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、信息化管理等先進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，利用先進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。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先進技術，因此總體方案設計必須具有可靠性、安全性、先進性、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：

先進性：系統硬件應具有先進性,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：在充分考慮先進性的同時,硬件系統應立足于用戶對整個系統的具體需求，應優先選擇先進、適用、成熟的技術， 最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先進性和適用性為基礎,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、行業標準以及國際標準,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、先進性、靈活擴充性、經濟實用性、操作和維護的方便性的高度統一。

2.1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

2.2 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

信息，并傳輸到后臺控制中央去。

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。

2.3 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，使管理先進化，透明化。顯示的內容包括：標簽號，姓名，時間，總人數等，使領導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

2.4 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授權，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，提供全方位式立體式監控。

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。

2.5 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，保證最優最合理的通訊傳輸。

后臺系統根據需求分析，采用最前沿的電視墻技術，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

3.6 集團聯網-綜合遠程管理

利用各個隧道口的網絡通訊，可以將各個隧道的采集到的人員數據，包括進出記錄以及定位信息等，實時傳送到集團調動中心，及時了解各隧道人員分布情況，方便指揮調度

3.1 核心功能特點

    系統可實現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，逐級權限管理。由總指揮部統一發卡，統一裝備，統一管理，高清遠程視頻上墻統一顯示，及時性隧道人員信息數據集中監控。

    本系統遵循"統一發發卡、統一裝備、統一管理"的原則，按準許隧道洞內工作人員和班組實行"一人一卡"制，該感應器可視為"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，數據及時上傳；

l 總指揮部可以及時查詢任意一駐地或隧道當前工作狀態及相關數據；

l 可視化電視墻及高性能服務器，提供直觀的數據以及圖像信息

（2）洞內危險氣體監測功能：

l 可以及時預防，做到早發現，早處理，保證員工健康安全；

l 及時性數據強，便利的時間段數據報表顯示；

（3）洞內工作人員實時動態顯示功能：

l 任一時間洞內某個地點作業人員人數，作業人員人數具體信息；

l 查詢一個或多個人員現在的洞內實際位置；

l 記錄有關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，或進行各項數據的檢測和處理，從根本上盡量杜絕因人為因素而造成的相關事故

l 實現多點共享供多個領導同時在不同地點查看。

（4）自動報警功能：

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

（5）人員軌跡查詢：

    可查找某個人在某個時間段內所經歷的路徑，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計，實現工作人員考勤記錄，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：

    一旦發生各類事故，上位機上立即能顯示出事故地點的人員數量、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）車輛及設備管理：

車輛的出入統計、定位以及其他重要設備的具體位置

3.2 系統特點

1、安全、穩定性高：健康資質認證，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、適應性強：可以配合現在各種傳輸網絡比如光強、以太網、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控中心呼叫；監控中心也可以向標簽發信息。（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的電腦上遠程查看隧道的實時情況，無須到現場。

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現在有多少人，這些人是誰