高速公路智能交通系统工程

高速公路机电工程也称为“高速公路智能交通系统工程”。

高速公路机电系统主要包括“三大系统”和“隧道机电系统”，其中“三大系统”包括：监控系统（收费站及道路监控）、收费系统、通信系统；“隧道机电系统”一般包括隧道监控系统、隧道通风照明系统、隧道供配电系统及隧道火灾报警系统等几大类。

三大系统

监控系统

监控系统一般由监控中心和外场设备两部分组成。监控中心由计算机系统、闭路电视监视控制设备、投影设备、不间断电源系统等组成。监控中心计算机系统采用局域网结构，能接入视频、数据和语音信息，构成一个多媒体的信息平台，具备方便的扩展性。计算机系统具有每天24h连续工作的能力。监控软件工程是交通监控系统的灵魂工程，它采集外场设备检测到的信息，进行分析处理，生成相应的控制方案，通过外场的情报板等设备发布路况信息。

收费系统

高速公路收费系统是高速公路建设费用回收的途径，收费系统一般采用“收费车道—收费站—各运营公司收费中心—收费结算中心”的四级收费体制。各级站点的核心都为计算机设备，这些设备通过以太网交换机连成网络。收费车道采集的原始收费数据，通过计算机网络实时传送到收费站，收费站将采集的数据集中后发送给收费结算中心和相应的运营公司的收费中心。在收费结算中心，对每次出口的收费按照该车辆的车型和实际行驶所通过的路段、里程进行分割计算，得出各路段的应收款，然后存入收费结算中心的数据库，并将清算的结果送给相应的运营公司的收费中心。

通信系统

高速公路通信系统是高速公路现代化管理的重要支撑系统，它要准确及时的传输监控系统和收费系统的话音、数据和图像等信息，保持高速公路各管理部门之间业务联络通讯的畅通，并要为高速公路内部各部门和外界建立必要的联系；同时高速公路通信系统作为交通专用通信网的重要组成部分，是交通信息的主要传输载体，为各种网络服务及会议电视系统提供传输通道。

随着计算机技术，网络技术和通信技术的迅速发展，高速公路通信技术也从简单的无线对讲系统发展到800MHz无线集群系统，从小容量微波通信发展到SDH系列数字光纤传输系统，从单纯的电话业务发展到包括话音、数据和图像等多种信息的综合通信，并从模拟通信向数字通信演变，开始组建先进的宽带综合业务数字(B-ISDN)通信系统。

近年来，我国的高速公路发展非常迅速，高速公路网正在逐步形成。高速公路通信系统已开始从单条路的内部通信向路网环境的广域通信转变，高速公路各现场监控站有大量监测数据需要及时传送给监控中心；各个收费站也有大批数据文件要定时传送给收费中心，这些传输任务都由通信系统承担。因此为了保证通信的高可靠性，高速公路辟有专用的通信网络。

ITS框架及通信、收费和监控系统的地位

智能交通系统（ITS：Intelligent Transportation System）：是以先进的交通信息系统为基础，将信息采集技术、数据通信技术、自动控制技术以及计算机处理技术等有效的运用与整个运输管理体系，使人、车、路密切地配合、和谐地统一，从而建立起一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确和高效的运输综合管理系统。

 通信、收费和监控系统所涉及的技术领域

ITS的核心和基础是交通信息化，ITS系统是通信、收费和监控系统在交通网络中的发展，而后者是前者的重要支撑

隧道机电系统

隧道监控系统

隧道机电工程中，通常将“现场控制网络”、“交通监控系统”、“闭路电视系统”、“紧急电话系统”、“有线广播系统”、“环境检测系统”均归类为隧道监控系统。

现场控制网络

隧道的现场控制网络采用工业以太网方式，隧道控制网络分为三级。

第一级为隧道管理所分中心控制，与隧道变电所监控环网构成控制、通信环网。

第二级为隧道本地区域控制，与隧道内监控设备构成现场总线系统。

第三级为主本地控制器控制级。利用双洞隧道可构成具有真正物理意义“环”的特点，将隧道内各本地控制器连接为冗余光纤环网。如若光纤因事故或火灾断开时具有真正意义的迂回路由可保证隧道控制通道的畅通。通过隧道变电所内工业控制计算机可以对隧道内区域控制器及其所控设备实施控制，进行在线实时监控、离线过程控制、远程维护等。主本地控制器设置在隧道变电所。

交通监控系统

交通监控系统由现场控制网络和隧道现场监控设备组成。现场控制网络主要由隧道上、下行区域控制器ACU、变电所内的区域控制器ACU、工业以太网交换机、连接光缆等组成，隧道的现场控制网络采用工业以太网方式。

闭路电视系统

隧道闭路电视系统由中控室内闭路电视监控设备、图像传输设备、外场摄像机等组成。具体的设备布设按设计要求。比如：

1、外场设备：

在隧道的洞口设置全方位彩色摄像机(含云台、变倍镜头、自动光圈、解码器等)；

在隧道内每间隔150m设一台具有背光补偿及强光抑制的固定彩色摄像机，配有自动光圈以适应光线的变化；

隧道内行车横洞前增设1台全方位彩色摄像机(含云台、变倍镜头、自动光圈、解码器等)。

2、传输设备：

隧道内摄像机传输方案：外场视频图像传输至隧道管理站采用节点式传输方式。具体方式为：隧道外场每3台摄像机通过同轴电缆接入1台三路视频数字非压缩节点机，3台三路视频数字非压缩节点机通过占用一芯光纤可将隧道内8～10路图像传输至隧道管理站内的10路视频数字非压缩节点机。视频图像在隧道管理站进行集中监视。

紧急电话系统

当隧道内行驶的车辆发生故障，或隧道内出现交通事故及火灾等情况时，司机或有关人员可通过隧道沿线设置的紧急电话分机及时向中控室发出报警，以便通知有关部门迅速采取措施，确保隧道内的行车及人身安全。

紧急电话系统由紧急电话控制台、紧急电话分机和传输线路构成。

紧急电话分机的一般布设形式：在隧道内沿行车方向右侧每隔约200m左右布设一部紧急电话分机，隧道外距隧道洞口约5m左右布设一部紧急电话分机。隧道入口是驾驶员适应光线变化的路段，在此路段停车容易造成交通事故的发生。为此，在隧道入口200米范围内不布设紧急电话分机。

在隧道内每部紧急电话分机上方距电缆沟顶面3.3m处设置一个双面显示紧急电话电光标志，用于指示紧急电话的位置。隧道紧急电话采用现场交流220V供电，电源取自隧道内的监控配电箱。

有线广播系统

隧道设置有线广播系统，以便隧道出现紧急情况时，隧道管理站能利用隧道有线广播系统进行广播，及时疏导交通。

在隧道管理所内控制台为主控制台，隧道变电所隧道管理站内可以辅助控制台。主、副控制台之间采用光传输。

隧道变电所内有线广播设备：主要由有线广播系统分控器、信源设备(含调音台、专用麦克、卡座、CD等)、信号放大器、光端机、防雷配线箱等组成。

外场有线广播设备：由隧道入口布设一台25w扬声器、隧道内每50米布设一台15w扬声器及传输线缆等组成。外场有线广播音区由软件分区。

环境检测系统

环境检测系统有一氧化碳/能见度检测器、风速风向检测器、气象监测站等。

一氧化碳/能见度检测器一般设于隧道洞内距入出口约250m处及隧道中间。风速风向检测器一般设于隧道洞内距入出口约250m处。

监控设备供电电源均为220VAC，线缆压降按一般设备≤5%考虑。特殊情况压降不超过10%。隧道综合接地网要求其接地电阻≤1Ω。隧道洞外设备安装电源避雷器以及数据、信号防雷器。

隧道通风系统

设计依据

（1）《公路隧道设计规范》JTG D70—2004；

（2）《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-9999。

设计原则

（1）遵守现行有关规范，借鉴、参考国内外类似工程的成功经验，结合工程实际情况，按安全、经济、先进、合理、环保的原则进行隧道机电工程设计；

（2）通风设备应能满足隧道阻塞、火灾等异常工况的通风需求；

（3）通风控制方案以自动控制为主，手动控制为辅；

（4）通风控制方案考虑多种控制方法相结合；

（5）通风控制方案考虑火灾时的风机运转控制模式。

通风卫生标准

（1）隧道内CO允许浓度δ：

①正常运营时，中隧道洞内CO的设计浓度取值为δ=300ppm；特长隧道洞内CO的设计浓度取值为δ=250ppm；长隧道洞内CO的设计浓度取值为250ppm≤δ≤300ppm，各隧道按插入法取值。

②交通阻滞时，隧道内各车道均以怠速行驶，平均车速vt≤20km/h，阻滞段长度不大于1000m，阻滞时间不超过20分钟，洞内CO的设计浓度250<δ≤300ppm。

（2）隧道烟尘允许浓度K：见下表：

（3）稀释空气中异味：根据本工程交通量和隧道规模的特点，特长隧道空间不间断

换气频率按每小时4次取值，其余中、长隧道均按每小时5次取值，同时应保证隧道内

换气风速Vr≥2.5m/s。

（4）火灾工况：火灾时排烟风速按Vr=3.0m/s取值。

射流风机布设方案

①风机每2台一组，每组间隔约150m；

②距洞口约200m开始布设，以后每组按150m间距均匀布设；

③特长隧道为避免中间段太长距离无风机，不利于防灾排烟，所以考虑在特长隧道中间段适当布设几组风机；

④当隧道两端均设置变电所时，风机尽量平均布设在隧道两端；当仅有一端设置变电所时，将风机布设在靠近隧道变电所一侧。

隧道照明系统

设计依据 （1）《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999；

（2）《电力工程电缆设计规范》(GB50217-94)；

（3）《公路照明技术条件》JT/T367-1997；

（4）《公路隧道照明灯具》(JT/T 609-2004)；

（5）《消防应急照明灯具》(GB 17945-2000)。 隧道照明系统设计内容包括照明设施规模、类型、照明标准确定、照明计算以及灯具选择和布置。 隧道照明系统设置内容有：洞外引道照明、洞内主线照明、应急照明、应急停车带照明、横洞照明及避灾引导灯。

隧道供配电系统

设计依据

（1）《供配电系统设计规范》GB50052-95；

（2）《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008；

（3）《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007；

（4）《10kv及以下变电所设计规范》GB50053-94；

（5）《低压配电设计规范》GB50054-95；

（6）《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93；

（7）《建筑物防雷设计规范》GB500057-94(2000)。

隧道供电系统设计内容包括负荷统计及分级、供电方案，变配电设备的选型、布置和安装等。隧道变电所高压外线引接按永久用电和施工用电结合考虑，即由现在施工用电就近的杆上引接，在变电所附近改用埋设方式引入隧道变电所，不考虑重新架设长距离供电线路。

隧道用电负荷主要为通风、照明，以及少量消防、监控、通信设施用电。

根据中断供电所造成的损失或影响的程度，隧道用电负荷分为一级负荷、二级负荷。一级负荷中的关键设施，作为特别重要负荷。

隧道火灾报警系统

隧道消防系统有水消防和火灾报警系统。火灾报警系统也可以划分到监控系统。水消防均由具有相关资质的专业施工公司承建。火灾报警系统一般由隧道机电工程施工单位施工。

隧道内火灾报警系统采用光纤分布式温度监测系统。相邻的隧道变电所火灾报警控制器利用光端机以及火灾报警光缆相连后再接入隧道管理站火灾报警控制器，实现火灾报警联网功能。

隧道的火灾报警控制器和光缆感温探测器控制单元设于隧道变电所内，接收并处理火灾报警按钮的报警信号，产生声光报警信号，接入变电所的区域控制器内。火灾报警信号通过以太网传输至隧道管理站的消防火灾报警计算机，此计算机主要用于加强隧道管理站、对隧道火灾集中监控的能力。可控制CCTV系统显示火灾和事故发生的区段，报警可自动或人工解除。

光缆探测器和手动火灾报警按钮设于隧道内。隧道内火灾报警按钮每间隔50m设一个，光缆探测器则沿着隧道纵向全长敷设在隧道顶部。

火灾报警控制器能自动报火警、故障，显示报警具体位置，同时发出声报警信号。能同时实时监测隧道的所有探测单元；能显示每个探测单元的温度值和温升速率值；发生火灾报警时，能准确显示报警位置；可根据实际现场情况，任意设定探测器的灵敏度；具有数据存储功能。

手动火灾报警按钮由按钮、绿色工作表示灯和红色报警表示灯组成，按下面盖，能立即向火灾报警控制器报警，同时点亮按钮上方的红色表示灯，经人工复原后，该按钮可重复使用。

另外系统内设备还有：光缆检测控制器、光缆探测器、声光报警器、智能烟感探测器、数据光端机等。