长大隧洞 TBM施工智能交通管理系统构建解决方案

于英涛

中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179

摘要：针对长大隧洞TBM施工的物料运输管理重点难点，加强TBM施工信息化系统建设，构建一套人员、设备定位和智能疏导的交通信息管理系统，通过信息收集、整理、反馈和风险预警，实时高效指挥和调控长大隧洞的交通运输管理，保证交通运输信息定位、显示、发送、接受及时准确、车辆调度有序，既保证物畅其流，也降低交通安全风险，实现长大隧洞TBM施工交通运输管理的现代化、信息化和智能化, 目前构建一种适合于TBM长大隧洞施工智能交通管理系统愈来愈成为当务之急。

关键词：TBM长大隧洞施工；智能交通管理

1 概述

随着我国水利水电工程建设重心逐步向跨流域调水工程转移, 引水隧洞施工项目不断增多，而作为TBM开挖的引水隧洞的长度也在不断加长。TBM施工隧洞洞径一般在 10米以下，长度则可达几公里或数十公里。TBM施工隧洞环境复杂，施工人员车辆以及各种施工设备较多，噪音大、环境可视性差。在TBM开挖掘进过程中的施工作业人员、管理人员以及大量的支护材料（如钢拱架、钢筋排、网片、锚杆）、喷射混凝土、轨排、连续皮带机支架、供排水管路、高压电缆、刀具、配件、油料等相关物料需要及时运送到TBM主机及后配套施工现场。随着TBM掘进速度的加快和隧洞的不断延伸，物料的有效及时供给成为制约TBM掘进效率以及作业安全的关键环节，交通运输的组织管理水平直接决定了TBM施工进度能否按期顺利安全实现。为完成有效的运输作业，依靠传统的固定电话和无线对讲系统来完成交通运输的指挥调度难度明显增大，安全管理工作也面临严峻挑战。

2 智能交通管理系统系统实现的功能

智能交通管理系统由精确定位系统、交通疏导系统、电话语音系统、视频监视系统，道闸、门禁系统，LED同步控制系统，指挥调度中心系统等八个部分构成。该管理系统应实现以下功能：

1、 实现人员进出自动登记/定位管理（包括人员信息日常管理、进出记录，定位信息、数据分析，存储、报表打印等）

2、实现车辆进出自动管理，包括进出登记，进出计数等；

3、智能交通灯引导车辆行驶；

4、隧洞内外部语音实时通讯，通讯更快捷方便；

5、24小时视频监控，可以实现30天历史记录存储，随时查看；

6、LED屏显示或是电视墙显示，显示更形象更专业化；

7、远程访问管理，实时随地，只要有网络的地方，均可以查看当前TBM施工过程中交通运输状况。

3系统构建方案

3.1系统组成

智能管理系统主要由人员进出定位管理系统、人员/车辆门禁系统、LED显示系统、视频监控系统以及通讯系统等子系统组成。

3.2智能交通系统拓扑图

4. 各个子系统的特点

4.1人员定位管理系统

人员定位管理系统主要由监控主机、读卡基站、人员识别卡组成。

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（动态目标识别器）：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。

人员识别卡：识别卡内置唯一的识别码，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。

狭长场景中的人员定位管理者更加关注人员在隧洞长度方向上的精确位置；这种一维定位方案仅需要每隔一段距离部署一个定位微基站，即可实现人员在隧洞长度方向上的精准定位。

凡进入隧洞工作人员均配置一张安装于作业人员的安全帽上人员标识卡，在发生安全隐患时，作业人员只需按标识卡的呼叫按钮即可请求隧洞外人员增授。

4.2车辆精确定位管理系统

车辆精确定位管理系统是利用人员精确定位识别基站，给进出隧洞车辆驾驶室处安装一张车辆标识卡，通过系统可以设置限速功能，超速行驶车辆系统自动报警并记录，以便事后追查。

实时行驶速度

4.3人员/车辆门禁通道系统

门禁通道系统主要利用自动识别与控制机制限制人员、车辆的进出，保障禁止非工作人员、车辆私自进出施工区域，同时也可用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。

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闸机的指令，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(或蓝牙)

三辊闸：也安装在隧洞入口处，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）

当有电子标签的人员通过三辊闸的时候，读卡器读取卡片信息并送交后台核实后发送命令给三辊闸（或人形翼闸）开启放行，否则不变化。车辆门禁系统同之，当配置电子标签的车辆经过通行区域的时候，会触发读卡，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。

4.4智能交通疏导系统

智能交通疏导系统的核心目的是提高车辆运行效率，避免安全事故的发生，确保行车行人安全。其原理是通过车辆定位系统确定隧洞车辆的位置来控制红绿灯的状态，并告知对方来车是否继续前行或采取避让措施；同时调度人员可以根据需要手动调整红绿灯的状态，用以控制车辆通行，系统软件上可以显示隧洞车辆运行及红绿灯状态。

为了对车辆进入区段进行安全防护，需在每个区段入口处设置一架红绿机，以红绿灯的显示作为车辆是否可以驶入区段的调度依据。红绿灯的布置示意图如下图所示，其中红绿灯X1避让点A向驶来的车辆，X2避让点B向驶来的车辆。

传感器A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4,C1,C2,C3,C4........

例如：通过A1,A2变化判断车辆的方向，假如A1先触发，A2后触发，可以判断车子是避让点A向避让点B方向行驶，对应避让点A向避让点B的红绿灯均为绿灯，反方向的红绿灯为红灯。当车子行驶到B1与B2时，避让点B到避让点A方向的红绿灯为绿灯。反之亦然。

4.5通讯联络系统

地面设备是系统的核心，实现业务交换 、终端调度、终端管理及系统之间的出入局功能，在机房部署融合通信平台，将有线通信系统、无线通信系统、广播通信系统共用一个核心平台，实现统一调度、管理和维护，实现一体化调度。

有线电话方案以NGN网络为核心技术的IP软交换电话系统，所有电话传输平台均是基于TCP/IP以太网传输协议传输，电话终端机是均是人们熟悉的双音多频信号（DTMF），实现电话与电话之间的全时全双工通话功能，其组网拓扑图如图2所示。其具有易扩容、改建、和实现多级调度。

4.6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、存储设备，以及后端的监控接收客户端软件。网络摄像机安装在隧洞出入口、隧洞内作业面、主支洞交汇处，各主要的监控点执行信号采集传输；网络视频解码器安装于调度室，用于将网络视频信号解码后上传调度指挥大屏；存储设备选用硬盘录像机，存储时间为30天，到期自动覆盖。实时监控软件安装于调度中心调度台电脑上。

4.7LED显示系统

将LED大屏幕安装在施工入口附近实时显示进、出洞人员、车辆的详细信息，以及标语、安全警示信息等，使管理先进化，透明化。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，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洞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。

4.8调度指挥中心

4.8.1主从机配置

人员定位管理、车辆定位管理系统分别设置主从机，主机安装在供电稳定的办公区域，从机安装在调度现场，通讯服务器、视频存储服务器等安装在供电稳定的办公区域。

4.8.2后备电源

分别为主从机及相关通讯服务器配置后备电源，当市电停电后，保证系统还可以持续运行2小时以上。

4.8.3调度大屏

在办公楼会议室侧墙上安装拼接大屏幕显示系统，用于显示隧洞内的实时视频图像、人员定位、车辆定位、有毒有害气体监测信息；同时在拼接屏上方配置一块条形LED显示屏，用于显示欢迎词、日期、时间等信息。

5对于交通的管理与实施

系统可实现对TBM施工期间的隧洞管控，从调度指挥中心到各隧洞内的作业点，逐级权限管理。本系统遵循"统一发卡、统一装备、统一管理"的原则，该感应器可视为"上岗凭证"或"隧洞准入证"。

（1）在建隧洞项目全线隧洞管控；

（2）洞内工作人员实时动态显示功能；

（3）自动报警功能；

（4）轨迹查询；

（5）丰富的考勤能力；

（6）灾后急救信息。

作者简介：

于英涛，1971年3月14日出生，男，高级工程师，主要从事TBM施工管理工作。曾参建过辽宁大伙房输水工程TBM3项目 、越南上昆嵩输水发电TBM引水隧洞项目，辽西北四段三标TBM项目，新疆KSTBM3勘探试验洞项目，新疆YE二期输水工程KSVII标项目等。

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