基于物联网的长隧道运营安全监控方案

基于物联网的长隧道运营安全监控方案
摘要：基于物联网的RFID 技术，视频监控技术、光纤周界防入侵报警技术的应用，本文提出了一种基于物联网的多参数一起监测的安全监控方案。

此方案能够24小时保证对公路隧道口进行不间断的监控，保证隧道工程的安全使用，有效的
避免了意外事故的发生。

该方案成功应用在市政快速公路长隧道监控中，验证了
其可行性和实用性。

关键词：物联网；运用安全；长隧道；视频监控
前言
物联网指的是将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”的，如贴上RFID 的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互
联互通、应用大集成、以及基于云计算的SaaS 营运等模式，在内网、专网、和/
或互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实
时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现
对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

在市政快速公路
的长隧道中越来越多的事故是由于许多无关人员的进入、横穿导致的，为了交通
安全、避免类似事故的发生，本文提出了一种基于物联网的多参数一起监测的安
全监控方案。

一、设计分析
系统要实现车辆进入隧道不报警，无关人员进入隧道报警，相关人员（检查
人员、维修人员等）进入隧道不报警的功能，根据这些需求，采用如下设计思路：视频监控系统：在隧道口的每个车道上方设置1 台彩转黑一体化智能变倍摄像机
云台，来观察和识别从隧道口进出的每一个移动物体（车辆和人员），并配置红
外灯以达到24 小时连续监控的目的。

电子识别系统：在隧道口处安装电子标签
读取器，对出入隧道的相关人员（凡进入隧道内的相关人员必须携带粘有电子标
签的安全帽，否则为无关人员，视频人员识别系统会自动报警）进行自动登记和
识别，实时将通行数据传输到指挥部中心服务器，通过局域网，指挥部管理人员
可以查看、统计相关人员出入隧道情况。

光纤周界防入侵报警系统：隧道口外部
两侧的围栏或者砖墙上安装光纤周界防入侵监控报警系统，24 小时报警系统布防，一旦有人进入防范区域，就会报警通知值班人员同时联动视频监控系统启动录像
机对现场的图像进行记录，用以防范无关人员从隧道口一些隐蔽的地方进入隧道。

二、系统实现
1、视频监控系统
系统采用数模混合方式，即音视频图象采用高质量的模拟图象及模拟音频传输，音视频信号传输到总控室再进行数字化处理和控制。

采用此方案可较好的解
决目前数码图象传输质量普遍不高的现象。

（1）前端部分（隧道口）
摄像机。

隧道口每个车道上方安装一个1 台彩转黑一体化智能变倍摄像机，以观察和识别从隧道口进出的每一个移动物体（车辆和人员）。

该摄像头具有自
动白平衡、逆光补偿和自动电子快门调节功能。

配备镜头为电动可变镜头，可进
行自动变焦、自动聚焦和自动光圈调节。

变焦可将画面拉近推远，改变视角和成
像大小；调节（自动聚焦和自动光圈），可调整图象清晰度。

可将隧道的图像清
晰实时定格于整个屏幕。

室外云台为万向云台，可带动摄像机上、下、左、右、左上、左下、右上、右下全方位扫描。

所用解码器为智能解码驱动器，接到主控机发出的信息命令后，驱动相应摄像机、电动三可变镜头、室内云台等完成各种动作。

通过系统主控机或分控机的简便操作，都可控制任意指定云台的上下左右
旋转，可观察到隧道口的各个角落。

还可控制镜头的变焦、聚焦和光圈可分别实
现画面的拉近拉远和清晰度调整，使移动物体的各种动作细节一清二楚。

④利用内部局域网可把图像声音传到具有信息点的任何地方。

（2）传输部分。

传输线共有以下几种：视频线、屏蔽双绞线、多芯护套线及电源线。

所有线看现场情况定。

保证信号的高传输质量、具备一定抗干扰能力。

（3）总控制室。

中心控制室是整个电子视频监控系统的核心部分，在这里可以观察到隧道里各个角落的具体情况，中心控制室4 台17 寸显示器全部安装在
一个控制柜内。

操作人员可通过计算机键盘和鼠标可控制教室内云台和镜头的动作，以便进行细节监视。

采用硬盘录象机（1 台或多台）进行实况监控及录象。

所有硬盘录象机和显示器都安装在控制机柜内见图，可一机多用，既可控制前端
设备及录象又可兼作网络视频服务器，通过内部网络（TCP/IP）实现客户端多点
多级的远端控制与网上浏览（加装客户端接收软件），同时又可作为数码录象机
进行16 路长时间数码录象。

2、电子识别系统
首先在隧道进出口的两侧安放若干个读卡器，具体数量和位置根据现场实际
工况和要实现的功能要求而定，并且将它们通过网络布线和地面控制中心的计算
机联网。

同时在每个授权进入隧道的相关人员的安全帽上安置一个电子标签RFID，当该人员进入隧道时，只要通过或接近放置在隧道口的任何一个读卡器，读卡器
即会马上感应到信号同时立即上传到控制中心的计算机上，计算机马上就可判断
出具体信息（如：是谁，在哪个位置，具体时间），把它显示在控制中心的大屏
幕或电脑显示屏上并做好备份。

同时视频监控系统侦测到该移动人员的位置和时
间信息，然后与电子识别系统读取的信息作比较，以判断是否为授权人员，若不是，则视频监控系统会发出非相关人员进出的报警信号。

3、周界防范报警系统部分
每个隧道出入口两侧的周界总长分别为100 米。

采用围栏敷设安装振动光缆，一般是在围栏上端1／5处用防紫外线扎带固定一道采S型铁围栏光缆。

振动光
缆一般采用铠装光缆，为了防止人为蓄意破坏，外面可套镀锌管加强保护。

主机、键盘设在相应的监控室，当发生入侵时，光缆受到振动，产生入侵信号传到主机，由主机发出报警信号。

报警信号的应用如下：
（1）报警信号传输到键盘上，在键盘上显示报警防区编号，此时警卫人员可以迅速奔赴防区现场查看处理。

（2）报警信号传输到联动模块，可以联动相应防区现场的声光报警器，发出声光报警，以起到震慑、制止、驱赶入侵者的作用；
（3）报警信号传输到接警软件，以电子地图形式呈现入侵防区在整个周界的位置，并以弹出视频框的形式在电脑上显示防区实时情况。

本软件还可以将每一
次的入侵事件生成报警日志存储起来，以方便用户今后的查看。

三、系统的特点
1、系统具有独立的移动物体识别和报警功能，可按需要设置任意的报警画面
或局部画面的移动报警。

2、在出现意外情况时，硬盘录象监控系统将按程序设计进入相应的联动控制状态，及时地监视和记录现场发生的情况，以备今后的进一步处理。

各种操作程
序均具有存储功能，当市电中断或关机时，所有编程设置均可保存。

3、系统可与其他电子系统联网（需满足接口需要），并可实现与其它子系统的联动控制。

系统功能强大，完全可实施监控画面的实时传输。

4、系统可靠性高，具备相应的防拆、防攀、防翻越、防破坏等功能，当人为破坏周界探测设备时，可以及时发出报警信号。

5、既全面又有重点的全方位入侵防范。

四、系统部署
本系统遵循”统一发标识卡、统一装备、统一管理”的原则，按准许进入隧道
的人员和班组实行”一人一卡”制，该标识卡可视为”上岗凭证”或”隧道准入证”。

具体方案如下：隧道中安装一定数量的信号收发器，具体位置根据现场情况而定，以满足区域定位为准。

隧道管理单位向有关人员统一配发并装备无线标识卡，无
线标识卡安装在安全帽的合适位置。

每张无限标识卡具有唯一卡号，卡号对应员
工的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、家属信息等初始化到系统数据库中。

进入隧道的人员必须佩戴装有无线标识卡的
安全帽。

当此人经过隧道的信号收发器时，立即被系统识别，并通过系统网络的
信息交换，将此人通过的路段、时间等信息传输至安全监控中心记录，并可同时
在地理信息大屏幕墙上出现提示信息，显示通过人员的姓名等。

结束语
其系统不仅能够24小时不间断的对公路隧道口进行监控，确保隧道地安全使用，避免意外事情的发生。

并且在技术上有较大的创新性，完全实现车辆进入隧
道不报警，无关人员进行隧道报警，相关人员（检查人员、维修人员）进入隧道
不报警地功能。

参考文献：
[1]徐颖秦；物联网技术及应用[M]；北京：机械工业出版社；2012（09）
[2]马洪连；物联网感知与控制技术[M]；北京：清华大学；2012（08）
[3]单承赣；射频识别（RFID）原理与应用[M]；北京：电子工业出版社；2008（07）。