电间。敞开段及一体化段区间每套灯具设置一个转接箱, 一般段每两套灯具设置一个转接箱, 从照明电源控制箱至区间照明灯具转接箱之间支线电缆均采用阻燃电力电缆沿站台下夹层电缆支架, 区间电缆支架敷设。转接箱至照明灯具配线采用阻燃电力电缆穿镀锌钢管沿触网支架或立柱敷设。相邻车站照明控制箱之间控制电缆沿站台下夹层电缆支架, 区间电缆支架敷设。

4 设计新思路及采用的新技术

(1) 高架区间照明不同于地下区间照明(常亮) , 为了避免眩光对列车司机产生影响, 造成事故, 仅在列车停运后才允许开灯。各区间的照明可由相邻两个车站站台层区间照明电源控制箱进行两地控制, 为运营管理提供极大方便。

(2)高架一体化区间段上方为道路, 由此产生一旦检测到设备有故障, 就向中心报警, 并报告故障的具体内容。

6. 2 紧急电话中心计算机能对所有紧急电话的各种功能进行定期检查或有选择的检查, 设备的所有信息均可显示, 一旦发现设备有故障, 则在屏幕上显示和在打印机上打印出故障的具体内容。

6. 3 闭路电视控制系统将系统内所有摄像机的工作状态和通信状况, 按照一定的周期不停地送到交通控制计算机。交通控制计算机能随时或定期对远端控制系统进行检查, 将远端控制器和其控制的外场设备的信息显示在屏幕上, 可随时发现故障并报警, 并能在打印机上打印出来。同时, 交通计算机也能将紧急电话系统和闭路电视系统的设备工作状况和报警进行显示和打印。管理人员可通过中心的各种计算机对系统进行检查和维护。7 结 论

智能交通管理是隧道安全运营的重要保证, 对一个城市来说也是现代化程度的充分体现。随着城市建设进程的不断加快和深入, 一个高速、有效的智能交通管理网络将会在更大的范围内得到发展, 为实现城市 绿色 的行车环境创造有利的条件。

(收稿日期:2004-02-23)

的振动对安装于盖梁下的灯具寿命影响很大, 本设计在此区段选用的TLSD126系列隧道灯均通过防震性测试。高架区间的档墙上安装的转接箱、安装配件、梁(柱) 及触网支架上的电缆保护钢管, 灯具安装支架抱箍等与触网支架接触的部件均采用热镀锌处理, 满足热镀锌工艺标准GB/T13912-92, 大大延长了设备的使用寿命。

(3) 由于区间照明设计是在降压变电所、车站动力照明设计完成后增加的项目, 动力变压器都已安装到位, 在不影响变压器容量的前提下, 经业主同意, 将区间照明配电箱与车站的广告照明配电箱(三类负荷) 进行了电气联锁。一旦运营过程中变压器负荷率过高, 可自动切除广告照明。5 结束语

上海市共和新路高架工程作为轨道交通1号线的延伸段, 其重要性是不言而喻的。作为一个工程设计人员, 应该充分考虑运营管理的需要, 从实践中不断完善自己, 并将新产品、新技术运用到工程设计中, 更好的体现 以人为本 的设计理念。

(收稿日期:2004-11-15)

The excavation pit of n orth ventilation shaft at Hu aihai R oad Station of Shanghai Rail Transit Line No. 8is located over the tunnel of Line N o. 1, which is in operation. The excavation depth of the pit is 9. 1m and the u nloadin g cau sed by the excavation over the tun nel is about 16t/m 2. According to calculation and analysis, if there are no special measures in design and construction, the deformation of metro tunnel caused by the con -stru ction of the Project will seriou sly impede safe operation of the Metro. As metro operation company, de -sign institute an d construction company of the Project jointly con du cted study and research, the design an d construction procedure were improved. T he whole course of constru ction is followed up and monitored, re -sulting in overcoming many difficulties, carrying out con stru ction smoothly and guaranteeing safe operation of the Metro.

(27)Application of SMW Method in Deep Foundation Pit of Underpass Project at South Pudong Road -Zhangyang Road Wu Xiaojiang et al. Based on the design and construction of this underpass foundation pit by SMW method in Shanghai, the deformation and in flu ence on surroundings caused by pit excavation in con stru ction are an alyzed. It provided precious experience for the application of new su pporting structure of SM W M ethod, which combines two fu nctions (earth retaining and water stop) into one, in the soft soil area in Shanghai. (30) Protective Technology for Pipeline during Rectangle Pipe Jacking Pu Derong The rectangle pipe jacking is adopted in the con stru ction of N o. 1and 2Access of South Pudong Road Station of Shanghai Rail T ransit Line No. 4. The receiving shaft is narrow an d close to the pipeline and the jacking pipe is also close to the pipeline of a large diameter, resulting in m an y difficulties incon stru ction . T his paper describes the technical measures adopted for soil consolidation an d portal soil consolidation in workin g shaft and receiving shaft of jacking pipe in order to protect the pipeline. (34) Design of Shanghai Outer Ring Immersed Tunnel Ventilation Design Lao Hengsheng et al. T hrough comprehensive comparison, the paper describes rational selection of ven tilation modes, design prin ciple of ventilation , calculation of pollutant emission and air dem and, equipment selection and technical m easures for disaster prevention and environ mental protection. (39) Design of Drainage Route for Shanghai Rail Transit Line No. 5Huang Renyong The paper mainly describes the design of drainage system of Xinmin g Light Rail Transit Line by consider -ing the existing mu nicipal drainage facilities along the Lin e. By taking measures suitable to local conditions, the wastewater and rainwater from the Line are separately an d rationally discharged into mu nicipal rainwater pipelines, sewage pipelines or rivers.

(45) Study on Control Network of Signal System in Shanghai Rail Transit Line No. 5Ju Li et al. PR OFIBUS (Process Fieldbus) technology is adopted in the signal system of Shan ghai Rail Transit Line N o. 5. T his paper discusses its application in the Line N o. 5from protocol structure, transmission technology, and access protocol, etc. And through the safety and reliability an alysis, the application of PR OFIBU S proves significant.

(49) Lighting Design for Elevated Section of North Extension (1st Stage) of Shanghai Metro Line No. 1

Yu W ei

T he selection of luminaries, illumination calculation and power distribution pattern for the lighting of ele -vated section are described. New products, technologies and control methods adopted to meet the design re -quirem ents are introdu ced.

(52) Study on Intelligent Traffic Monitoring and Control of Urban Tunnel Meng Jing In light of the constru ction of Dalian Road Tun nel in Shanghai, the com ponents and fun ction of various m onitoring system s in the tu nnel and the implementation of intelligent traffic control are briefly described an d analyzed.