高速公路智能交通系統(tǒng)工程

高速公路機電工程也稱為“高速公路智能交通系統(tǒng)工程"。

高速公路機電系統(tǒng)主要包括“三大系統(tǒng)"和“隧道機電系統(tǒng)"，其中“三大系統(tǒng)"包括：監(jiān)控系統(tǒng)（收費站及道路監(jiān)控）、收費系統(tǒng)、通信系統(tǒng)；“隧道機電系統(tǒng)"一般包括隧道監(jiān)控系統(tǒng)、隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)、隧道供配電系統(tǒng)及隧道火災(zāi)報警系統(tǒng)等幾大類。

三大系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)一般由監(jiān)控中心和外場設(shè)備兩部分組成。監(jiān)控中心由計算機系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視控制設(shè)備、投影設(shè)備、不間斷電源系統(tǒng)等組成。監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)采用局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能接入視頻、數(shù)據(jù)和語音信息，構(gòu)成一個多媒體的信息平臺，具備方便的擴展性。計算機系統(tǒng)具有每天24h連續(xù)工作的能力。監(jiān)控軟件工程是交通監(jiān)控系統(tǒng)的靈魂工程，它采集外場設(shè)備檢測到的信息，進(jìn)行分析處理，生成相應(yīng)的控制方案，通過外場的情報板等設(shè)備發(fā)布路況信息。

收費系統(tǒng)

高速公路收費系統(tǒng)是高速公路建設(shè)費用回收的途徑，收費系統(tǒng)一般采用“收費車道—收費站—各運營公司收費中心—收費結(jié)算中心"的四級收費體制。各級站點的核心都為計算機設(shè)備，這些設(shè)備通過以太網(wǎng)交換機連成網(wǎng)絡(luò)。收費車道采集的原始收費數(shù)據(jù)，通過計算機網(wǎng)絡(luò)實時傳送到收費站，收費站將采集的數(shù)據(jù)集中后發(fā)送給收費結(jié)算中心和相應(yīng)的運營公司的收費中心。在收費結(jié)算中心，對每次出口的收費按照該車輛的車型和實際行駛所通過的路段、里程進(jìn)行分割計算，得出各路段的應(yīng)收款，然后存入收費結(jié)算中心的數(shù)據(jù)庫，并將清算的結(jié)果送給相應(yīng)的運營公司的收費中心。

通信系統(tǒng)

高速公路通信系統(tǒng)是高速公路現(xiàn)代化管理的重要支撐系統(tǒng)，它要準(zhǔn)確及時的傳輸監(jiān)控系統(tǒng)和收費系統(tǒng)的話音、數(shù)據(jù)和圖像等信息，保持高速公路各管理部門之間業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)通訊的暢通，并要為高速公路內(nèi)部各部門和外界建立必要的聯(lián)系；同時高速公路通信系統(tǒng)作為通信網(wǎng)的重要組成部分，是交通信息的主要傳輸載體，為各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及會議電視系統(tǒng)提供傳輸通道。

隨著計算機技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，高速公路通信技術(shù)也從簡單的無線對講系統(tǒng)發(fā)展到800MHz無線集群系統(tǒng)，從小容量微波通信發(fā)展到SDH系列數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)，從單純的電話業(yè)務(wù)發(fā)展到包括話音、數(shù)據(jù)和圖像等多種信息的綜合通信，并從模擬通信向數(shù)字通信演變，開始組建的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字(B-ISDN)通信系統(tǒng)。

近年來，我國的高速公路發(fā)展非常迅速，高速公路網(wǎng)正在逐步形成。高速公路通信系統(tǒng)已開始從單條路的內(nèi)部通信向路網(wǎng)環(huán)境的廣域通信轉(zhuǎn)變，高速公路各現(xiàn)場監(jiān)控站有大量監(jiān)測數(shù)據(jù)需要及時傳送給監(jiān)控中心；各個收費站也有大批數(shù)據(jù)文件要定時傳送給收費中心，這些傳輸任務(wù)都由通信系統(tǒng)承擔(dān)。因此為了保證通信的高可靠性，高速公路辟有專用的通信網(wǎng)絡(luò)。

ITS框架及通信、收費和監(jiān)控系統(tǒng)的地位

智能交通系統(tǒng)（ITS：Intelligent Transportation System）：是以的交通信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)以及計算機處理技術(shù)等有效的運用與整個運輸管理體系，使人、車、路密切地配合、和諧地統(tǒng)一，從而建立起一種在大范圍內(nèi)發(fā)揮作用的實時、準(zhǔn)確和高效的運輸綜合管理系統(tǒng)。

 通信、收費和監(jiān)控系統(tǒng)所涉及的技術(shù)領(lǐng)域

ITS的核心和基礎(chǔ)是交通信息化，ITS系統(tǒng)是通信、收費和監(jiān)控系統(tǒng)在交通網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展，而后者是前者的重要支撐

隧道機電系統(tǒng)

隧道監(jiān)控系統(tǒng)

隧道機電工程中，通常將“現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)"、“交通監(jiān)控系統(tǒng)"、“閉路電視系統(tǒng)"、“緊急電話系統(tǒng)"、“有線廣播系統(tǒng)"、“環(huán)境檢測系統(tǒng)"均歸類為隧道監(jiān)控系統(tǒng)。

現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)

隧道的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)方式，隧道控制網(wǎng)絡(luò)分為三級。

級為隧道管理所分中心控制，與隧道變電所監(jiān)控環(huán)網(wǎng)構(gòu)成控制、通信環(huán)網(wǎng)。

第二級為隧道本地區(qū)域控制，與隧道內(nèi)監(jiān)控設(shè)備構(gòu)成現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

第三級為主本地控制器控制級。利用雙洞隧道可構(gòu)成具有真正物理意義“環(huán)"的特點，將隧道內(nèi)各本地控制器連接為冗余光纖環(huán)網(wǎng)。如若光纖因事故或火災(zāi)斷開時具有真正意義的迂回路由可保證隧道控制通道的暢通。通過隧道變電所內(nèi)工業(yè)控制計算機可以對隧道內(nèi)區(qū)域控制器及其所控設(shè)備實施控制，進(jìn)行在線實時監(jiān)控、離線過程控制、遠(yuǎn)程維護等。主本地控制器設(shè)置在隧道變電所。

交通監(jiān)控系統(tǒng)

交通監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)和隧道現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備組成。現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)主要由隧道上、下行區(qū)域控制器ACU、變電所內(nèi)的區(qū)域控制器ACU、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、連接光纜等組成，隧道的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)方式。

閉路電視系統(tǒng)

隧道閉路電視系統(tǒng)由中控室內(nèi)閉路電視監(jiān)控設(shè)備、圖像傳輸設(shè)備、外場攝像機等組成。具體的設(shè)備布設(shè)按設(shè)計要求。比如：

1、外場設(shè)備：

在隧道的洞口設(shè)置彩色攝像機(含云臺、變倍鏡頭、自動光圈、等)；

在隧道內(nèi)每間隔150m設(shè)一臺具有背光補償及強光抑制的固定彩色攝像機，配有自動光圈以適應(yīng)光線的變化；

隧道內(nèi)行車橫洞前增設(shè)1臺彩色攝像機(含云臺、變倍鏡頭、自動光圈、等)。

2、傳輸設(shè)備：

隧道內(nèi)攝像機傳輸方案：外場視頻圖像傳輸至隧道管理站采用節(jié)點式傳輸方式。具體方式為：隧道外場每3臺攝像機通過同軸電纜接入1臺三路視頻數(shù)字非壓縮節(jié)點機，3臺三路視頻數(shù)字非壓縮節(jié)點機通過占用一芯光纖可將隧道內(nèi)8～10路圖像傳輸至隧道管理站內(nèi)的10路視頻數(shù)字非壓縮節(jié)點機。視頻圖像在隧道管理站進(jìn)行集中監(jiān)視。

緊急電話系統(tǒng)

當(dāng)隧道內(nèi)行駛的車輛發(fā)生故障，或隧道內(nèi)出現(xiàn)交通事故及火災(zāi)等情況時，司機或有關(guān)人員可通過隧道沿線設(shè)置的緊急電話分機及時向中控室發(fā)出報警，以便通知有關(guān)部門迅速采取措施，確保隧道內(nèi)的行車及人身安全。

緊急電話系統(tǒng)由緊急電話控制臺、緊急電話分機和傳輸線路構(gòu)成。

緊急電話分機的一般布設(shè)形式：在隧道內(nèi)沿行車方向右側(cè)每隔約200m左右布設(shè)一部緊急電話分機，隧道外距隧道洞口約5m左右布設(shè)一部緊急電話分機。隧道入口是駕駛員適應(yīng)光線變化的路段，在此路段停車容易造成交通事故的發(fā)生。為此，在隧道入口200米范圍內(nèi)不布設(shè)緊急電話分機。

在隧道內(nèi)每部緊急電話分機上方距電纜溝頂面3.3m處設(shè)置一個雙面顯示緊急電話電光標(biāo)志，用于指示緊急電話的位置。隧道緊急電話采用現(xiàn)場交流220V供電，電源取自隧道內(nèi)的監(jiān)控配電箱。

有線廣播系統(tǒng)

隧道設(shè)置有線廣播系統(tǒng)，以便隧道出現(xiàn)緊急情況時，隧道管理站能利用隧道有線廣播系統(tǒng)進(jìn)行廣播，及時疏導(dǎo)交通。

在隧道管理所內(nèi)控制臺為主控制臺，隧道變電所隧道管理站內(nèi)可以輔助控制臺。主、副控制臺之間采用光傳輸。

隧道變電所內(nèi)有線廣播設(shè)備：主要由有線廣播系統(tǒng)分控器、信源設(shè)備(含調(diào)音臺、專用麥克、卡座、CD等)、信號放大器、光端機、防雷配線箱等組成。

外場有線廣播設(shè)備：由隧道入口布設(shè)一臺25w揚聲器、隧道內(nèi)每50米布設(shè)一臺15w揚聲器及傳輸線纜等組成。外場有線廣播音區(qū)由軟件分區(qū)。

環(huán)境檢測系統(tǒng)

環(huán)境檢測系統(tǒng)有一氧化碳/能見度檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器、氣象監(jiān)測站等。

一氧化碳/能見度檢測器一般設(shè)于隧道洞內(nèi)距入出口約250m處及隧道中間。風(fēng)速風(fēng)向檢測器一般設(shè)于隧道洞內(nèi)距入出口約250m處。

監(jiān)控設(shè)備供電電源均為220VAC，線纜壓降按一般設(shè)備≤5%考慮。特殊情況壓降不超過10%。隧道綜合接地網(wǎng)要求其接地電阻≤1Ω。隧道洞外設(shè)備安裝電源避雷器以及數(shù)據(jù)、信號防雷器。

隧道通風(fēng)系統(tǒng)

設(shè)計依據(jù)

（1）《公路隧道設(shè)計規(guī)范》JTG D70—2004；

（2）《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》JTJ026.1-9999。

設(shè)計原則

（1）遵守現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，借鑒、參考國內(nèi)外類似工程的成功經(jīng)驗，結(jié)合工程實際情況，按安全、經(jīng)濟、、合理、環(huán)保的原則進(jìn)行隧道機電工程設(shè)計；

（2）通風(fēng)設(shè)備應(yīng)能滿足隧道阻塞、火災(zāi)等異常工況的通風(fēng)需求；

（3）通風(fēng)控制方案以自動控制為主，手動控制為輔；

（4）通風(fēng)控制方案考慮多種控制方法相結(jié)合；

（5）通風(fēng)控制方案考慮火災(zāi)時的風(fēng)機運轉(zhuǎn)控制模式。

通風(fēng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

（1）隧道內(nèi)CO允許濃度δ：

①正常運營時，中隧道洞內(nèi)CO的設(shè)計濃度取值為δ=300ppm；特長隧道洞內(nèi)CO的設(shè)計濃度取值為δ=250ppm；長隧道洞內(nèi)CO的設(shè)計濃度取值為250ppm≤δ≤300ppm，各隧道按插入法取值。

②交通阻滯時，隧道內(nèi)各車道均以怠速行駛，平均車速vt≤20km/h，阻滯段長度不大于1000m，阻滯時間不超過20分鐘，洞內(nèi)CO的設(shè)計濃度250<δ≤300ppm。

（2）隧道煙塵允許濃度K：見下表：

（3）稀釋空氣中異味：根據(jù)本工程交通量和隧道規(guī)模的特點，特長隧道空間不間斷

換氣頻率按每小時4次取值，其余中、長隧道均按每小時5次取值，同時應(yīng)保證隧道內(nèi)

換氣風(fēng)速Vr≥2.5m/s。

（4）火災(zāi)工況：火災(zāi)時排煙風(fēng)速按Vr=3.0m/s取值。

射流風(fēng)機布設(shè)方案

①風(fēng)機每2臺一組，每組間隔約150m；

②距洞口約200m開始布設(shè)，以后每組按150m間距均勻布設(shè)；

③特長隧道為避免中間段太長距離無風(fēng)機，不利于防災(zāi)排煙，所以考慮在特長隧道中間段適當(dāng)布設(shè)幾組風(fēng)機；

④當(dāng)隧道兩端均設(shè)置變電所時，風(fēng)機盡量平均布設(shè)在隧道兩端；當(dāng)僅有一端設(shè)置變電所時，將風(fēng)機布設(shè)在靠近隧道變電所一側(cè)。

隧道照明系統(tǒng)

設(shè)計依據(jù) （1）《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》JTJ026.1-1999；

（2）《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》(GB50217-94)；

（3）《公路照明技術(shù)條件》JT/T367-1997；

（4）《公路隧道照明燈具》(JT/T 609-2004)；

（5）《消防應(yīng)急照明燈具》(GB 17945-2000)。 隧道照明系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容包括照明設(shè)施規(guī)模、類型、照明標(biāo)準(zhǔn)確定、照明計算以及燈具選擇和布置。 隧道照明系統(tǒng)設(shè)置內(nèi)容有：洞外引道照明、洞內(nèi)主線照明、應(yīng)急照明、應(yīng)急停車帶照明、橫洞照明及避災(zāi)引導(dǎo)燈。

隧道供配電系統(tǒng)

設(shè)計依據(jù)

（1）《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50052-95；

（2）《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ16-2008；

（3）《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》GB50217-2007；

（4）《10kv及以下變電所設(shè)計規(guī)范》GB50053-94；

（5）《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB50054-95；

（6）《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》GB50055-93；

（7）《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB500057-94(2000)。

隧道供電系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容包括負(fù)荷統(tǒng)計及分級、供電方案，變配電設(shè)備的選型、布置和安裝等。隧道變電所高壓外線引接按用電和施工用電結(jié)合考慮，即由現(xiàn)在施工用電就近的桿上引接，在變電所附近改用埋設(shè)方式引入隧道變電所，不考慮重新架設(shè)長距離供電線路。

隧道用電負(fù)荷主要為通風(fēng)、照明，以及少量消防、監(jiān)控、通信設(shè)施用電。

根據(jù)中斷供電所造成的損失或影響的程度，隧道用電負(fù)荷分為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷。一級負(fù)荷中的關(guān)鍵設(shè)施，作為特別重要負(fù)荷。

隧道火災(zāi)報警系統(tǒng)

隧道消防系統(tǒng)有水消防和火災(zāi)報警系統(tǒng)。火災(zāi)報警系統(tǒng)也可以劃分到監(jiān)控系統(tǒng)。水消防均由具有相關(guān)資質(zhì)的專業(yè)施工公司承建?；馂?zāi)報警系統(tǒng)一般由隧道機電工程施工單位施工。

隧道內(nèi)火災(zāi)報警系統(tǒng)采用光纖分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)。相鄰的隧道變電所火災(zāi)報警控制器利用光端機以及火災(zāi)報警光纜相連后再接入隧道管理站火災(zāi)報警控制器，實現(xiàn)火災(zāi)報警聯(lián)網(wǎng)功能。

隧道的火災(zāi)報警控制器和光纜感溫探測器控制單元設(shè)于隧道變電所內(nèi)，接收并處理火災(zāi)報警按鈕的報警信號，產(chǎn)生聲光報警信號，接入變電所的區(qū)域控制器內(nèi)。火災(zāi)報警信號通過以太網(wǎng)傳輸至隧道管理站的消防火災(zāi)報警計算機，此計算機主要用于加強隧道管理站、對隧道火災(zāi)集中監(jiān)控的能力?？煽刂?span lang="EN-US">CCTV系統(tǒng)顯示火災(zāi)和事故發(fā)生的區(qū)段，報警可自動或人工解除。

光纜探測器和手動火災(zāi)報警按鈕設(shè)于隧道內(nèi)。隧道內(nèi)火災(zāi)報警按鈕每間隔50m設(shè)一個，光纜探測器則沿著隧道縱向全長敷設(shè)在隧道頂部。

火災(zāi)報警控制器能自動報火警、故障，顯示報警具體位置，同時發(fā)出聲報警信號。能同時實時監(jiān)測隧道的所有探測單元；能顯示每個探測單元的溫度值和溫升速率值；發(fā)生火災(zāi)報警時，能準(zhǔn)確顯示報警位置；可根據(jù)實際現(xiàn)場情況，任意設(shè)定探測器的靈敏度；具有數(shù)據(jù)存儲功能。

手動火災(zāi)報警按鈕由按鈕、綠色工作表示燈和紅色報警表示燈組成，按下面蓋，能立即向火災(zāi)報警控制器報警，同時點亮按鈕上方的紅色表示燈，經(jīng)人工復(fù)原后，該按鈕可重復(fù)使用。

另外系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備還有：光纜檢測控制器、光纜探測器、聲光報警器、智能煙感探測器、數(shù)據(jù)光端機等。