地铁隧道施工监控方案

地铁隧道施工监控系统

设计方案

目录

第一章技术方案设计 (3)

一、概述 (3)

二、用户需求分析 (4)

三、设计依据 (5)

四、设计原则： (6)

五、总体设计 (7)

5.1前端部分 (8)

5.2传输部分 (10)

5.3中心控制部分 (11)

5.4网络分控系统设计说明 (12)

5.5视频显示和记录设计说明 (12)

5.6报警部分（可选） (13)

六、监控系统原理及分控拓朴图 (14)

七、光纤数字监控系统的特点 (15)

八、系统功能 (17)

九、主要设备介绍 (18)

9.1超低照度彩色摄像机 (18)

9.2超低照度彩色摄像机 (18)

9.3四数字视频光端机 (19)

9.4室外防护罩 (22)

9.5嵌入式数字硬盘录像机 (22)

9.6主控键盘 (25)

十、系统配置清单 (27)

10.1地面工地监控系统 (27)

10.2分段隧道施工监控系统 (29)

第一章技术方案设计

一、概述

目前，地铁隧道井下作业因为在地下，地形复杂，环境恶劣，如瓦斯爆炸、地下渗水等事故经常发生。利用远程视频监控系统，地面监控值班人员可以直接对井下工作面情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，对于存在的隐患能够迅速做出处理，避免可能发生的事故。也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。因此远程视频监控系统是现代隧道施工安全生产监控系统的重

要组成部分。同时，地面工地的安全生产及安全防范也是地铁施工安防系统的重要组成部份，因此，本设计方案包含了隧道施工远程监控及地面工地监控两部份。另外，因为此地铁工程为双向复线，且同时施工，故需要设计两隧道施工点的远程监控系统。为便于统一管理及资源共享，将二系统构成一个统一的监控平台。

随着科学技术的发展，基于光纤传输及应用为基础的监控系统的系列产品的推出，为诸如地铁隧道施工等远程监控提供了全新的观念和更广阔的空间，实现了远程实时监控、远程遥控摄像机的功能。光端机产品的出现即在各个行业得到了广泛应用。所以在地铁隧道安全生产监控系统中光纤加数字硬盘录像监控系统将取代传统模拟监控是一种必然的趋势。

光纤数字监控系统拥有强大的管理功能、良好的兼容性、方便的可扩展性、优越的性价比、超强的抗干扰性、图像数据双向传输功能等众多优点，完全能够替代传统模拟监控系统，此系统已在众多领域中得到应用。其中包括电力系统的变电站及高速公路收费站、医院高等病房、学校、工厂、地铁隧道、跨地区的企业集团等等。二、用户需求分析

井下采掘点（监控点）是动态的，并随着生产推进不断改变；

要求系统扩展（增减监控点）、安装、维护方便，且能远距离传输；

系统监控图像清晰，能够在环境恶劣的条件下稳定、可靠的工作；

监控图像可在施工区局域网中传输；

普通的闭路电视监控系统，采用的是传统模拟视频信号，具有很大的局限性：首先，有线模拟视频信号的传输对距离十分敏感，当传输距离大于500米时，信号容易产生衰耗、畸变、群延时，并且易受干扰，使图像质量下降，当用于井下复杂的工作现场时，图像质量下降的更加明显；其次，传统模拟视频监控无法联网，只能以点对

点的方式监视现场，并且使得布线工程量极大，不便于系统的扩展、维护和升级；最后，传统模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质(如录像带)，查询取证时十分烦琐。

因受上述原因的限制，传统监控系统只适合在短距离、无干扰、监控点数少的范围内使用。当在监控点灵活分布，传输距离远、并现场存在干扰源的场合不适宜使用。而本项目中的隧道井下施工监控点刚好属于此情况，首先，监控点分布比较灵活，每个点要求能随时移动，尤其是最前端的摄像点，必须随着挖掘机的不断推进而随机前移；其次，传输距离比较长，达5至6公里，远远超出传统监控500米的极限传输距离；最后，因为施工环境在地下，湿度与温度等都不同于地面，环境恶劣，尤其是挖掘机、启重机等大功率设备的开关，周围电磁干扰非常严重。公司根据我国目前工业电视监控市场的需求，结合我国地铁隧道监控领域的现状与发展方向，采用光电转换、光电集成等CATV成熟的技术，将图像、声音、控制集于一身光纤数字监控系统，体现了图像采集、传输、监控、记录、管理为一体化、集成化等一系列高新技术。

综上所述，本地铁隧道安全生产监控系统中的地面工地监控系统采用传统的模拟传输数字存储（含回放）监控系统；而隧道施工远程监控系统则采用光纤传输数字存储（含回放）监控系统。为便于管理，两系统共用一套数字存储（含回放）系统。三、设计依据

工程方案的制定、设计，依照国家有关文件、标准和规定，主要有：

●《中华人民共和国安全行业标准》GA/T75-PT

●《民用闭路电视系统工程技术规范》GBJ42-1981

●《民用建筑电器设计标准》GB/T50314

●《安全防范工程程序与要求》GA/G75-94

●《视频安防监控系统技术要求》GAT367-2001

●《工业企业通信接地设计规范》及有关行业标准

四、设计原则：

进行设计时将本着“先进性、科学性、稳定性、经济性、扩展性”相统一的原则进行设计。

●先进性：充分考虑到电子时代，科学技术迅猛发展的趋势，在技术上着眼超前。采用单片机、频分复用、光电转换等先进科学技术研发的光纤数字传输系统，可用“一根”光纤双向宽频传输一路或几十路甚至几百路监控和控制信号达几百公里，并且预留广播、报警系统传输空间。此系统无论在国内还是国外都是非常先进的监控传输系统解决平台。

●科学性：设计时充分考虑到监控系统应用场所的复杂多样性，对大中型监控系统不仅需要远距离传输监控信号，而且应有非常强的抗高压、电磁干扰能力进行严格科学论证和考察。本方案所采用光纤光纤共缆传输系统不仅适用于煤矿、电厂、工地等电磁环境复杂场合具有非常强抗电磁干扰能力，可远传几十甚至几百公里。

●稳定性：安全防范及可视化管理系统建设目的是保证人民的生命财产不受侵犯或通过此系统进行严格的监视管理，其稳定性是架设系统要考虑的首当其冲的问题。光纤数字电视监控传输系统是基于成熟稳定的光纤传输技术工作的，而光纤技术在我国应用已经有二、三十年的历史了，其稳定可靠性不容置疑。

●经济性：对于建设监控项目来说，性能优越、技术先进是首要考虑的问题，

经济性也忽略不得。我们在设计时充分考虑到这一层面，既使系统架设先进简易又不失经济可靠。十几路甚至几百路监控信号采用“一根”光缆传输不仅可以大大减少施工材料和施工费用、缩短工期，而且还减少了系统维护费用，提高了系统的稳定性和抗干扰能力。

扩展性：扩展性强弱也是衡量一个系统性能的重要指标，尤其是应用于象隧道施工这样的随着施工进度不断推进而不断改变摄像点位置的移动式监控系统，扩展性更是系统集成成功与否的关键，光纤数字监控系统则完全能满足用户的需求，在一条光纤上可随时增加监控点，最多一条光缆能容纳几百路监控信号，具体可根据两端的转换设备容量而定，传输的距离更远，可达几十甚至几百公里。

在本方案中，隧道施工远程监控系统前端监控点到监控中心的传输方式采用光纤传输方式来传输，；而地面工地监控系统前端监控点到监控中心的传输方式采用复合同轴电缆传输方式来传输，主控设备采用嵌入式数字硬盘录像系统。

此外，通过指挥中心的局域网，指挥中心领导、调度室、安检科等在办公室联网电脑上也可随时了解现场的工作和设备运行情况（通过系统授权）。

五、总体设计

光纤数字监控系统以功能要求的不同共分为前端摄像部分、光电转换部分、中心控制部分、网络分控部分、视频显示和记录部分、报警输出部分（注：本方案仅为可选项）；而同轴数字监控系统的功能与光纤数字监控系统基本相同，只是传输媒介是同轴电缆，没有光电转换设备，应用场所稍有不同而已。因此下面着重介绍光纤数字监控系统。

5.1前端部分

隧道施工远程监控系统前端摄像机将现场图像（含声音及报警等信号）经过转换变为光信号，经过光端收发机传送到监控中心，同时反向接收监控中心发送过来的控制电信号并转换为电信号。前端光端机设备安装在监视现场的活动式设备箱内,它包括光端机、摄像机变压器、摄像机（含云台、解码码器、护罩、支架）等；而地面工地监控系统前端则只包括摄像机（含云台、解码码器、护罩、支架）。

1、系统前端设计

本监控系统前端分为地面临时工地和地下隧道施工现场两部分，地面工地设置4个监控点（隧道入口、办公室前活动区各设置一台摄像机，材料堆放及加工场设置二台摄像机）。为保证工地全天候安全，摄像机全部采用松下WV-CP244彩色摄像机，它具有0.6LUX低照度，这样即使现场环境光照度很低，也能保证现场的摄像要求，其中办公室前活动区的摄像机带全方位室外云台，便于监控中心区域的周边；而隧道施工现场各个监控点由于距离监控中心（设在地面工地二楼办公室）较远，同时考虑井下电磁干扰源较多，为保证图像传输的质量，该系统采用光纤传输的方式，每个监控点配备视频单模光端机（含反向数据）转换设备，它的作用是将摄像机的电信号转换成光信号进行低损耗传输，将前端每个监控点的信号传输到监控中心，同时也将每路监控点的控制信号由监控中心反向传输到前端摄像机。考虑到隧道现场温度、湿度、亮度等特殊环境及监控点需灵活配置的要求，选用松下WV-CP474超级动态彩色彩色摄像机。也能保证施工现场24小时即使是在极低亮度的条件下的摄像要求。根据施工要求，挖掘现场设置二台WV-CP474（配全方位室外云台及电动自动变焦镜头）；B

段隧道挖掘现场设置二台WV-CP474（配全方位室外云台及电动自动变焦镜头）。

2、前端设备安装连接图

1）、隧道施工监控

2）、地面工地监控

3、前端设备配电设计

前端设备的用电，考虑到施工现场的用电安全，全部监控点前端设备均产用交流24V供电，对于隧道远程监控系统，由于距离监控中心很远，同时供电位置需随时移动，因此采用井下就近取电比较合适，接入摄像点最近的220V照明电源，经过移动式设备箱内的变压器转变为24V交流电，供终端摄像机和云台使用；而地面监控系统由于监控点离中心机房较近，为便于集中管理，采用集中供电更加合理，先将220V市电在监控中心经变压器转变为24V交流电，然后集中供给前端摄像和云台等设备使用，既方便以安全。

5.2传输部分

1、光纤传输

由于隧道总长为5公里，隧道施工监控点采用光纤方式进行传输，随着隧道施工进度的不断推进，除了最前端挖掘位置始终设置二台移动式摄像机（指安装立杆附设备箱可移动）外，考虑到隧道内铺设光纤的方便及沿途可能随时增设监控点的应用需求，我们采取分段铺设的方式，从监控中心开始，沿隧道约每公里拉一条铠装室外光纤，终端设备一个带三角支架的活动设备箱，端接光纤接线盒固定在设备箱内，下段光纤及该移动监控点的光端机通过光纤跳线连接，光端机放在带滑轮的移动设备箱内（电源变压器也设在里面），每路摄像机信号通过光端机将电信号转换成光信号传输，在远端机房的另一端安装光接收机进行光信号转换，这种方式可以将监控信号传到几百公里以上并且图质量不受任何损失。并可以有效的避免井下外界形成的干扰信号，可以节省线缆用量、提高了线缆的利用率并且简化了施工难度。

2、复合电缆传输

对于地面工地，普通的同轴电缆完全能满足系统的应用需求，为降低成本，同时考虑到工地布线需灵活、简化、安全等特殊要求，采用铠装室外复合电缆作为本系统的传输媒介，它包含同轴屏蔽视线、屏蔽控制线（屏蔽音频线）及电源线。能有效抵抗工地的各种常见干扰，简化工程施工难度。

5.3中心控制部分

在地铁施工监控系统中，这部分是整个系统的“心脏”和“大脑”，是实现整个系统功能的指挥中心，起到对前端摄像机的图像信号进行切换输出及云台镜头的控制，他由多台光端机等设备组成。

1）中心控制说明

在地铁隧道施工监控中心机房，隧道监控点的所有信号通过一根光纤（8芯室外铠装单模）引到监控中心机房，通过多台数字视频光端机分别将前端的每一路音视频信号一一转换处理，最后输出每路摄像机的原始信号，通过硬盘录像机进行监看、录像和控制。系统能够对隧道施工的各重要场所的图像进行监控和监视，以便能够实时、直接地了解和掌握隧道施工第一情况，并及时对发生的情况做出反应。

隧道监控点云台、镜头的控制操作采用硬盘录像机的485信号经光端机进行共缆双向传输的方式，这种方式抗干扰能力强，数据传输率高，控制稳定可靠。主控可对所有监控网络中的监控点（客户端）实现授权管理，监控副控点用户可通过局域网对监控点进行监看、控制云台巡视、视频切换、报警处理、设备状态自检等工作。

地面监点则直接通过复合电线将前端每路摄像机的音视频信号输入硬盘录像机，通过硬盘录像机对前端摄像机进行监看、录像和控制。

同时，为更方便快捷操控前端摄像机，特别为系统配置了一台主控键盘，它能通过操纵杆方式遥控系统的图像播放、手动录像、云台操作、镜头操作、画面预览等功能，比鼠标和普通键盘操控更方便，尤其是对于非系统专业人士。

5.4网络分控系统设计说明

由于隧道施工时各级领导也要对前端的监控点进行实时的监控，而基于工地现有局域网的环境，可以采用硬盘录像网络分控的方式，将监控点的信号采用全数字的网络传输方式传送到领导办公室里，只需要利用一台普通PC机及硬盘录像分控软件即可进行实时监控及录像。利用硬盘录像的网络分控的方式来实现，分控的数量没有限制，由于现成的局域网资源，所以传输带宽可以得到足够保证。

5.5视频显示和记录设计说明

这部分是由8路嵌入式硬盘录像机构成，它的功能是将前端传送过来的图像一一显示出来以便需要时观看。

视频显示记录是通过主控软件设置视频光端机的视频输出，输出后的视频通过数字硬盘录像机显示器显示的方式。存储和回放采用数字硬盘录像机来实现存储和回放等。数字硬盘录像系统不仅存储费用低、效率高，而且还具有网络传输、远程传输和循环存储等优点。与此同时，硬盘录像系统的数字化和传输网络化等先进技术可以实现与防盗报警（可选）等系统联网联动，及时准确地反馈现场信息，为报警事件提供

充分可靠的依据。

5.6报警部分（可选）

报警系统主要是完成井下瓦斯传感器、风速传感器、温度传感器、应急传感器等的报警信号输入，并完成主控室报警并主动按照预先设置的控制方式动作报警系统。他分别由DVR数字主机、报警处理器完成现场的报警信号处理，视频监控联网报警软件组成制切换、联动、数码录像、图像检索和播放、图像传输等功能。

六、监控系统原理及分控拓朴图

基于局域网的网络分控拓扑图

七、光纤数字监控系统的特点

1、传输距离远、图像质量高

由于采用了数字光信号传输，信号幅度的衰减极小，保持了原始图像的亮度和色彩以及实时性，在传输距离达到10km或更远时，图像信号基本无失真（加权信噪比≥60dB，微分增益≤1%，微分相位≤1°）。传输距离会达到几百公里。

2、布线简单、线缆利用率高

一根普通光缆就可以用来传送上行视频/音频、下行控制数据信号。点对点传输，也可以进行总线树型、星型结构的连接将多个点合成一根总线进行图像、控制的传输。高频同轴电缆传送视频/音频控制信号，无须另外布线，提高了线缆利用率，同时

避免了各种信号单独布线带来的麻烦，减少了工程造价。

3、特强抗干扰、适用广泛

光波数字传输方式能有效抑制共模干扰，即使在电厂、地铁隧道有强干扰源的环境下使用，也能传送高清晰、实时的图像信号。

4、技术成熟、稳定性高

利用有光纤传输技术，在前端接入单路光端机-发射机，在控制中心接入单路视频光端机-接收机。这种光纤数字监控的传输设备价格便宜，使用起来也很简单，无需专业知识，一次安装，长期稳定工作。

5、价格便宜，取材方便

对原有系统无须改动线缆，只需安装收发设备即可，给工程应用带来极大的方便。

6、数据调制、双向传输

控制485信号与摄像机回传视频信号在同一根光缆中双向传输互不影响。

7、扩充简单，平滑升级

总线拓扑的结构，无须单独布线，就地总线添加。

8、功能强大、扩展性好

全面兼容监控、报警、广播，多功能双向传输的平台实现传输新跨越,1000MHz 带宽空间设计，预留足够的扩展空间。

八、系统功能

1、多路图像实时监控功能

光纤共缆监控系统支持多路视频的同步监控能力。可以利用软件管理和监控网络上所有的监控点，并自由选择控制以达到集中监控。

2、多路声音监听功能

可实现监控网络上所有的监控点声音回传采集功能。

3、副控监看管理功能

多路图像、云台镜头的控制各分控点分别设置一套分控授权软件，可以随时随地监看、控制该区域内监控图像。

4、远程多路报警功能

可将远端报警信号通过该系统回传到（如紧急按钮、红外报警、火警等）监控中心。

九、主要设备介绍

9.1超低照度彩色摄像机

主要性能：

·1/3英寸双速CCD彩色图像传感器。

·彩色模式到黑/白模式的切换；自动或手动。

·内置第二代超级动态功能，动态范围是普通摄像机的80倍。

·超级灵敏度。彩色模式下，使用F1.4镜头时，为0.8勒克斯；黑白模式下，使用F1.4镜头时，为0.1勒克斯。

·内置数字式动作感应器。

·内置16位英文字符显示或者8位中文字符显示。

·电子快门，速度从1/50至1/10000秒。

·电子灵敏度增强。（自动：可达10倍；手动：可达32倍；关闭）

·数字信号处理LSI，可拍出高质量图像；2H垂直边缘信号增强、色度均分电路、最低混迭拐点电路及高亮度边缘增强矫正。

·Gen-Lock同步锁相接口，适用于大规模系统应用。

·VD2同步信号能与Panasonic系统产品兼容。

9.2超低照度彩色摄像机

主要性能：

● 1/3型CCD拾取装置，752(H)×582(V)像素。

● 水平清晰度为480线?。

● 数字信号处理(DSP)功能可降低拍摄网格图像时产生的彩色噪波。

● 垂直数字增强和数字光圈校正改进了水平和垂直的图像边缘，提供清晰图

像。

● 先进的数字调节背光补偿(BLC)功能。

● 观察明亮物体时，拐点电路可以有效地扩展动态范围。

● 50dB的高信噪比提供自然图像。

● 最低照度：F1.4时2Lux，F0.75时0.6Lux。

● 特别开发的镜头安装接口可使用C和CS卡口镜头，也可使用DC伺服和视

频电压伺服的ALC镜头。

● 通过先进的电子光线控制(ELC)功能，可以在室内应用时使用固定光圈镜

头。

● 电源同步功能保证系统操作时的无滚动图像自由切换。

● VD2同步信号支持松下电器系统产品。

9.3四数字视频光端机

1、产品特点：

? 8 位数字编码及无压缩式视频传输

?≤ 10 MHz 视频通道

?自适应PAL 、NTSC 、SECAM 视频制式

?支持RS-232 、RS-422 、RS-485 数据接口

?带APC 电路，输出光功率恒定，动态范围大

?电源和其它参数状态指示的LED 可监视系统的运行状况

?支持视频无损再生中继?8 位数字编码及无压缩式视频传输

?≤ 10 MHz 视频通道

?自适应PAL 、NTSC 、SECAM 视频制式

?支持RS-232 、RS-422 、RS-485 数据接口

?带APC 电路，输出光功率恒定，动态范围大

?电源和其它参数状态指示的LED 可监视系统的运行状况

?支持视频无损再生中继

2、电气特性：

视频接口数：4 路视频

视频接口形式：BNC

视频输入/ 输出阻抗：75 Ω( 非平衡)

视频输入/ 输出电压: 1VP - P( 峰- 峰值)

视频带宽: 5 Hz ～10MHz

采样速率：15M

微分增益: （10%-90%APL ）DG <1% ( 典型值)

微分相位: （10%-90%APL ）DP <1° ( 典型值)

视频信噪比( 加权): S/N ≥ 67dB （最大光学链路损耗时）视频接口数：4 路视频

3、扩展可选项：

数据通道：1-4 路反/ 双向

接口信号：RS-485/RS-232/RS422