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隧道人員進出安全管理解決方案 

*章 引言

近幾年來，我國公路、鐵路建設事業蓬勃發展，國家“十二五”規劃中曾明確指出，5年建成鐵路3萬公里，高速公路3.5萬公里，其中絕大部分屬于中西部地區開發，因地理位置等因素，其中橋隧的施工占據了很大的份額。對于施工中的安全問題，尤其是隧道是施工的安全問題更是重中之重。

目前，我國隧道安全管理技術不夠完善，對安全的重視剛起步沒多久，對危險的識別和處理的方法、措施、管理手段相對陳舊，科學的安全管理缺乏嚴重，事故的多發性依舊令人側目。除了會同業主、設計以及監測單位等多方制定常態化的應急預案外，如何通過更更科學的手段去預防或是降低事故發生的危害，就是我們所面臨需要解決的關鍵問題。

因此，能夠實現災害預防、事故救助、信息化管理等*的管理手段將是隧道安全建設的必然選擇。

1.1 系統介紹

隧道行業屬于多事故頻繁的行業因其是施工的特殊性和復雜性，而且隧道事故的發生往往具有突發性和不可預見性，一旦發生事故，造成的后果也通常是比較嚴重的，結合市場以及用戶的反饋，我們推出用物聯網領域內*的RFID遠距離射頻識別技術，并整合傳感技術、視頻技術、多媒體顯示技術等多領域內的*的智慧施工隧道-隧道安全管理系統（下文統稱“隧道安全管理系統”）：

  、 實現人員進出自動登記/定位管理---替代原有進隧道翻牌的制度；（包括人員信息日常管理、進出記錄，定位信息、數據分析，存儲、報表打印等）

  、實現車輛進出自動管理，包括進出登記，進出計數等；（特殊功能系統可選）

  、隧道危險氣體監測，記錄，超閥值報警等(特殊氣體隧道定制)；

  、隧道內外部語音實時通訊，通訊更快捷方便；（特殊功能系統可選）

  、24小時視頻監控，可以實現1個月歷史記錄存儲，隨時查看；可支持手機視頻查看

  、LED屏顯示或是電視墻顯示，顯示更形象更專業化；

  、遠程訪問管理，實時隨地，只要有網絡的地方，均可以查看當前隧道施工的各安全信息。

  、采用集中監控方式，隧道視頻圖像以及人員進出記錄可統一于一個監控總指揮中心，實現遠程實時管控。

本系統著重解決施工人員進出的自動化識別，替代“人工翻牌進洞”的管理。并綜合隧道管理各項資源，在保證既定的系統功能正常應用的前提下，利用*技術對系統進行整合利用，包含人員進出管理、LED大屏顯示等。zui大限度的利用資源將隧道工作、管理提升到更搞水平的管理平臺上。

第二章 設計原則與依據

總體設計原則

確保當前施工隧道的安全，同時不影響當前施工隧道的工作，采用集中管理設計思維處理現場各種監控數據

以客戶的需求為基本原則，并充分結合現有成熟完善的技術進行設計。

隧道人員進出安全管理系統是一個涉及傳感技術、LED顯示技術、射頻識別技術等多方面領域的*技術，因此總體方案設計必須具有可靠性、安全性、*性、靈活擴充性、經濟實用性、操作和維護的方便性，更要具有前瞻性的建設全局統一管理的平臺。

在規劃設計過程中，系統設計以保障安全生產、提高企業效率，提升企業管理品質為目標，以高質量服務管理者和使用者為基本原則和設計思路。

硬件設計原則

系統的硬件設計和選型應該遵循如下原則：

*性：系統硬件應具有*性,避免短期內因技術陳舊造成整個系統性能不高或者過早淘汰。

可靠性：在充分考慮*性的同時,硬件系統應立足于用戶對整個系統的具體需求，應優先選擇*、適用、成熟的技術，zui大限度地發揮投資效益。

開放性：計算機網絡選擇和相關產品的選擇要以*性和適用性為基礎,同時考慮兼容性。

擴充性：系統數據采集設備采用模塊化結構和總線通信方式，在系統規模擴展時，不需較大的改造，增加相應的模塊即可。

軟件設計原則

系統的軟件設計和選型應該遵循如下原則：

可靠性和安全性：系統軟件應具有很高的可靠性和安全性。

易用性：系統軟件應操作方便,采用中文圖形界面。

標準化：系統軟件應符合國家、行業標準以及標準,便于多次升級和支持新硬件產品。

可擴充性：系統軟件應具有可擴充性。采用面向對象的結構設計，具有一定的靈活性、可操作性和可擴展性。在今后業務發生變化時，模塊的增加和對模塊的修改不應對其他模塊產生影響。

為確保整個工程的質量，總體方案設計原則需要達到上述可靠性、安全性、*性、靈活擴充性、經濟實用性、操作和維護的方便性的高度統一。

設計依據標準

設計標準、依據嚴格遵守國家或部委或地方相關的執行標準

GB/T 2887-2000　電子計算機場地通用規范

YD/T 1666-2007  遠程視頻監控系統的安全技術要求

GB 10111-1988  利用隨機數骰子進行隨機抽樣的方法

GB/T 12758-2004  城市軌道交通信號系統通用技術條件 

YD 5079  通信電源工程安裝規范

GBJ79-1985  工業企業通信接地設計規范

GB50168-92  電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范

GA/T75-94  安全防范工程程序與要求

GA/74-94  安全防范系統適用圖形符號

GB50054-95  低壓配電設計規范

國家*YD/T926-2001標準

以太網10Base-T標準

以太網100Base-T標準

用戶單位提供的相關技術需求

我單位綜合管理、施工技術、技術水平以及類似工程施工中的經驗和工法成果等

第三章  系統組成及工作原理

隧道人員安全管理系統采用集中管理式設計思路，以集團監控中心為核心，現場所有數據回傳至集團監控中心，系統總體設計圖如下：

系統總共采用3級架構平臺，分別是一級管理平臺為隧道現場管理平臺，二級管理平臺為項目部管理平臺，三級管理平臺為集團公司管理平臺

分析：本集中管理方案中，由于視頻監控數據相對于人員管理信息數據在傳輸中占有了分量，因此在相對比的情況下，人員數據傳輸可以忽略不計，因此方案主要需要考慮視頻的傳輸。

目前提供的視頻傳輸采用高清探頭，根據用戶需求，本設計以35個工作點為分析計算。720P百萬像素全實時高清攝像機（按每路錄像占用3Mbps計算）,35個工點，每個工點3個攝像頭，每個本地網絡寬帶資源需占用3*3M=9M（上行寬帶），遠程中心總共35*9M=315M（下行寬帶），此處不考慮二級監控平臺的上下行寬帶，其值必介于9M-315M之間

根據上述分析，采用視頻集中監控受限于目前的寬帶傳輸技術，以下提供兩種辦法

1. 采用專網專線傳輸：

實際運行過程中，一條千兆光纖有效寬帶穩定運行僅為400M左右，可采用此種辦法自建視頻專網或是租用網絡供應商的千兆寬帶資源

優點：可以保證所有數據的有效及時傳輸，可以實現所有攝像頭同步上墻顯示

缺點：價格昂貴

1. 采用公網+部分專線傳輸

采用公網主要是利用現有空余的寬帶資源，實現視頻監控所有攝像頭非同步上墻顯示（選擇性上墻以及視頻切換上墻顯示）以便減少寬帶負荷，有效利用資源；部分專線是值隧道現場平臺管理到項目部管理平臺的專線傳輸。

有點：充分合理利用現有寬帶資源，減少不必要的資源浪費

缺點：無法同步實現所有攝像頭同時上墻，可能產生部分數據延遲

3.1 系統組成                           

隧道綜合應用系統主要有人員進出管理系統、LED顯示系統以及通訊系統組成。

注意：紅色部分為系統可選

3.2 系統應用總體平臺擴展架構

◇  以本地系統為基礎，實現各功能模塊數據通信；

◇ 可以擁有遠程中心，可實時查詢當前隧道的相關安全信息；

◇ 采用包括前端工點監控、中間通訊層、后臺調度監控的三層體系架構

◇ 前端工點監控（人員進出定位管理系統、視頻監控、人員/車輛門禁管理）以及后臺調度（遠程 中心機房、服務器以及部分外部對接平臺）采用B/S應用架構。

3.3人員進出定位管理系統

人員進出管理系統主要為人員進出信息管理。主要有監控主機、讀卡基站、人員識別卡、傳輸數據接口轉換器等。

監控主機（現場服務器）：獨立計算機，負責整個系統設備及人員檢測數據的管理、通訊、統計存儲以及屏幕顯示、查詢打印、畫面編輯、網絡通訊等任務。

讀卡基站（讀卡器）：實時采集接收人員卡的信息，并及時通過通信線路實時反饋到系統當中。可以分為定位基站和識別基站。

人員識別卡：編程有*的識別碼，僅提供給讀卡基站去識別，一般在安全帽上安裝或是身上佩戴，健康認證，安全可靠

傳輸數據接口轉換器：包括一些信號轉換器，主要實現對信號的轉換以便系統更好的接收處理數據

大致原理圖如下

進出系統：在每個施工隧道口內裝2臺讀卡器。1臺讀卡器裝在隧道洞口的入口處，另一臺讀卡器裝在洞口往里200米（隧道不足時建議不小于100米）處，然后給每一位施工人員或是相關需要進出隧道的人員的安全帽上安裝人員電子標簽。當人員佩戴安全帽進出隧道時，內置的電子標簽發出的信號，可以被讀卡器獲取到，讀卡器根據讀到卡的先后順序來判斷施工人員的進出情況，施工人員何時進、何時出、洞內有多少作業人員都能反映到系統軟件中，同時，利用現場安裝的大型LED屏幕，可以將相關進出隧道的人員信息顯示到大屏幕上，使隧道進出人員情況一目了然。施工人員將該系統考勤卡佩戴在安全帽內側，無須主動刷卡便能實現自動考勤，方便省力、準確度高。

定位系統：該定位屬于區域型定位，定位點以讀卡器為中心實現定位，目前定位系統包含兩種方案

方案一：隧道信號全覆蓋方式

如下為原理圖：

此種方案，在隧道內布設足夠多的讀卡器，保證進洞的員工可以實時的掌握其實際的位置。進洞開始每隔100安裝1臺讀卡器，根據實際隧道長度來確定安裝的數量，由于系統傳輸采用有線的485方式傳輸，因此受限于傳輸距離的限制，每隔600米的時候需要增加一臺485中繼器，目的在于延長信號傳輸。

優點：由于屬于信號全覆蓋方式，員工在隧道的任何一個角落，均可以實時監測出來。

缺點：隧道開挖屬于漸進性的工作，讀卡器的安裝工作需要跟隨隧道的開挖進度，每開外一定的距離，就需要跟進安裝一臺讀卡器，系統整體工期長，安裝維護工程量大。同時，由于設備需求多，系統整體造價也比較高

方案二、重點區域信號覆蓋

如下為原理圖：

此種方案，針對性比較強，定位重點區域的工作人員的信息，除了在洞口安裝2臺保證正常進出的識別的讀卡器外，因一般隧道工作二襯施工完畢后，基本上施工人員都存在于二襯臺車到施工面之間，故僅需在二襯臺車前后各安裝1臺讀卡器，目的在于實時統計該處施工面的施工人員信息，實時掌控施工面人員的信息即可，臺車附近的讀卡器傳輸采用無線網橋將采集數據發往監控電腦。

優點：定位采用無線網橋傳輸，施工周期短，后期無需跟隨隧道進度安裝，定位讀卡器自動跟隨臺車行進。價格相對便宜。

缺點：不采用信號全覆蓋，隧道中間部分無法覆蓋，若存在個別工人，將無法定位此區域的信息。

3.4 人員車輛通道（門禁）系統

門禁通道系統主要利用自動刷卡機制限制人員的進出，保障禁止非工作人員私自進出施工區域，同時也可用來來保障數據的真實性和有效性，避免因人為因素而導致考勤失效，或是管理出錯。車輛的門禁可以提升對現場車輛的及時管控，做到更加有效的車輛利用率

主機（現場服務器）：負責整個系統設備及人員檢測數據的管理、通訊、統計存儲

以及屏幕顯示、查詢打印、畫面編輯、網絡通訊等任務。

控制板：實時采集接收人員卡的信息，并及時通過通信線路實時反饋到系統當中并生成控制擺閘的指令，根據數據有效性就行控制，保證人員進出正常。

道閘：主要安裝在入口處，對車輛進出限制作用，對于可通行車輛，道閘自動開啟，放行車輛進出。

地感檢測器：及時檢測是否有車輛經過，并發送信息至控制系統，產生相關聯動

三輥閘：也安裝在隧道入口處，對人員進出限制作用，進出人員統一在該機器上刷卡，有機器識別權限，進行開啟或是限行命令

現場安裝位置示意圖

利用人員/車輛門禁通道系統可以實現進出人車分流通過，保證一定的進出安全，只要給人員和車輛配置相關電子標簽即可。當人員攜帶人員卡（即電子標簽），靠近人員門禁通道也即三輥閘的時候，內置的讀卡器可以及時讀取卡片信息，并送交后臺核實，運行通過，則發送命令給三輥閘，開啟放行，否則不變化。而對于車輛門禁系統，也需要給每一輛車配置車輛卡，車輛經過通行區域的時候，會觸發讀卡，同時也有地感觸發，當同時讀卡和地感觸發的時候，系統將判定車輛允許通行，則開啟道閘放行。單單的讀卡或是單一的地感觸發，系統統一認為不允許通過

3.5 LED顯示系統

將LED大屏幕安裝在施工入口附近，靠近門房或是值班室為佳，用于實時顯示地鐵施工人員的信息，使管理*化，透明化。顯示的內容包括：標簽號，姓名，時間，總人數等，使領導及監管人員不用下到隧道下面去，也不必查看監控室電腦就能及時了解隧道內施工人員情況。有了該LED大屏幕顯示系統不僅可以使洞內各區域內施工人員信息形象、直觀、一目了然的體現出來。而且，在開現場會時，也可以在大屏幕上顯示各種歡迎標語、宣傳標語；在平時可以通過大屏幕提示施工人員注意施工安全，在有高溫、霜凍等惡劣天氣時可以及時進行溫馨提示。這些都能充分體現隧道施工項目部管理上的人性化、現代化、科學化。

系統組成：服務器、同步系統卡、LED顯示屏

服務器：主要實現對顯示內容的編輯，控制

同步顯示系統卡：系統的核心部分，同步實現電腦與LED屏的顯示內容。對信號進行編譯傳輸

LED顯示屏：由32X16 led燈點（P10單紅）陣組成的模組拼裝而成，根據實際情況可以選擇拼裝的大小

各種大小的LED屏（寬*高）：可根據用戶需求，進行大小定制，組屏單元塊1.28*0.92和1.28*1.28兩種

        3.94*1.28（M）                               2.56*1.28（M）

        1.92*1.28（M）                             1.28*1.28（M）

                                   8*3.84（M）

3.6 視頻監控系統（可選）

     網絡視頻監控系統包括前端視頻采集設備、網絡視頻編解碼、通訊傳輸設備，以及后端的監控接收客戶端軟件。安裝在隧道各主要的監控點執行信號采集傳輸，軟件主要是安裝在監控室電腦上，兩者之間通過平臺管理中心系統*，對其前端視頻點進行多點對多點的實時監控管理。如：視頻、云臺、放大、錄像、等功能，有管理權限的用戶還可以對任何點的錄像進行設置、下載、實時點播錄像等操作；系統還可以通過PC瀏覽器進行監控。

由此可以看出，網絡監控系統采用的是監控攝像機對隧道施工現場各視頻點進行24小時的實時監控。對于一些關鍵視頻點可啟動視頻移動偵測功能和報警功能，系統根據圖像移動情況自動識別、觸發，并進行錄像（有預先錄制機制，預錄時長能提前20秒以上）；同時系統將圖像、聲音、報警等實時數據傳送到監控室電腦，管理人員可以通過本地監視、遠程IE監視、WEB 網頁客戶端等方式隨意切換前端任意監控點的視頻，能直觀地了解和掌握施工各視頻監控點的實時情況，從而達到隨時隨地及時準確地對其進行監管。

在實際的隧道現在，一般在在掌子面以及洞口附近分別安裝攝像頭，實時顯示查看監控區域的情況，讓管理者更直接的了解現場情況。

系統組成：服務器、攝像機、視頻服務器、傳輸數據接口轉換器以及通訊傳輸部分

服務器：監控平臺終端，對系統返回的信息進行顯示，并通過平臺軟件對各個監控點位的攝像機進行操控，以及提供錄像、播放視頻、云臺控制等多個功能。

攝像機：前段監測設備，實時采集信號。提供云臺設備，實現攝像角度的改變，提供式立體式監控。

視頻服務器：主要是實現將聲音圖像的模擬信號轉換成數字信號進行傳輸，通過通訊線路回傳給監控平臺。

傳輸數據接口轉換器：包括一些信號轉換器，主要實現對信號的轉換以便系統更好的接收處理數據。

通訊傳輸：主要是一些RVVP線纜和網線構成，實現視頻信號的及時傳輸。

隧道現場視頻監控的傳輸技術分析：

考慮到隧道現場施工的特殊性，對于施工面的監控均采用無線網橋來實現傳輸，為保證傳輸效果，均采用凈帶寬為300M的無線網橋，其實際有效距離大于2KM。當隧道存在彎度時候，以根據實際情況，增設無線網橋中繼器站點

3.7 后臺系統

后臺系統根據需求分析，采用zui前沿的電視墻技術，通過平臺服務，及時的將數據呈現到電視墻上面，以供管理員及時分析處理

綜合遠程管理

利用各個隧道口的網絡通訊，可以將各個隧道的采集到的人員數據，包括進出記錄以及定位信息等，實時傳送到集團調動中心，及時了解各隧道人員分布情況，方便指揮調度。

第四章  系統功能特點

4.1 核心功能特點

    本系統遵循"統一發發卡、統一裝備、統一管理"的原則，按準許隧道洞內工作人員和班組實行"一人一卡"制，該感應器可視為"上崗憑證"或"隧道準入證"并可配合相關制度政策，以便更好發揮利用系統的優勢。

（1）自動翻牌：

• 施工人員進出無需手動翻牌，進出自動登記；

1. 自動刷卡：

• 施工人員進出無需手動刷卡，全自動識別；

1. 實時在線：

• 施工人員進出實時在線顯示，查看簡單方便；

1. 歷史查詢：

• 施工人員進出記錄全程記錄保存，隨時可以調取歷史記錄信息
• 歷史存儲數據體積小，正常可以保存一年以上或更長時間；

1. 報表打印：

• 施工人員進出記錄可以根據需要報表打印，供備份查詢

1. 災后急救：

• 一旦發生相關事故險情，上位機可以立即顯示當前隧道人員信息，可以提高搶險效率和救護效果；

1. 其他拓展功能（可定制）：

• 人員定位；
• 車輛管理；
• 定位軌跡；
• 危險區域限入報警
• 危險氣體監測

4.2 系統特點

1、安全、穩定性高：健康資質認證，具有防爆防塵、抗干擾的特點

2、多卡快速識別：50米范圍內可同時識別100個卡信息，識別物體速度可達到200公里/小時

3、適應性強：可以配合現在各種傳輸網絡比如光強、以太網、485總線等

4、豐富的查詢報表：zui大程度上方便管理人員操作

5、遠程接入：可以在任何一臺可以上網的電腦上遠程查看某條隧道的實時情況，無須到現場。

6、視覺性強：通過外置的超大LED屏幕顯示，可以隨時知道目前洞內現在有多少人，這些人是誰

第五章  軟件功能

5.1 概述

隧道人員進出管理系統軟件為公司自主開發。采用目前*VC.net開發平臺，結合功能強大的SQL SERVER數據庫。基于B/S結構的網絡監控軟件，可通過IE瀏覽器在網絡上瀏覽、查詢、打印施工人員定位及考勤管理等相關信息，同時根據權限的不同，可以進行相關權限下的限制操作等，保證系統穩定運行

5.2 功能描述

目前隧道人員安全進出管理系統集成了人員進出管理，定位管理，歷史軌跡查詢以及LED顯示四大功能于一身，實時監測隧道內部人員和或其他監控物體的動態分布情況、數量以及其所在的位置，同時具有選擇跟蹤、實時跟蹤、位置查詢和個人定位等功能。

• 選擇跟蹤：選擇各部門工種等特定人員，掌握其在現場的工作情況
• 實時跟蹤：實時顯示隧道內部各人員的位置狀態及其來源地。能夠清楚地反映其活動情況
• 位置跟蹤：選定某個監控段或是監控點，可以顯示此段區域內的人員或車輛分布情況
• 個人定位：顯示特定人員的運動軌跡，并可顯示其歷史運動方向

考勤統計功能

• 通過對進出隧道的工作人員的出、入時間以及在隧道各區域的停留工作時間的記錄與統計，完成對全區個人、部門以及干部的考勤信息查詢、統計
• 按照要求輸出各種信息報表（如：時間報表、出勤月報表等）

LED大屏顯示

• 同步顯示系統各監測數據，更直接更形象
• 可以進行豐富的節目安排，人性化*
• 上手容易，簡單易懂，操作性方便快捷

員工管理功能

• 員工管理功能 ：員工的增加、刪除、修改和查詢
• 硬件信息管理功能：對讀卡器基站站、分站名稱進行管理，對人員識別卡信息進行錄入

實時報警功能

• 具有告警信息實時顯示及歷史告警查詢功能，告警內容包括讀卡器基站故障、卡電池電量不足、危險區域超時、禁區闖入等重要內容

安全監測功能

• 跟蹤安全監測人員在隧道內的運動軌跡，記錄他們在各區域及各監測點的停留時間，從而保證安全監測工作的嚴格執行

區域禁入管理功能

• 當有非*人員進入一些重要地方、或是危險場所等禁止進入區域時，系統給出提示和警告，同時將相關信息記錄保存

緊急事件協助處理功能

• 萬一當隧道發生緊急事件時系統可以及時對丟失人員進行統計，查詢事故現場附近的人員信息，快速確定人員的準確位置，以便及時有效地開展搜救工作

歷史數據的查詢和報表打印功能

• 可對隧道人員定位、人員跟蹤、考勤統計、安全監測管理、系統運行管理等信息進行長期保存，并可方便地查詢歷史記錄。
• 能按時間、部門等對信息進行查詢和打印

信息聯網功能

• 通過建立WEB服務器，可以以瀏覽網頁的方式實現信息共享，客戶端無須另加任何軟件，提供WEB瀏覽器方式訪問，保證遠程用戶可以及時的了解和掌握現場的實際情況，進行未來生產工作安排和指導

第六章  主要設備介紹

6.1、遠距離射頻識別讀卡器

6.2、電子標簽

6.3、電子標簽      

6.4、LED屏

6.5、攝像頭

=6.6、視頻服務器

6.7、無線網橋

第七章  成功案例

中鐵一局四公司  云南紅河州蒙自縣蒙河鐵路

中鐵一局五公司  云南紅河州屏邊縣蒙河鐵路

中鐵十局集團有限公司贛韶鐵路隧道項目

   中鐵十局  韶關市贛韶鐵路隧道

   中鐵十一局 黃杭鐵路歙縣金鍋嶺隧道

中鐵十四局  績溪蓄電站電力隧道

中鐵十六局  杭州江干區建華地鐵站

中鐵十六局  上海青草沙凌橋支線C3標隧道

中鐵十六局集團青草沙凌橋支線C3標隧道項目

中鐵十七局  四川廣元隧道中鐵十六局 

    中鐵十七局 蘇州輕軌1、2號線隧道 

中鐵十八局   青海海東民和縣蘭新鐵路甘青段二標段隧道

中鐵二十四局  福建武夷山隧道

中鐵二十五局  江西井岡山鵝嶺隧道

中隧三處  杭州秋實路半山隧道

中交一公局  甘肅天水隧道

中交一公局 甘肅隴南沙灣隧道

中交二航局 云南蒙文硯高速楊柳隧道

中交三公局 青海G310線循隆公路隧道

中交三公局 青海古什群隧道

 中交三公局街子隧道、公伯峽隧道、古什群隧道項目