隧道安全监控系统
第一章  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、信息化管理等先进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，利用先进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。最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先进技术，因此总体方案设计必须具有可靠性、安全性、先进性、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：
先进性：系统硬件应具有先进性,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：在充分考虑先进性的同时,硬件系统应立足于用户对整个系统的具体需求，应优先选择先进、适用、成熟的技术， 最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先进性和适用性为基础,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、行业标准以及国际标准,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、先进性、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
国家信息产业部YD/T926-2001标准
以太网10base-T标准

                                 第二章 系统组成及工作原理

2.1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：编程有全球唯一的识别码，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
2.2 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
信息，并传输到后台控制中央去。

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。
 
 
 
 
 

 
 
2.3 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，使管理先进化，透明化。显示的内容包括：标签号，姓名，时间，总人数等，使领导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
2.4 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授权，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，提供全方位式立体式监控。
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。

2.5 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，保证最优最合理的通讯传输。
后台系统根据需求分析，采用最前沿的电视墙技术，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


3.6 集团联网-综合远程管理

利用各个隧道口的网络通讯，可以将各个隧道的采集到的人员数据，包括进出记录以及定位信息等，实时传送到集团调动中心，及时了解各隧道人员分布情况，方便指挥调度

第三章  系统功能特点

3.1 核心功能特点
    系统可实现在建铁路全线隧道管控，从总指挥部到各项目部再到各隧道驻地，逐级权限管理。由总指挥部统一发卡，统一装备，统一管理，高清远程视频上墙统一显示，及时性隧道人员信息数据集中监控。
    本系统遵循"统一发发卡、统一装备、统一管理"的原则，按准许隧道洞内工作人员和班组实行"一人一卡"制，该感应器可视为"上岗凭证"或"隧道准入证"。
（1）在建铁路全线隧道管控
l 各驻地，各隧道均与中心平台对接，数据及时上传；
l 总指挥部可以及时查询任意一驻地或隧道当前工作状态及相关数据；
l 可视化电视墙及高性能服务器，提供直观的数据以及图像信息
（2）洞内危险气体监测功能：
l 可以及时预防，做到早发现，早处理，保证员工健康安全；
l 及时性数据强，便利的时间段数据报表显示；
（3）洞内工作人员实时动态显示功能：
l 任一时间洞内某个地点作业人员人数，作业人员人数具体信息；
l 查询一个或多个人员现在的洞内实际位置；
l 记录有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故
l 实现多点共享供多个领导同时在不同地点查看。
（4）自动报警功能：
    可以设定特殊的禁区，如果有人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人员；或是设定特殊危险地段，当工作人员超过规定数目时自动发出警报，并把警告信息及时发送高级管理人员。
（5）人员轨迹查询：
    可查找某个人在某个时间段内所经历的路径，并在图中画出线路轨迹
（6）丰富的考勤能力：
    可对出入洞口工作人员进行统计，实现工作人员考勤记录，建立人员出入隧道的各种信息报表（如：进出洞时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等）
（7）灾后急救信息：
    一旦发生各类事故，上位机上立即能显示出事故地点的人员数量、人员信息，人员位置等信息，大大提高抢险效率和救护效果
（8）车辆及设备管理：
车辆的出入统计、定位以及其他重要设备的具体位置
3.2 系统特点
1、安全、稳定性高：健康资质认证，具有防爆防尘、抗干扰的特点
2、多卡快速识别：50米范围内可同时识别100个卡信息，识别物体速度可达到200公里/小时
3、适应性强：可以配合现在各种传输网络比如光强、以太网、485总线等
4、丰富的查询报表：最大程度上方便管理人员操作
5、双向报警功能：施工人员可以通过标签按钮来向监控中心呼叫；监控中心也可以向标签发信息。（双向卡的功能，单向卡没有这个功能）
6、远程接入：可以在任何一台可以上网的电脑上远程查看隧道的实时情况，无须到现场。
7、视觉性强：通过外置的超大LED屏幕显示，可以随时知道目前洞内现在有多少人，这些人是谁