隧道綜合性應用系統
設計方案
*章 引言
隨著國家經濟的迅速發展，我國的隧道建設更是日新月異。由于城市地鐵、鐵路隧道和高速公路隧道改善了路線技術指標、縮短了路程和行車時間，提高了運營效益，因此國家在不斷加大隧道的建設力度;然而隧道建設的造價高、運營管理相對復雜，所以各地對隧道的建設都十分重視，不敢掉以輕心。
目前的遠程信息管理系統往往只是對行政和技術文件的管理，而無法實時地獲取施工信息，更不能對施工現場和施工人員的信息有一個全面、及時、準確的掌握，從而導致很多事故的發生。為此各級政府高度重視工程建設安全生產問題，并采取一系列措施不斷加強安全生產工作。如何改變目前隧道施工過程安全監管落后的管理模式，實現管理的現代化、信息化、智能化，成為管理者研究的重要課題。
因此，能夠實現災害預防、事故救助、信息化管理等*的管理手段將是隧道安全建設的必然選擇。
1.1 系統簡介
本系統著重在綜合隧道管理各項資源，在保證既定的系統功能正常應用的前提下，利用*技術對系統進行整合利用。包含視頻監控、人員進出與定位管理、人員/車輛門禁系統、隧道氣體監測等。zui大限度的利用資源將隧道工作、管理提升到更搞水平的管理平臺上。
1.2 設計原則與依據
總體設計原則
總體以客戶的需求為基本原則，并充分結合現有成熟完善的技術進行設計。
隧道綜合應用系統是一個涉及視頻監控技術、傳感技術、LED顯示技術、射頻識別技術等多方面領域的*技術，因此總體方案設計必須具有可靠性、安全性、*性、靈活擴充性、經濟實用性、操作和維護的方便性，更要具有前瞻性的建設全局統一管理的平臺。
在規劃設計過程中，系統設計以保障安全生產、提高企業效率，提升企業管理品質為目標，以高質量服務管理者和使用者為基本原則和設計思路。
硬件設計原則
系統的硬件設計和選型應該遵循如下原則：
*性：系統硬件應具有*性,避免短期內因技術陳舊造成整個系統性能不高或者過早淘汰。
可靠性：在充分考慮*性的同時,硬件系統應立足于用戶對整個系統的具體需求，應優先選擇*、適用、成熟的技術， zui大限度地發揮投資效益。
開放性：計算機網絡選擇和相關產品的選擇要以*性和適用性為基礎,同時考慮兼容性。
擴充性：系統數據采集設備采用模塊化結構和總線通信方式，在系統規模擴展時，不需較大的改造，增加相應的模塊即可。
軟件設計原則
系統的軟件設計和選型應該遵循如下原則：
可靠性和安全性：系統軟件應具有很高的可靠性和安全性。
易用性：系統軟件應操作方便,采用中文圖形界面。
標準化：系統軟件應符合國家、行業標準以及標準,便于多次升級和支持新硬件產品。
可擴充性：系統軟件應具有可擴充性。采用面向對象的結構設計，具有一定的靈活性、可操作性和可擴展性。在今后業務發生變化時，模塊的增加和對模塊的修改不應對其他模塊產生影響。
為確保整個工程的質量，總體方案設計原則需要達到上述可靠性、安全性、*性、靈活擴充性、經濟實用性、操作和維護的方便性的高度統一。
設計依據標準
設計標準、依據嚴格遵守國家或部委或地方相關的執行標準
GB/T 2887-2000 電子計算機場地通用規范
YD/T 1666-2007 遠程視頻監控系統的安全技術要求
GB 10111-1988 利用隨機數骰子進行隨機抽樣的方法
GB/T 12758-2004 城市軌道交通信號系統通用技術條件
YD 5079 通信電源工程安裝規范
GBJ79-1985 工業企業通信接地設計規范
GB50168-92 電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范
GA/T75-94 安全防范工程程序與要求
GA/74-94 安全防范系統適用圖形符號
GB50054-95 低壓配電設計規范
國家*YD/T926-2001標準
以太網10Base-T標準
以太網100Base-T標準
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蘇州陸禾電子科技有限公司
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第二章 系統組成及工作原理
2.1 系統組成
隧道綜合應用系統主要有人員進出定位管理系統、人員/車輛門禁系統、LED顯示系統、視頻監控系統以及通訊系統組成。
人員進出定位管理系統 ? 考勤管理
? 定位管理
? 系統遠程管理
人員/車輛門禁通道系統 ? 門禁道閘管理
? 人員/車輛刷卡管理
氣體監測 ? 瓦斯氣體監測
LED顯示系統 ? LED大屏顯示
視頻監控系統 ? 隧道口視頻監控
? 掌子面視頻監控
? 遠程視頻終端服務
通訊系統 ? 光纖傳輸部分
? 無線傳輸部分
? 其他線纜傳輸部分
2.2 系統應用總體平臺架構
◇ 以本地系統為基礎，實現各功能模塊數據通信;
◇ 可以擁有遠程中心，可實時查詢當前隧道的相關安全信息;
◇ 采用包括前端工點監控、中間通訊層、后臺調度監控的三層體系架構
◇ 前端工點監控(人員進出定位管理系統、視頻監控、人員/車輛門禁管理)以及后臺調度(遠程 中心機房、服務器以及部分外部對接平臺)采用B/S應用架構。
2.3 系統網絡結構拓撲圖
2.3人員進出定位管理系統
人員進出管理系統可分為人員進出考勤管理、人員定位信息管理以。主要有監控主機、讀卡基站、人員識別卡、傳輸數據接口轉換器等。
監控主機(現場服務器)：獨立計算機，負責整個系統設備及人員檢測數據的管理、通訊、統計存儲以及屏幕顯示、查詢打印、畫面編輯、網絡通訊等任務。
讀卡基站(讀卡器)：實時采集接收人員卡的信息，并及時通過通信線路實時反饋到系統當中。可以分為定位基站和識別基站。
人員識別卡：編程有*的識別碼，僅提供給讀卡基站去識別，一般在安全帽上安裝或是身上佩戴，健康認證，安全可靠
傳輸數據接口轉換器：包括一些信號轉換器，主要實現對信號的轉換以便系統更好的接收處理數據
大致原理圖如下
考勤系統：在每個施工隧道內裝2臺讀卡器。1臺讀卡器裝在隧道洞口的入口處，另一臺讀卡器裝在洞口往里200米處，根據讀卡器讀到卡的先后順序來判斷施工人員的進出情況，施工人員何時進、何時出、洞內有多少作業人員都能反映到系統軟件中，并體現到大屏幕上，使考勤情況一目了然。施工人員將該系統考勤卡佩戴在安全帽內側，無須主動刷卡便能實現自動考勤，方便省力、準確度高。
定位系統：在每個施工隧道二襯臺車附近安裝2臺讀卡器，一個安裝臺車前一個安裝在臺車后，臺車前讀卡器主要是對掌子面開挖或是其他靠近掌子面工作的人員定位，臺車后，主要是負責臺車附近工作的人員定位(若要加安裝定位讀卡器，可以按200米一個點位計算，同時，建議隧道開挖的長度必須≧1000米，已開挖部分超過600米)，洞口的2臺亦可以實現定位功能，洞內定位隨臺車作業實時進行識別定位。施工人員只要將該系統考勤卡佩戴在安全帽內側，無須主動刷卡，在每個讀卡器的有效識別范圍內，根據識別到的人員標識卡的情況對施工人員進行區域定位識別管理，使管理人員在監控室就能及時掌握施工現場的具體情況。同時特殊人員卡上可以有按鈕，實現洞內洞外雙向通訊，當洞內有危險情況的時候，可以通過按鈕，及時通知洞外值班室，以便做好危險預防及救助。洞外獲取信息后，亦可以通過廣播的形式通知到現場所有帶識別的人員
2.4 人員/車輛門禁通道系統
門禁通道系統主要利用自動刷卡機制限制人員的進出，保障禁止非工作人員私自進出施工區域，同時也可用來來保障數據的真實性和有效性，避免因人為因素而導致考勤失效，或是管理出錯。車輛的門禁可以提升對現場車輛的及時管控，做到更加有效的車輛利用率
主機(現場服務器)：負責整個系統設備及人員檢測數據的管理、通訊、統計存儲
以及屏幕顯示、查詢打印、畫面編輯、網絡通訊等任務。
控制板：實時采集接收人員卡的信息，并及時通過通信線路實時反饋到系統當中并生成控制擺閘的指令，根據數據有效性就行控制，保證人員進出正常。
道閘：主要安裝在入口處，對車輛進出限制作用
地感檢測器：及時檢測是否有車輛經過，并發送信息至控制系統，產生相關聯動
三輥閘：也安裝在隧道入口處，對人員進出限制作用
讀卡器：遠距離讀卡器，通過靠近自動刷卡方式，獲取人員/車輛攜帶的電子標簽卡信息，并傳輸到后臺控制*去。
人員/車輛門禁通道 示意圖
利用人員/車輛門禁通道系統可以實現進出人車分流通過，保證一定的進出安全，只要給人員和車輛配置相關電子標簽即可。當人員攜帶人員卡(即電子標簽)，靠近人員門禁通道也即三輥閘的時候，內置的讀卡器可以及時讀取卡片信息，并送交后臺核實，運行通過，則發送命令給三輥閘，開啟放行，否則不變化。而對于車輛門禁系統，也需要給每一輛車配置車輛卡，車輛經過通行區域的時候，會觸發讀卡，同時也有地感觸發，當同時讀卡和地感觸發的時候，系統將判定車輛允許通行，則開啟道閘放行。單單的讀卡或是單一的地感觸發，系統統一認為不允許通過。
人員/車輛門禁通道 原理圖
2.5 氣體監測系統
環境監測系統重點對危險氣體的監測，比如瓦斯。在開挖面需要進行氣體監測的地方，安裝相應的瓦斯監測裝置，利用瓦斯檢測儀實現對該區域瓦斯的監測，以便及時將實時氣體濃度消息通知后臺，做到及時防范，安全預警，保證隧道工作更加正常安全的進行。
環境監測系統主要包含監控服務器、前端感知監測器、傳輸接口轉換器等
監控服務器：主要負責接收、處理、反映從前段監控設備返回的相關數據，并做保存查
看
前端感知監測器：一般多指采集數據設備，如瓦斯監測器等。可以實時采集現場環境參
數，并實時的通過系統通訊系統及時的傳回服務器
傳輸接口轉換器：包括一些信號轉換器，主要實現對信號的轉換以便系統更好的接收處
理數據
瓦斯監測原理圖
2.6 LED顯示系統
將LED大屏幕安裝在施工入口附近，靠近門房或是值班室為佳，用于實時顯示地鐵施工人員的信息，使管理*化，透明化。顯示的內容包括：標簽號，姓名，時間，總人數等，使及監管人員不用下到隧道下面去，也不必查看監控室電腦就能及時了解隧道內施工人員情況。有了該LED大屏幕顯示系統不僅可以使洞內各區域內施工人員信息形象、直觀、一目了然的體現出來。而且，在開現場會時，也可以在大屏幕上顯示各種歡迎標語、宣傳標語;在平時可以通過大屏幕提示施工人員注意施工安全，在有高溫、霜凍等惡劣天氣時可以及時進行溫馨提示。這些都能充分體現隧道施工項目部管理上的人性化、現代化、科學化。
系統組成：服務器、同步系統卡、LED顯示屏
服務器：主要實現對顯示內容的編輯，控制
同步顯示系統卡：系統的核心部分，同步實現電腦與LED屏的顯示內容。對信號進行編譯傳輸
LED顯示屏：由32X16 led燈點(P10單紅)陣組成的模組拼裝而成，根據實際情況可以選擇拼裝的大小
LED大屏系統原理圖
2.7 視頻監控系統
網絡視頻監控系統包括前端視頻采集設備、網絡視頻編解碼、通訊傳輸設備，以及后端的監控接收客戶端軟件。安裝在隧道各主要的監控點執行信號采集傳輸，軟件主要是安裝在監控室電腦上，兩者之間通過平臺管理中心系統*，對其前端視頻點進行多點對多點的實時監控管理。如：視頻、云臺、放大、錄像、等功能，有管理權限的用戶還可以對任何點的錄像進行設置、下載、實時點播錄像等操作;系統還可以通過PC瀏覽器進行監控。
由此可以看出，網絡監控系統采用的是監控攝像機對隧道施工現場各視頻點進行24小時的實時監控。對于一些關鍵視頻點可啟動視頻移動偵測功能和報警功能，系統根據圖像移動情況自動識別、觸發，并進行錄像(有預先錄制機制，預錄時長能提前20秒以上);同時系統將圖像、聲音、報警等實時數據傳送到監控室電腦，管理人員可以通過本地監視、遠程IE監視、WEB 網頁客戶端等方式隨意切換前端任意監控點的視頻，能直觀地了解和掌握施工各視頻監控點的實時情況，從而達到隨時隨地及時準確地對其進行監管。
在實際的隧道現在，一般在在掌子面以及洞口附近分別安裝攝像頭，實時顯示查看監控區域的情況，讓管理者更直接的了解現場情況。
系統組成：服務器、攝像機、視頻服務器、傳輸數據接口轉換器以及通訊傳輸部分
服務器：監控平臺終端，對系統返回的信息進行顯示，并通過平臺軟件對各個監控點位的攝像機進行操控，以及提供錄像、播放視頻、云臺控制等多個功能。
攝像機：前段監測設備，實時采集信號。提供云臺設備，實現攝像角度的改變，提供*式立體式監控。
視頻服務器：主要是實現將聲音圖像的模擬信號轉換成數字信號進行傳輸，通過通訊線路回傳給監控平臺。
傳輸數據接口轉換器：包括一些信號轉換器，主要實現對信號的轉換以便系統更好的接收處理數據。
通訊傳輸：主要是一些RVVP線纜和網線構成，實現視頻信號的及時傳輸。
2.8 通訊系統及后臺系統
根據現場實際環境，現場選用多種通訊系統，包含有線通訊、無線通訊以及光纖通訊系統，合理搭配各種通訊系統，保證*zui合理的通訊傳輸。
后臺系統根據需求分析，采用zui前沿的電視墻技術，通過平臺服務，及時的將數據呈現到電視墻上面，以供管理員及時分析處理
2.9 系統綜合遠程管理
利用各個隧道口的網絡通訊，可以實現遠程監控中心數據及時查看。
第三章 系統功能特點
3.1 核心功能特點
豐富的案例經驗：
項目名稱 施工單位 項目功能
杭州地鐵隧道項目 中鐵隧道集團 安全考勤、LED顯示
湖州隧道項目 中鐵十七局集團 安全考勤、LED顯示
景寧縣高速隧道項目 浙江省交通工程建設集團 視頻監控、安全考勤、LED顯示、無卡報警
重慶隧道項目 中鐵隧道集團一處有限公司臺車分公司 安全考勤、LED顯示、無卡報警
甘肅天水隧道項目 中交二分局 安全考勤、LED顯示
江西井岡山隧道項目 中鐵二十五局 安全考勤、LED顯示
四川廣元隧道項目 中鐵十七局集團 視頻監控、考勤定位、LED顯示、管理系統
上海軌道交通13號線隧道項目 中鐵十六局集團 視頻監控、LED顯示、無卡報警、管理系統
青海省海東地區民和縣蘭新鐵路 中鐵十八局集團 考勤定位、視頻監控、LED顯示、管理系統
永定縣隧道項目 中鐵隧道集團一處有限公司四分公司 視頻監控、考勤定位、LED顯示、無卡報警、管理系統
韶關市鐵路隧道項目 中鐵十局集團有限公司 視頻監控、考勤定位、LED顯示、無卡報警、管理系統
上海市青草沙凌橋支線C3標隧道項目 中鐵十六局集團 視頻監控、安全考勤、LED顯示、無卡報警、管理系統
寧德寧武高速公路隧道項目 中鐵隧道股份有限公司 安全考勤、LED顯示、無卡報警、管理系統
山西呂梁隧道項目 中鐵十七局集團 視頻監控、考勤定位、LED顯示、管理系統
