隧道施工安全监控系统.docx

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隧道施工安全监控系统

隧道施工安全监控系统

设计方案

2015年3月

隧道施工安全门禁系统

设计方案

第一章.概况

近年来，我国高速公路隧道工程建设成就显著，相继建成了秦岭终南山隧道、厦门翔安海底隧道、上海长江隧道等一大批公路隧道工程。

目前，随着我国高速公路建设重心逐步向中西部地区转移,隧道工程数量不断增多，全国仅高速公路在建特长隧道就达160余座，建设任务更加艰巨，地质条件愈加复杂，工程管理难度明显增大，质量安全管理工作面临严峻挑战。

　　隧道工程施工环境封闭，隐蔽工程较多，工程质量安全隐患易发难控。

部分地区和项目隧道工程地质勘察不详、设计深度不足；建设管理制度不健全、措施不落实、管理不到位；现场施工组织不力、设备简陋、工艺落后，野蛮施工、偷工减料等现象屡禁不止；施工管理和现场监理缺位，隐蔽工程质量管控薄弱，工程实体质量和结构耐久性受到影响。

为切实规范隧道施工质量安全管理，提升工程质量安全管理水平，交通运输部专门下发《关于进一步加强隧道工程质量和安全监管工作的若干意见》交质监发[2013]549号，要求“推动隧道工程信息化施工。

针对隧道施工的不确定性和高风险性，加强施工信息化系统建设，实行围岩与支护结构监控量测信息化、人员定位与安全管理信息化、施工质量管理信息化，及时有效指导和控制施工，降低质量安全风险。

配置视频系统，实行隐蔽工程施工可视化监控管理。

建立隐蔽工程施工过程照片、影像记录资料库，确保施工过程可溯、可查。

长大隧道宜配置电子门禁、有毒有害气体连续监测信息管理系统”。

1.1系统介绍

针对于上述分析的问题情况，我们结合市场以及用户反馈，推出了采用物联网领域内先进的RFID远距离射频识别技术，并整合传感技术、视频技术、多媒体显示技术等多领域内的高新技术的《隧道施工安全门禁系统》：

1、实现人员进出自动登记/定位管理---替代原有进隧道翻牌的制度；（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；（特殊功能系统可选）

3、隧道危险气体监测，记录，超阀值报警等（特殊气体隧道定制）；

4、隧道内外部语音实时通讯，通讯更快捷方便；（特殊功能系统可选）

5、24小时视频监控，可以实现1个月历史记录存储，随时查看；可支持手机视频查看

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，均可以查看当前隧道施工的各安全信息。

本系统着重解决施工人员进出的自动化识别，替代“人工翻牌进洞”的管理。

并综合隧道管理各项资源，在保证既定的系统功能正常应用的前提下，利用先进技术对系统进行整合利用，包含人员进出管理、LED大屏显示等。

最大限度的利用资源将隧道工作、管理提升到更搞水平的管理平台上。

1.2设计原则与依据

一、总体设计原则

总体以客户的需求为基本原则，并充分结合现有成熟完善的技术进行设计。

隧道综合应用系统是一个涉及视频监控技术、传感技术、LED显示技术、射频识别技术等多方面领域的先进技术，因此总体方案设计必须具有可靠性、安全性、先进性、灵活扩充性、经济实用性、操作和维护的方便性，更要具有前瞻性的建设全局统一管理的平台。

在规划设计过程中，系统设计以保障安全生产、提高企业效率，提升企业管理品质为目标，以高质量服务管理者和使用者为基本原则和设计思路。

二、硬件设计原则

系统的硬件设计和选型应该遵循如下原则：

先进性：

系统硬件应具有先进性,避免短期内因技术陈旧造成整个系统性能不高或者过早淘汰。

可靠性：

在充分考虑先进性的同时,硬件系统应立足于用户对整个系统的具体需求，应优先选择先进、适用、成熟的技术，最大限度地发挥投资效益。

开放性：

计算机网络选择和相关产品的选择要以先进性和适用性为基础,同时考虑兼容性。

扩充性：

系统数据采集设备采用模块化结构和总线通信方式，在系统规模扩展时，不需较大的改造，增加相应的模块即可。

三、软件设计原则

系统的软件设计和选型应该遵循如下原则：

可靠性和安全性：

系统软件应具有很高的可靠性和安全性。

易用性：

系统软件应操作方便,采用中文图形界面。

标准化：

系统软件应符合国家、行业标准以及国际标准,便于多次升级和支持新硬件产品。

可扩充性：

系统软件应具有可扩充性。

采用面向对象的结构设计，具有一定的灵活性、可操作性和可扩展性。

在今后业务发生变化时，模块的增加和对模块的修改不应对其他模块产生影响。

为确保整个工程的质量，总体方案设计原则需要达到上述可靠性、安全性、先进性、灵活扩充性、经济实用性、操作和维护的方便性的高度统一。

四、设计依据标准

设计标准、依据严格遵守国家或部委或地方相关的执行标准

GB/T2887-2000　电子计算机场地通用规范

YD/T1666-2007远程视频监控系统的安全技术要求

GB10111-1988利用随机数骰子进行随机抽样的方法

GB/T12758-2004城市轨道交通信号系统通用技术条件

YD5079通信电源工程安装规范

GBJ79-1985工业企业通信接地设计规范

GB50168-92电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范

GA/T75-94安全防范工程程序与要求

GA/74-94安全防范系统适用图形符号

GB50054-95低压配电设计规范

国家信息产业部YD/T926-2001标准

以太网10Base-T标准

以太网100Base-T标准

第二章.系统组成及工作原理

2.1系统组成

隧道综合应用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组成。

子系统

功能模块

备注

人员进出考勤、定位管理系统

●考勤管理

●定位管理

●系统远程管理

人员/车辆门禁通道系统

●人员门禁道闸管理

●汽车门禁道闸管理

可选模块

LED显示系统

●LED大屏现场显示

有害气体监测系统

●瓦斯气体监测

可选模块

视频监控系统

●隧道口视频监控

●掌子面视频监控

●远程视频终端服务

可选模块

通讯系统

●光纤传输部分

●无线传输部分

●其他线缆传输部分

●卫星通讯

互联网

3G/2G

微波通讯

卫星数据传输

监控中心

●指挥部监控平台

●指挥部监控显示屏

可选模块

2.2系统应用总体平台架构

◇以本地系统为基础，实现各功能模块数据通信；

◇可以拥有远程中心，可实时查询当前隧道的相关安全信息；

◇采用包括前端工点监控、中间通讯层、后台调度监控的三层体系架构

◇前端工点监控（人员进出定位管理系统、视频监控、人员/车辆门禁管理）以及后台调度（远程中心机房、服务器以及部分外部对接平台）采用B/S应用架构。

2.3系统网络结构拓扑图

2.4人员进出定位管理系统

人员进出管理系统可分为人员进出考勤管理、人员定位信息管理。

主要由监控主机、读卡基站、人员识别卡、传输数据接口转换器等组成。

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（读卡器）：

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。

可以分为定位基站和识别基站。

人员识别卡：

编程有全球唯一的识别码，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

传输数据接口转换器：

包括一些信号转换器，主要实现对信号的转换以便系统更好的接收处理数据

大致原理图如下

考勤系统：

在每个施工隧道内装2台读卡器。

1台读卡器装在隧道洞口的入口处，另一台读卡器装在洞口往里10米处，根据读卡器读到卡的先后顺序来判断施工人员的进出情况，施工人员何时进、何时出、洞内有多少作业人员都能反映到系统软件中，并体现到大屏幕上，使考勤情况一目了然。

施工人员将该系统考勤卡佩戴在安全帽内侧，无须主动刷卡便能实现自动考勤，方便省力、准确度高。

定位系统：

在每个施工隧道二衬台车附近安装2台读卡器，一个安装台车前一个安装在台车后，台车前读卡器主要是对掌子面开挖或是其他靠近掌子面工作的人员定位，台车后，主要是负责台车附近工作的人员定位（若要加安装定位读卡器，可以按500米一个点位计算）。

施工人员只要将该系统考勤卡佩戴在安全帽内侧，无须主动刷卡，在每个读卡器的有效识别范围内，根据识别到的人员标识卡的情况对施工人员进行区域定位识别管理，使管理人员在监控室就能及时掌握施工现场的具体情况。

同时特殊人员卡上可以有按钮，实现洞内洞外双向通讯，当洞内有危险情况的时候，可以通过按钮，及时通知洞外值班室，以便做好危险预防及救助。

洞外获取信息后，亦可以通过广播的形式通知到现场所有带识别的人员

2.5人员/车辆门禁通道系统

门禁通道系统主要利用自动刷卡机制限制人员的进出，保障禁止非工作人员私自进出施工区域，同时也可用来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。

车辆的门禁可以提升对现场车辆的及时管控，做到更加有效的车辆利用率

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摆闸的指令，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

三辊闸：

也安装在隧道入口处，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）

利用人员/车辆门禁通道系统可以实现进出人车分流通过，保证一定的进出安全，只要给人员和车辆配置相关电子标签即可。

当人员携带人员卡（即电子标签），靠近人员门禁通道也即三辊闸的时候，内置的读卡器可以及时读取卡片信息，并送交后台核实，运行通过，则发送命令给三辊闸，开启放行，否则不变化。

而对于车辆门禁系统，也需要给每一辆车配置车辆卡，车辆经过通行区域的时候，会触发读卡，同时也有地感触发，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。

（人员/车辆门禁通道原理图）

2.6有害气体监测系统

有害气体监测系统是在隧道应用方面的重要拓展功能，系统主要测定气象参数、瓦斯浓度、风速、风量等参数。

由于瓦斯隧道作业的危险性和特殊情况下的不可预知性，我们组织人员开发了这项安全监控系统，该系统能准确的检测隧道内瓦斯的浓度，一旦瓦斯浓度超过设置的含量值，系统会自动发出报警并且切断隧道内电源！

从而防止因瓦斯浓度过高带来的灾害的持续发生，最大限度的避免了人员的伤害和财产的损失。

本系统设计的基本要求是瓦斯隧道施工期间，成立专门的瓦斯检测队伍系统，该系统由自动监控与人工监控系统组成，并做为施工工序管理，由现场施工负责人主管。

在开挖面需要进行气体监测的地方，安装相应的瓦斯监测装置，利用瓦斯检测仪实现对该区域瓦斯的监测，以便及时将实时气体浓度消息通知后台，做到及时防范，安全预警，保证隧道工作更加正常安全的进行。

有害气体监测系统主要包含监控服务器、前端感知监测器、传输接口转换器等。

监控服务器：

主要负责接收、处理、反映从前段监控设备返回的相关数据，并做保存查看。

前端感知监测器：

一般多指采集数据设备，如瓦斯监测器等。

可以实时采集现场环境参数，并实时的通过系统通讯系统及时的传回服务器。

传输接口转换器：

包括一些信号转换器，主要实现对信号的转换以便系统更好的接收处理数据。

（有害气体监测原理图）

2.7LED显示系统

将LED大屏幕安装在施工入口附近，靠近门房或是值班室为佳，用于实时显示公路工程施工人员的信息，使管理先进化，透明化。

显示的内容包括：

标签号，姓名，时间，总人数等，使领导及监管人员不用下到隧道下面去，也不必查看监控室电脑就能及时了解隧道内施工人员情况。

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，在开现场会时，也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道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。

LED显示屏：

由32X16led灯点（P10单红）阵组成的模组拼装而成，根据实际情况可以选择拼装的大小。

（LED大屏系统原理图）

2.8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、通讯传输设备，以及后端的监控接收客户端软件。

安装在隧道各主要的监控点执行信号采集传输，软件主要是安装在监控室电脑上，两者之间通过平台管理中心系统授权，对其前端视频点进行多点对多点的实时监控管理。

如：

视频、云台、放大、录像等功能，有管理权限的用户还可以对任何点的录像进行设置、下载、实时点播录像等操作；系统还可以通过PC浏览器进行监控。

由此可以看出，网络监控系统采用的是监控摄像机对隧道施工现场各视频点进行24小时的实时监控。

对于一些关键视频点可启动视频移动侦测功能和报警功能，系统根据图像移动情况自动识别、触发，并进行录像（有预先录制机制，预录时长能提前20秒以上）；同时系统将图像、声音、报警等实时数据传送到监控室电脑，管理人员可以通过本地监视、远程IE监视、WEB网页客户端等方式随意切换前端任意监控点的视频，能直观地了解和掌握施工各视频监控点的实时情况，从而达到随时随地及时准确地对其进行监管。

在实际的隧道现场，一般在在掌子面以及洞口附近分别安装摄像头，实时显示查看监控区域的情况，让管理者更直接的了解现场情况。

系统组成：

服务器、摄像机、视频服务器、传输数据接口转换器以及通讯传输部分。

服务器：

监控平台终端，对系统返回的信息进行显示，并通过平台软件对各个监控点位的摄像机进行操控，以及提供录像、播放视频、云台控制等多个功能。

摄像机：

前段监测设备，实时采集信号。

提供云台设备，实现摄像角度的改变，提供全方位式立体式监控。

视频服务器：

主要是实现将声音图像的模拟信号转换成数字信号进行传输，通过通讯线路回传给监控平台。

传输数据接口转换器：

包括一些信号转换器，主要实现对信号的转换以便系统更好的接收处理数据。

通讯传输：

主要是一些RVVP线缆和网线构成，实现视频信号的及时传输。

2.9通讯系统及后台系统

根据现场实际环境，现场选用多种通讯系统，包含有线通讯、无线通讯、光纤通讯以及卫星通信系统，合理搭配各种通讯系统，保证最优最合理的通讯传输。

后台系统根据需求分析，采用最前沿的电视墙技术，通过平台服务，及时的将数据呈现到电视墙上面，以供管理员及时分析处理。

2.10指挥部联网-综合远程管理

利用各个隧道口的网络通讯，可以将各个隧道的采集到的人员数据，包括进出记录以及定位信息等，实时传送到指挥部调动中心，及时了解各隧道人员分布情况，方便指挥调度。

第三章.系统功能特点

3.1核心功能特点

系统可实现在建公路全线隧道管控，从总指挥部到各项目部再到各隧道驻地，逐级权限管理。

由总指挥部统一发卡，统一装备，统一管理，高清远程视频上墙统一显示，及时性隧道人员信息数据集中监控。

本系统遵循"统一发发卡、统一装备、统一管理"的原则，按准许隧道洞内工作人员和班组实行"一人一卡"制，该感应器可视为"上岗凭证"或"隧道准入证"。

（1）在建公路项目全线隧道管控

●各驻地，各隧道均与中心平台对接，数据及时上传。

●总指挥部可以及时查询任意隧道当前工作状态及相关数据。

●可视化电视墙及高性能服务器，提供直观的数据以及图像信息。

（2）洞内有害气体监测功能：

●可以及时预防，做到早发现，早处理，保证员工健康安全。

●及时性数据强，便利的时间段数据报表显示。

（3）洞内工作人员实时动态显示功能：

●任一时间洞内某个地点作业人员人数，作业人员人数具体信息。

●查询一个或多个人员现在的洞内实际位置。

●记录有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故。

●实现多点共享供多个领导同时在不同地点查看。

（4）自动报警功能：

可以设定特殊的禁区，如果有人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人员；或是设定特殊危险地段，当工作人员超过规定数目时自动发出警报，并把警告信息及时发送高级管理人员。

（5）人员轨迹查询：

可查找某个人在某个时间段内所经历的路径，并在图中画出线路轨迹。

（6）丰富的考勤能力：

可对出入洞口工作人员进行统计，实现工作人员考勤记录，建立人员出入隧道的各种信息报表（如：

进出洞时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等）。

（7）灾后急救信息：

一旦发生各类事故，上位机上立即能显示出事故地点的人员数量、人员信息，人员位置等信息，大大提高抢险效率和救护效果。

（8）车辆及设备管理：

车辆的出入统计、定位以及其他重要设备的具体位置。

3.2系统特点

1、安全、稳定性高：

健康资质认证，具有防爆防尘、抗干扰的特点。

2、多卡快速识别：

50米范围内可同时识别100个卡信息，识别物体速度可达到200公里/小时。

3、适应性强：

可以配合现在各种传输网络比如光强、以太网、485总线等。

4、丰富的查询报表：

最大程度上方便管理人员操作。

5、双向报警功能：

施工人员可以通过标签按钮来向监控中心呼叫；监控中心也可以向标签发信息（双向卡的功能，单向卡没有这个功能）。

6、远程接入：

可以在任何一台可以上网的电脑上远程查看隧道的实时情况，无须到现场。

7、视觉性强：

通过外置的超大LED屏幕显示，可以随时知道目前洞内现在有多少人，这些人是谁。

第四章.软件功能

4.1概述

隧道人员定位系统软采用目前先进VC.net开发平台，结合功能强大的SQLSERVER数据库。

基于B/S结构的网络监控软件，可通过IE浏览器在网络上浏览、查询、打印施工人员定位及考勤管理等相关信息，同时根据权限的不同，可以进行相关权限下的限制操作等，保证系统稳定运行。

4.2功能描述

隧道人员安全进出管理系统集成了人员进出考勤定位功能、视频监控、环境气体监测功能、以及LED显示四大功能于一身，对于隧道内部人员和或其他监控物体的动态分布情况、数量以及其所在的位置，同时具有选择跟踪、实时跟踪、位置查询和个人定位

等功能。

✓选择跟踪：

选择各部门工种等特定人员，掌握其在现场的工作情况。

✓实时跟踪：

实时显示隧道内部各人员的位置状态及其来源地。

能够清楚地反映其活动情况。

✓位置跟踪：

选定某个监控段或是监控点，可以显示此段区域内的人员或车辆分布情况。

✓个人定位：

显示特定人员的运动轨迹，并可显示其历史运动方向。

考勤统计功能

✓通过对进出隧道的工作人员的出、入时间以及在隧道各区域的停留工作时间的记录与统计，完成对全区个人、部门以及干部的考勤信息查询、统计。

✓按照要求输出各种信息报表（如：

时间报表、出勤月报表等）。

视频监控

✓实时显示监控位置的图像，监控更直观清晰。

✓提供云台方式查看，监控更具体更立体。

✓视频存储方便，可以查阅一个月内的视频录像。

✓外接性能功能强大。

可以与系统实现报警联动。

LED大屏显示

✓同步显示系统各监测数据，更直接更形象。

✓可以进行丰富的节目安排，人性化极高。

✓上手容易，简单易懂，操作性方便快捷。

员工管理功能

✓员工管理功能：

员工的增加、删除、修改和查询。

✓

硬件信息管理功能：

对读卡器基站站、分站名称进行管理，对人员识别卡信息进行录入。

实时报警功能

✓具有告警信息实时显示及历史告警查询功能，告警内容包括读卡器基站故障、卡电池电量不足、危险区域超时、禁区闯入等重要内容。

安全监测功能

✓跟踪安全监测人员在隧道内的运动轨迹，记录他们在各区域及各监测点的停留时间，从而保证安全监测工作的严格执行。

有害气体监测

✓根据时间段实时获取当前隧道内部气体成分，以及比例。

✓图表形式显示，更客观直接。

✓可查询历史记录信息。

✓可设置报警阀值，管理更加方便。

区域禁入管理功能

✓当有非授权人员进入一些重要地方、或是危险场所等禁止进入区域时，系统给出提示和警告，同时将相关信息记录保存。

紧急事件协助处理功能

✓万一当隧道发生紧急事件时系统可以及时对丢失人员进行统计，查询事故现场附近的人员信息，快速确定人员的准确位置，以便及时有效地开展搜救工作。

历史数据的查询和报表打印功能

✓可对隧道人员定位、人员跟踪、考勤统计、安全监测管理、系统运行管理等信息进行长期保存，并可方便地查询历史记录。

✓能按时间、部门等对信息进行查询和打印。

信息联网功能

✓通过建立WEB服务器，可以以浏览网页的方式实现信息共享，客户端无须另加任何软件，提供WEB浏览器方式访问，保证远程用户可以及时的了解和掌握现场的实际情况，进行未来生产工作安排和指导。

第五章.主要设备介绍

6.1、ML-M5000读卡器（煤安认证产品）

额定工作电压

+9V到+12VDC

ML-M5000定位读卡器基站

额定工作电流

MAX500mA

并发识别能力

不小于100张识别卡

工作频率

2.4GHz-2.45G

识别距离

2-80m（大于50米的要外置天线）

尺寸

263*260*68mm

重量

0.5千克

通讯接口

RS485/RJ45

移动识别速度

MAX200公里/小时

6.2、ML-M2000DX读卡器

额定工作电压

+9V到+12VDC

ML-M2000DX考勤读卡器基站

额定工作电流

MAX500mA

并发识别能力

不小于100张识别卡

工作频率

2.4GHz-2.45G

识别距离

2-80m（大于50米的要外置天线）

尺寸

320*200*100mm

重量

2.5千克

通讯接口

RS485/韦根26或34/RJ45

移动识别速度

MAX200公里/小时

6.3、ML-M3000读卡器（防爆认证产品）

额定工作电压

+24VDC

ML-M3000防爆防水读卡器基站

额定工作电流

1A

并发识别能力

不小于50张识别卡

工作频率

2.4GHz-2.45G

识别距离

2-80m（大于50米的要外置天线）

尺寸

100*150mm（圆柱形）

重量

1.5千克

通讯接口

RS485

移动识别速度

MAX200公里/小时

6.4、ML-GCD气体检测器（煤安认证产品）

额定工作电压

DC12-21V本安电源

ML-GCD1000气体监测

额定工作电流

小于260mA

使用温度

0～40℃

工作湿度

≤95%

流量测定误差

0-100m3/min（精度≤±2.5%FS）

响应时间

<3S

重量

250克

通讯接口