隨著國家經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國的隧道建設(shè)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(shù)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(shè)力度；然而隧道建設(shè)的造價高、運營管理相對復雜，所以各地對隧道的建設(shè)都十分重視，不敢掉以輕心。

目前的遠程信息管理系統(tǒng)往往只是對行政和技術(shù)文件的管理，而無法實時地獲取施工信息，更不能對施工現(xiàn)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(fā)生。為此各級政府高度重視工程建設(shè)安全生產(chǎn)問題，并采取一系列措施不斷加強安全生產(chǎn)工作。如何改變目前隧道施工過程安全監(jiān)管落后的管理模式，實現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化、智能化，成為管理者研究的重要課題。

因此，能夠?qū)崿F(xiàn)災害預防、事故救助、信息化管理等先進的管理手段將是隧道安全建設(shè)的必然選擇。

1.1 系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)著重在綜合隧道管理各項資源，在保證既定的系統(tǒng)功能正常應(yīng)用的前提下，利用先進技術(shù)對系統(tǒng)進行整合利用。包含視頻監(jiān)控、人員進出與定位管理、人員/車輛門禁系統(tǒng)、隧道氣體監(jiān)測等。最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(shè)計原則與依據(jù)

總體設(shè)計原則

總體以客戶的需求為基本原則，并充分結(jié)合現(xiàn)有成熟完善的技術(shù)進行設(shè)計。

隧道綜合應(yīng)用系統(tǒng)是一個涉及視頻監(jiān)控技術(shù)、傳感技術(shù)、LED顯示技術(shù)、射頻識別技術(shù)等多方面領(lǐng)域的先進技術(shù)，因此總體方案設(shè)計必須具有可靠性、安全性、先進性、靈活擴充性、經(jīng)濟實用性、操作和維護的方便性，更要具有前瞻性的建設(shè)全局統(tǒng)一管理的平臺。

在規(guī)劃設(shè)計過程中，系統(tǒng)設(shè)計以保障安全生產(chǎn)、提高企業(yè)效率，提升企業(yè)管理品質(zhì)為目標，以高質(zhì)量服務(wù)管理者和使用者為基本原則和設(shè)計思路。

硬件設(shè)計原則

系統(tǒng)的硬件設(shè)計和選型應(yīng)該遵循如下原則：

先進性：系統(tǒng)硬件應(yīng)具有先進性,避免短期內(nèi)因技術(shù)陳舊造成整個系統(tǒng)性能不高或者過早淘汰。

可靠性：在充分考慮先進性的同時,硬件系統(tǒng)應(yīng)立足于用戶對整個系統(tǒng)的具體需求，應(yīng)優(yōu)先選擇先進、適用、成熟的技術(shù)， 最大限度地發(fā)揮投資效益。

開放性：計算機網(wǎng)絡(luò)選擇和相關(guān)產(chǎn)品的選擇要以先進性和適用性為基礎(chǔ),同時考慮兼容性。

擴充性：系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu)和總線通信方式，在系統(tǒng)規(guī)模擴展時，不需較大的改造，增加相應(yīng)的模塊即可。

軟件設(shè)計原則

系統(tǒng)的軟件設(shè)計和選型應(yīng)該遵循如下原則：

可靠性和安全性：系統(tǒng)軟件應(yīng)具有很高的可靠性和安全性。

易用性：系統(tǒng)軟件應(yīng)操作方便,采用中文圖形界面。

標準化：系統(tǒng)軟件應(yīng)符合國家、行業(yè)標準以及國際標準,便于多次升級和支持新硬件產(chǎn)品。

可擴充性：系統(tǒng)軟件應(yīng)具有可擴充性。采用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計，具有一定的靈活性、可操作性和可擴展性。在今后業(yè)務(wù)發(fā)生變化時，模塊的增加和對模塊的修改不應(yīng)對其他模塊產(chǎn)生影響。

為確保整個工程的質(zhì)量，總體方案設(shè)計原則需要達到上述可靠性、安全性、先進性、靈活擴充性、經(jīng)濟實用性、操作和維護的方便性的高度統(tǒng)一。

2.1人員進出定位管理系統(tǒng)

人員進出管理系統(tǒng)可分為人員進出考勤管理、人員定位信息管理以。主要有監(jiān)控主機、讀卡基站、人員識別卡、傳輸數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換器等。

監(jiān)控主機（現(xiàn)場服務(wù)器）：獨立計算機，負責整個系統(tǒng)設(shè)備及人員檢測數(shù)據(jù)的管理、通訊、統(tǒng)計存儲以及屏幕顯示、查詢打印、畫面編輯、網(wǎng)絡(luò)通訊等任務(wù)。

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(tǒng)當中。可以分為定位基站和識別基站。

人員識別卡：編程有全球唯一的識別碼，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(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換器：包括一些信號轉(zhuǎn)換器，主要實現(xiàn)對信號的轉(zhuǎn)換以便系統(tǒng)更好的接收處理數(shù)據(jù)

大致原理圖如下

考勤系統(tǒng)：在每個施工隧道內(nèi)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(jù)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(nèi)有多少作業(yè)人員都能反映到系統(tǒng)軟件中，并體現(xiàn)到大屏幕上，使考勤情況一目了然。施工人員將該系統(tǒng)考勤卡佩戴在安全帽內(nèi)側(cè)，無須主動刷卡便能實現(xiàn)自動考勤，方便省力、準確度高。

定位系統(tǒng)：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(xiàn)定位功能，洞內(nèi)定位隨臺車作業(yè)實時進行識別定位。施工人員只要將該系統(tǒng)考勤卡佩戴在安全帽內(nèi)側(cè)，無須主動刷卡，在每個讀卡器的有效識別范圍內(nèi)，根據(jù)識別到的人員標識卡的情況對施工人員進行區(qū)域定位識別管理，使管理人員在監(jiān)控室就能及時掌握施工現(xiàn)場的具體情況。同時特殊人員卡上可以有按鈕，實現(xiàn)洞內(nèi)洞外雙向通訊，當洞內(nèi)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(xiàn)場所有帶識別的人員

2.2 人員/車輛門禁通道系統(tǒng)

門禁通道系統(tǒng)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(qū)域，同時也可用來來保障數(shù)據(jù)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(xiàn)場車輛的及時管控，做到更加有效的車輛利用率

主機（現(xiàn)場服務(wù)器）：負責整個系統(tǒng)設(shè)備及人員檢測數(shù)據(jù)的管理、通訊、統(tǒng)計存儲

以及屏幕顯示、查詢打印、畫面編輯、網(wǎng)絡(luò)通訊等任務(wù)。

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(tǒng)當中并生成控制擺閘的指令，根據(jù)數(shù)據(jù)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(jīng)過，并發(fā)送信息至控制系統(tǒng)，產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)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

信息，并傳輸?shù)胶笈_控制中央去。

人員/車輛門禁通道 示意圖

利用人員/車輛門禁通道系統(tǒng)可以實現(xiàn)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(guān)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(nèi)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(fā)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(tǒng)，也需要給每一輛車配置車輛卡，車輛經(jīng)過通行區(qū)域的時候，會觸發(fā)讀卡，同時也有地感觸發(fā)，當同時讀卡和地感觸發(fā)的時候，系統(tǒng)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(fā)，系統(tǒng)統(tǒng)一認為不允許通過。

2.3 LED顯示系統(tǒng)

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，使管理先進化，透明化。顯示的內(nèi)容包括：標簽號，姓名，時間，總?cè)藬?shù)等，使領(lǐng)導及監(jiān)管人員不用下到隧道下面去，也不必查看監(jiān)控室電腦就能及時了解隧道內(nèi)施工人員情況。有了該LED大屏幕顯示系統(tǒng)不僅可以使洞內(nèi)各區(qū)域內(nèi)施工人員信息形象、直觀、一目了然的體現(xiàn)出來。而且，在開現(xiàn)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(xiàn)隧道施工項目部管理上的人性化、現(xiàn)代化、科學化。

系統(tǒng)組成：服務(wù)器、同步系統(tǒng)卡、LED顯示屏

服務(wù)器：主要實現(xiàn)對顯示內(nèi)容的編輯，控制

同步顯示系統(tǒng)卡：系統(tǒng)的核心部分，同步實現(xiàn)電腦與LED屏的顯示內(nèi)容。對信號進行編譯傳輸

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

     網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括前端視頻采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼、通訊傳輸設(shè)備，以及后端的監(jiān)控接收客戶端軟件。安裝在隧道各主要的監(jiān)控點執(zhí)行信號采集傳輸，軟件主要是安裝在監(jiān)控室電腦上，兩者之間通過平臺管理中心系統(tǒng)授權(quán)，對其前端視頻點進行多點對多點的實時監(jiān)控管理。如：視頻、云臺、放大、錄像、等功能，有管理權(quán)限的用戶還可以對任何點的錄像進行設(shè)置、下載、實時點播錄像等操作；系統(tǒng)還可以通過PC瀏覽器進行監(jiān)控。

由此可以看出，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是監(jiān)控攝像機對隧道施工現(xiàn)場各視頻點進行24小時的實時監(jiān)控。對于一些關(guān)鍵視頻點可啟動視頻移動偵測功能和報警功能，系統(tǒng)根據(jù)圖像移動情況自動識別、觸發(fā)，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(tǒng)將圖像、聲音、報警等實時數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控室電腦，管理人員可以通過本地監(jiān)視、遠程IE監(jiān)視、WEB 網(wǎng)頁客戶端等方式隨意切換前端任意監(jiān)控點的視頻，能直觀地了解和掌握施工各視頻監(jiān)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(jiān)管

在實際的隧道現(xiàn)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(jiān)控區(qū)域的情況，讓管理者更直接的了解現(xiàn)場情況。

系統(tǒng)組成：服務(wù)器、攝像機、視頻服務(wù)器、傳輸數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換器以及通訊傳輸部分

服務(wù)器：監(jiān)控平臺終端，對系統(tǒng)返回的信息進行顯示，并通過平臺軟件對各個監(jiān)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(jiān)測設(shè)備，實時采集信號。提供云臺設(shè)備，實現(xiàn)攝像角度的改變，提供全方位式立體式監(jiān)控。

視頻服務(wù)器：主要是實現(xiàn)將聲音圖像的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行傳輸，通過通訊線路回傳給監(jiān)控平臺。

傳輸數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換器：包括一些信號轉(zhuǎn)換器，主要實現(xiàn)對信號的轉(zhuǎn)換以便系統(tǒng)更好的接收處理數(shù)據(jù)。

通訊傳輸：主要是一些RVVP線纜和網(wǎng)線構(gòu)成，實現(xiàn)視頻信號的及時傳輸。

2.5 通訊系統(tǒng)及后臺系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境，現(xiàn)場選用多種通訊系統(tǒng)，包含有線通訊、無線通訊以及光纖通訊系統(tǒng)，合理搭配各種通訊系統(tǒng)，保證最優(yōu)最合理的通訊傳輸。

后臺系統(tǒng)根據(jù)需求分析，采用最前沿的電視墻技術(shù)，通過平臺服務(wù)，及時的將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到電視墻上面，以供管理員及時分析處理

3.6 集團聯(lián)網(wǎng)-綜合遠程管理

利用各個隧道口的網(wǎng)絡(luò)通訊，可以將各個隧道的采集到的人員數(shù)據(jù)，包括進出記錄以及定位信息等，實時傳送到集團調(diào)動中心，及時了解各隧道人員分布情況，方便指揮調(diào)度

3.1 核心功能特點

    系統(tǒng)可實現(xiàn)在建鐵路全線隧道管控，從總指揮部到各項目部再到各隧道駐地，逐級權(quán)限管理。由總指揮部統(tǒng)一發(fā)卡，統(tǒng)一裝備，統(tǒng)一管理，高清遠程視頻上墻統(tǒng)一顯示，及時性隧道人員信息數(shù)據(jù)集中監(jiān)控。

    本系統(tǒng)遵循"統(tǒng)一發(fā)發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理"的原則，按準許隧道洞內(nèi)工作人員和班組實行"一人一卡"制，該感應(yīng)器可視為"上崗憑證"或"隧道準入證"。

（1）在建鐵路全線隧道管控

l 各駐地，各隧道均與中心平臺對接，數(shù)據(jù)及時上傳；

l 總指揮部可以及時查詢?nèi)我庖获v地或隧道當前工作狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)；

l 可視化電視墻及高性能服務(wù)器，提供直觀的數(shù)據(jù)以及圖像信息

（2）洞內(nèi)危險氣體監(jiān)測功能：

l 可以及時預防，做到早發(fā)現(xiàn)，早處理，保證員工健康安全；

l 及時性數(shù)據(jù)強，便利的時間段數(shù)據(jù)報表顯示；

（3）洞內(nèi)工作人員實時動態(tài)顯示功能：

l 任一時間洞內(nèi)某個地點作業(yè)人員人數(shù)，作業(yè)人員人數(shù)具體信息；

l 查詢一個或多個人員現(xiàn)在的洞內(nèi)實際位置；

l 記錄有關(guān)人員在任一地點的到/離時間和總工作時間等一系列信息，可以督促和落實重要巡查人員是否按時、到點的進行實地查看，或進行各項數(shù)據(jù)的檢測和處理，從根本上盡量杜絕因人為因素而造成的相關(guān)事故

l 實現(xiàn)多點共享供多個領(lǐng)導同時在不同地點查看。

（4）自動報警功能：

    可以設(shè)定特殊的禁區(qū)，如果有人員進入，實時聲音報警，并顯示進入禁區(qū)的人員；或是設(shè)定特殊危險地段，當工作人員超過規(guī)定數(shù)目時自動發(fā)出警報，并把警告信息及時發(fā)送高級管理人員。

（5）人員軌跡查詢：

    可查找某個人在某個時間段內(nèi)所經(jīng)歷的路徑，并在圖中畫出線路軌跡

（6）豐富的考勤能力：

    可對出入洞口工作人員進行統(tǒng)計，實現(xiàn)工作人員考勤記錄，建立人員出入隧道的各種信息報表（如：進出洞時間報表、出勤月報表、加班報表、缺勤報表等等）

（7）災后急救信息：

    一旦發(fā)生各類事故，上位機上立即能顯示出事故地點的人員數(shù)量、人員信息，人員位置等信息，大大提高搶險效率和救護效果

（8）車輛及設(shè)備管理：

車輛的出入統(tǒng)計、定位以及其他重要設(shè)備的具體位置

3.2 系統(tǒng)特點

1、安全、穩(wěn)定性高：健康資質(zhì)認證，具有防爆防塵、抗干擾的特點

2、多卡快速識別：50米范圍內(nèi)可同時識別100個卡信息，識別物體速度可達到200公里/小時

3、適應(yīng)性強：可以配合現(xiàn)在各種傳輸網(wǎng)絡(luò)比如光強、以太網(wǎng)、485總線等

4、豐富的查詢報表：最大程度上方便管理人員操作

5、雙向報警功能：施工人員可以通過標簽按鈕來向監(jiān)控中心呼叫；監(jiān)控中心也可以向標簽發(fā)信息。（雙向卡的功能，單向卡沒有這個功能）

6、遠程接入：可以在任何一臺可以上網(wǎng)的電腦上遠程查看隧道的實時情況，無須到現(xiàn)場。

7、視覺性強：通過外置的超大LED屏幕顯示，可以隨時知道目前洞內(nèi)現(xiàn)在有多少人，這些人是誰