解决方案
IoT Solution

基于WF-IoT的高速公路隧道解决方案


一、背景

近年来,“智慧高速公路”应用让人眼前一亮。智慧高速公路让路网运行更安全舒畅、出行更便捷愉快、管理更高效智能、道路更绿色经济。

隧道是高速公路的重要组成部分,因隧道是特殊的地下管状构造物,存在着耗能大、费用高、易出事故、导航盲区等诸多问题,运营管理者十分关注。然而,隧道的运营管理是一个比较复杂的系统工程,涉及到多部门、多种设备、多种先进管理技术等多方面的因素。

作为运营管理者来说,迫切希望通过高速公路智慧隧道的建设,达到以下三个方面的目标:

l 在确保隧道安全通行的前提下,实现节能,降低运营费用;

l 实现运营管理智能化,降低隧道事故发生率,防止事故扩大、减少事故损失;

l 实现三客车辆在隧道内的全程监测。


二、方案概述

鉴于隧道对无线通信、导航信号有显著的阻隔效果,而隧道照明具有数量多、位置好、天生带电、扩展方便等特点,是隧道物联网的绝佳载体。

本方案紧紧围绕安全”这个核心,紧扣“低碳节能、科技智能、高效安全”时代特点,以隧道照明物联网为主要载体,利用“一网多用、一物多能”的特性,对“三客一危”车辆进行智能化升级,对隧道内的环境参数(照度、环境、有害气体、空气质量等)、机电设备(包括通风、照明、消防、监控、低压供配电等)和人员(人员信息和位置动态等)进行采集和智能控制,并融合双链路通信(高速公路以太网和3G/4G移动通信网),同步把隧道运行态势数据上传至监控指挥中心,最终实现隧道本地智控管理远程运维管理“三客一危”车辆的全程监控等三个方面的功能,最大化地增强隧道运营管理的安全性,降低能耗和日常运维成本,提高智能化管控水平。




基于WF-IoT的高速公路智慧隧道系统的原理图



基于WF-IoT的高速公路智慧隧道系统的拓扑结构图


2.1隧道本地智控管理

1)“灯光随车移动”的隧道照明控制

通过车辆感应器、照度传感器等无线智能传感器和智能LED灯,自动调节灯的光输出,实现不依赖于监控中心的照明自适应控制,为隧道通行车辆提供最佳照明。



2)机电设备的自适应控制

通过烟雾传感器、温湿度传感器、有害气体采集器、空气质量检测器等无线智能传感器和无线智能控制器/执行器,对消防设备和通风设备实现不依赖于监控中心的自动启动与关闭;

3)简单方便的移动管控

工作人员在隧道移动过程中,通过智能移动终端实现下列功能:

.实时查看:交通流量动态、机电设备运行状态、环境参数(温湿度、有害气体、空气质量等)、工作人员的位置、能耗以及各类报警等;

.日常管理:现场确认事故、上报故障、检修登记等;

.控制管理:照明控制(手动开关、分组控制、场景控制等)、控制通风设备;

.通行调度:改变交通引导、指示,给出交通信息显示,开辟紧急通道等,以便应急处置。



4)高效的视频监控联动

系统利用视频监控的移动侦测功能,实现按需照明,即“车来灯亮,车走灯暗”,在实现节能的同时,保障安全驾驶,监控摄像头获得清晰的画面,提高隧道安防水平。

5)智慧的亮化景观

系统对隧道轮廓灯、发光字、线条灯、投光灯、主动式隧道轮廓标等进行控制,实现动态发光效果,缓解司机的驾驶疲劳,提升用户体验。



6)高效的应急照明

采用专用应急电源,无需专门的控制回路,当紧急断电时,仍可对隧道应急照明系统进行智能化控制,实现应急照明,并为应急处置和紧急救援等提供无线通信能力。

2.2 远程运维管理

1)远程监测能力

监控指挥中心对隧道内的交通流量动态、机电设备运行状态、环境参数(温湿度、有害气体、空气质量等)、工作人员的位置、能耗等具有远程监测能力;

2)远程控制能力

监控指挥中心对机电设备具有远程开关控制能力;

3)远程调度能力

监控指挥中心可以远程改变交通引导、指示,给出交通信息显示,开辟紧急通道等,实现远程调度,以便应急处置;

4)警报实时感知

隧道实时向监控指挥中心上报隧道内出现火灾、交通事故、空气质量超标、有害气体、设备故障等情况。

2.3 “三客一危”车辆的全程监控

1)运行监控不中断

在车上安装专用识别卡,与隧道内商用照明物联网组成识别定位网,使“全国重点营运车辆联网联控系统”持续不间断地监控车辆的运动轨迹。

2)危险警示更充分

当装有专用识别卡的车辆进入隧道时,该车道上的照明以随车运动方式改变灯的颜色,以指示该车道有“三客一危”车辆正在运行,同时隧道显示屏自动给出“前/后面有‘三客一危’车辆正在通行,请注意避让”的提示信息。


三、方案优势

1)行驶环境改善

隧道内交通流量不大时,通过调节灯具的光输出获得较好的照度均匀度,而不必按传统方法让灯具隔灯开或关闭一侧灯具,为驾驶人提供舒适的光环境,减少事故的发生。

2)能耗大幅降低

采用高效节能灯具以及智慧照明控制系统等节能策略,隧道照明用电量显著减少,经济效益和节能社会效益显著提高。

3)建设施工简单

所有的智能灯、智能传感器、智能控制器/执行器等设备均是无线通信就近取电,不改变供电回路,不用布设控制线路,无需大规模施工,不破坏隧道装修,施工周期短,建设成本低。

4)运维管理方便

由于回路简单、线缆接头少,排除故障极为简单,另外可以在线监测设备的工作状态,即使没有人工定期巡检,也可以使隧道设备得到及时管护。

5)系统可靠性高

采用了双链路通信和云管控技术,即使隧道中断,智能隧道管理系统仍能可靠工作。

6)安全明显提高

隧道运营管理自动化、信息化、网络化,“三客一危”车辆得到全程监控,隧道安全水平明显提升。