高速公路隧道综合环境监测系统
技术解决方案
1、系统建设背景
随着我国高速公路建设里程的增长，隧道占新建设高速公路里程的比例越来越大。隧道在空间上呈封闭带状分布的结构特征，给行车环境带来了一系列变化，往往构成高速公路交通事故的多发区，并且极易引发二次交通事故，引起高速公路堵塞，造成重大经济损失。隧道安全运营问题显得越来越突出，隧道内环境监测与控制成为保证高速公路隧道安全及安全运行的重要手段。
由于隧道是公路的特殊构造物，在空间上的限制而使隧道内的环境状况比较复杂，由于行驶车辆排放出的气态及游离固态微粒混合成的有害废气和车辆携带的尘土及卷起的尘埃，因隧道内空间的限制，往往不能很快扩散、消失，导致在隧道内的空气质量极差；由于山体丰富的淅沥水和洞内外温差的作用，而使隧道内常常处于很潮湿的环境中，在洞内容易出现积水；由于隧道内交通繁忙，加上环境恶劣和空间场地的限制，而使设备的日常维护、故障检修工作困难、劳动强度大而效果较差，经常出现隧道内灯光设施损坏，而检修人员只有到现场巡查时才会发现，而这些因素就是导致交通事故发生的根本性原因。
综上所述，从公路隧道本身具有的特殊性，对隧道内的有害气体、温湿度、能见度，积水情况进行监测，公路运行部门及时掌握隧道内的综合环境情况，可以进行有效地进行交通控制和疏导，从而可减少交通事故的发生，减少人员生命及财产的损失。
2、系统建设目标
本系统主要建设对隧道内的综合环境监测与控制，主要实现以下几个方面：（１）通过在隧道内安装温湿度传感器、光线感应器、以及积水监测仪来对环境进行监测，主要包括对有害气体、能见度、风速、水位、烟雾、明火、含氧量等进行实时监测；
（２）对前端监测的数据进行分析，当发现有异常时，自动给出报警提示，并能判断到当积水超限时排水磊是否工作，当发现隧道内有害气体超标时，自动启动和控制通风系统进行及时换气；
（３）通过建立监控中心，及时地掌握各个公路隧道内的环境情况及各控制设施的运行状态。集中化管理道路报警信息，实现对报警的统计和分析，实现环境异常与其它控制的设施的联动控制。
3、系统总体设计
高速公路隧道综合环境监测系统用于对公路隧道内环境进行监测，可以实现隧道内的风速、能见度、含氧量等进行实时监测，通过将这些采集的数据进行分析和处理，能为减少交通事故的发生提供安全保障。系统在整体上由前端采集系统、通信传输系统和监控中心系统三大部分组成，其组成结构如下图所示：
3.1前端采集与控制
3.1.1采集
本系统主要采集以下数据：
１、有害气体
通过在隧道内安装在害气体传感器，一般安装在隧道洞壁上，每隔500m安装一只传感器，传感器通过ＷＳＮ网络进行数据传输。
２、含氧量
通过在隧道中间安装含氧量探测仪，实时掌握隧道内的空气情况，为驾驶人员安全驾驶提供保障。
３、积水
通过在隧道内安装积水测试仪，及时掌握隧道内是否由于天气原因导致隧道内有严重积水等现象，通过积水探测仪与排水系统进行联动控制，可实现当积水超过指定标准时，排水系统自动开始启动排水泵进行排水处理。
４、烟雾、明火
在隧道内发生火灾会导致迅速的有害气体增加，再加上汽车尾气等，在隧道内气温也会快速升温，在短时间内可能会造成爆炸。监测隧道内是否有烟雾、明火等显得非常重要。通过烟雾传感器报警后与消防系统及通风系统联动后，可以快速地灭火处理及改善隧道内的空气质量。
3.1.2控制
通过在隧道内安装光线传感器感应隧道内的光照情况，根据每个位置的不同，所测量的光照度也不同，系统根据每个位置的能见度情况，自动调整每个照明灯的光线，从而来满足隧道内的光照满足标准。
通过烟雾探测器实时监测隧道内是否发生火灾，当有发现有火灾发生时，根据烟雾浓度自动开启消防系统以及通风系统，通过消防喷淋系统进行及时灭火；通风系统会在隧道内有害气体浓度超标，含氧量过少时自动开启通风系统，进行排气换风处理，从而来保证隧道内的空气能满足要求。
3.2数据传输
在隧道内安装传感器，需要将采集的数据传送到监控中心，而隧道内由于处于山中，没有ＧＰＲＳ信号覆盖，导致公路运行人员不能及时了解到隧道内的环境及设备的状态。通过在隧道内增加ＷＳＮ节点，利用ＷＳＮ无线网络将采集的数据传输到隧道洞口，再由安装在隧道口的传输设备将数据传回到监控中心。监控中心就能及时了解到隧道内的环境情况。
3.3监控中心
监控中心将部署于公路运行中心，它的功能主要是由运行于后台服务器上的隧道综合环境监测管理软件来实现的。主要为用户提供信息服务，实时采集隧道内的环境参数，隧道内消防、照明等子系统的运行状态等。
综合环境监测管理系统每十分钟会采集隧道内的环境数据，通过对采集数据进行分析，从而可掌握到隧道内的环境情况，为交通部门提供依据。通过系统可了解到隧道内的照明系统、消防系统、通风系统的运行情况及这些设施是否有损坏现象等。
