技术<TECHNOLOGY
DOI:10.13439/jki.itsc.2021.03.019
崔凌秋I，丁伟智2，李佳'
（1.吉林高速公路集团有限公司，吉林长春130000；2.中路高科交通检测检验认证有限公司，北京101100；
3・深圳微云通科技有限公司，广东深圳518000）
摘要：在高寒高湿隧道环境下，凝露是造成机电产品损坏的重要因素，经过对防凝露装置的比较和实验，利用半导体冷凝技术模块作为安装在紧急电话箱内的防凝露模块，大大降低了凝露对电器元件的损坏，有效延长了紧急电话的使用寿命，提高了其可靠性关键词：防潮除湿；紧急电话；隧道 由于隧道环境潮湿、空气流动性差，内外温差大，容易积聚潮湿空气，在机器内部产生的凝露水滴，会对线路产生腐蚀，影响产品可靠性.并最终影响隧道应急安全性。如果利用传统的设备柜安装应急电话装置，由于没有专门的防水防潮设计，并且外壳表面还开有百叶窗结构，将柜体内外空气完全联通，隧道内的潮湿空气可以随时侵入电话机内部形成凝露。 一、现状分析
电气设备产生凝露原因主要如下：（1）设备底部与电缆沟封堵不严，电缆沟内存在积水时，产生的水蒸气穿越设备底板的孔隙逬入设备内部，造成湿度差及温度差；（2）设备门密封条老化、脱落，造成密封不严，使雨水容易逬入，造成局部湿度差；（3）端子箱相对密闭通风不畅，设备内部元器件发热，造成局部温度差。
电气设备潮湿凝露不能及时解决。柜内观察窗、内壁、顶部有水珠挂滴，使端子排、螺栓等外露金属部件产生锈蚀现象，容易造成设备内部继电器接点损坏、直流接地、开关误动作等异常状况，严重影响设备的安全运行。此外蚊虫、壁虎等小动物也容易钻逬电话机内部，对设备造成损害，从而形成重大安全隐患。
二、现有解决方案及问题
为了解决隧道内特有的防凝露，防蚊虫的需求，出现了密封结构的设备柜箱体。通过密封圈、三防漆、防水透气阀等防水结构的设计，大大提高了设备可靠性。由于密封结构的存在，空气被分隔为箱体内外两部分，虽然理论上说来可以在生产时保证内部空气的干燥，但是随着使用时间的增加，设备内部空间仍然会被很多潮湿空气所占据。由于设备自身温度较低，湿热空气温度较高，仍然会在电子设备表面形成凝露.导致防水功能失效。为了解决在气密性无法完全理想保证的条件下，仍能确保内部
设备不受凝露风险的困扰，在现有设备中，出现了一种加热原理的防凝露系统。该系统的原理为利用电热丝和风扇产生热空气，对设备腔体内空气进行加热，空气受热循环会带动整个设备柜内部温度整体升高。当温度达到一定程度后，则不具备凝露条件，即使空气湿热，也不会聚成水滴。
但是该方案也有其明显的缺点：持续加热需要耗费大量的电能；电子设备的正常工作和寿命严重依赖于温度，对于额外承受的加热引起的温升，会降低产品性能和寿命，并最终引起可靠性的问题；额外的加热体系自身具备火灾、短路等隐患，引入了新的安全问题；整个内部墙体中的湿度始终没有改变，水气仍然存在。一旦加热器出现不工作的情况，随时会产生冷凝水，威胁设备安全。综上，隧道紧急电话装置急需更为优化合理的设计方案。
三、系统介绍
（一）原理介绍
本系统采用一种新型的半导体制冷原理，设计了一种公路隧道防凝露除湿型隧道紧急电话装置及其应用系统。防凝露隧道紧急电话装置如图所示，包括：防水防尘外壳、内外线路防水端子、半导体冷凝除湿器、对讲语音模组、声光按键人机交互模组等。
无线公话防水防尘外壳起到了支撑和保护所有内部电子设备的重要作用，采用高分子防潮封堵剂进行防潮封堵.
防潮封堵剂应用高分子聚合物混合技术，采用高活性化学物质配方，具有防潮阻燃功 能、粘度低、流动性好、容易渗透、不变形、不变质、不开裂等特点。对电气设备底部缝隙形成充分密封；能耐受自然温度冻融循环和各种恶劣环境，有效防止小动物等进入封闭柜内，是电网电气设备安全运行，防潮封堵作业的优良方案。
半导体冷凝除湿器为防凝露除湿功能的核心部件，被安装在
CHINA ITS JOURNAL Vol254No032021
防凝莓隧道紧急电话装置图
防水防尘盒内部，冷凝水出水口伸出防水盒外部。其运转原理如下：利用半导体制冷片的特性，通电控制其产生更低的局部温度，制造局部优先凝露的条件，让潮湿的空气首先在制冷片上冷凝，降低密封腔体内的相对湿度，并直接排出凝结的水份。潮湿空气不会在正常的设备上产生凝露，起到了保护设备线路的作用。
可以看出，本系统采用的是典型的除湿机原理，能够持续有效地保持设备仓内部的空气干燥。即使因生产品质不佳、使用老化等异常，导致防水盒在气密性失效时，都能继续正常工作，保证内部不会出现凝露问题，拥有极佳的环境适应性和鲁棒性。此外，比起上文提到的传统的加热式防冷系统的原理，本系统在环境中产生更低的温度，不会影响设备寿命，更不会引起火灾隐患。
防凝露装置技术指标如下。电源电压：220V±20%50/60Hz o输入功率：65W。除湿最大功率：30W o 温度测量范围：-40~70七。湿度测量范围：0~99%RH；±5@55%。温湿度传感器：数字式免校准。湿度设定范围：30%〜95%。24小时除湿量：380ml/24h(80%RH环境，30°C，排水量误差±15%)。控制方式：自动温控度控制，手动可选(上电默认自动)、远程控制。显示方式：双排3位数显，显示分辨率0.1。通讯：RS485ModBus协议。运行噪音：V60dB。
(二)主要功能
本方案设计生产的隧道内…体化电话分机系统型号命名为：WAY-ETKN型隧道紧急电话与全频段调频广播一体化分机。采用密封防水按键式终端箱设计，融合紧急电话、应急广播、调频广播光纤接入、数据交换、电源接入于一体多功能求助终端箱，一键对讲设计，防尘、防噪设计，防水、防潮设计，采用最新的IP对讲通话，组网灵活，先进稳走，满足隧道的安全管理需求。 系统主要功能描述如下。
(1)隧道紧急电话用户可直接与紧急电话控制台的话务员逬行通信联系，按键通话(通话操作简便)。
(2)使用者按下分机按钮后，分机能自动向监控中心控制台隧道紧急电话主机发出呼叫，并传送本机位置、与视频信息。
(3)每个紧急电话都有固定的IP地址用于上传控制中心，确走呼叫位置和接收呼叫。
(4)隧道紧急电话控制台值班员应答后能够及时建立全双工通话、视频信息。
(5)能够接受控制台主机的各种呼叫，并在控制台挂机后自动释放电路。
(三)
主要技术性能指标
(1)一体化分机具备紧急电话、有线广播和调频广播功能。输入接口：1310/1550nm光纤接口。电源：AC170-270V, 45~65Hz。远程监控：RS232、RS485或以太网接口。防护等级：1P65。工作温度：-19~70。(｝。工作湿度：0~85%RH。
(2)紧急电话模块。工作频率：300~3400Hz。通讯模式：双工。光信号：1310/1550nm o光接口：FC/SC。
(3)有线广播模块。有线广播模块采用独立分组控制。
(4)调频广播模块。输入光功率范围：-15dBm~6dBm。
(5)载波模块。载波模块采用调频载波模式。
四、典型工程案例
吉林省现有高速公路隧道75座(148条)，根据2018年隧道走检结果，其中有47座(92条)隧道机电设施的技术状况被评宦为四类。根据《公路隧道养护技术规范》要求，隧道评级为4类时，应实施专项工程，并应加强日常巡查，并采取交通管制措施。老爷岭隧道就是这47座隧道当中的一座需要实施专项工程的隧道。
老爷岭隧道位于G12线坪乌高速公路蛟河段，行政区划分地属吉林省吉林市蛟河市，隧道于2008年9月建成通车。隧道上行线长2360m，下行线长2295m，为双向四车道分离式长隧道。隧道设计速度为80km/h，纵坡为人字坡，上下行共设8处紧急停车带，上行线两端均为端墙式洞门，下行线两端均为削竹式洞门。隧道设置了通风，照片、监控、消防、配供电等完善的机电设施，由隧道长春端出口设置了管理站，对隧道逬行日常管理。老爷岭隧道距离蛟河市40km，老爷岭山脉走向北东，与蛟河盆地和张广才岭相间分布。老爷岭山脉最高处海拔1284.7m，山脉切割较深，为中等切割的构造剥蚀山脉，山体处有多处V 形山谷。老爷岭隧道呈南东向，隧道最大埋深250m,LU体海拔高度510~796m，相对高度差100~200m・地形坡度一般为20~30。o隧址内气候类型为内陆山区亚温带大陆性气候。据资料机载，最高温度达32.7°C，最低温度达-38.4°C O年降水量600~900mm，雨季多集中在7~8月，
降雪多在11~12月，积雪深度达40〜50cm。雨季期间.空气湿热，容易引起凝露现象。隧道附近无较大的河流，进出口侧沟谷常年流水，水量大小明显受季节影响，雨季水量较多。
老爷岭隧道设施见表•近年来，逐年检测评级表明老爷岭隧道设施老旧，老爷岭隧道所有洞内、
外紧急电话分机均无法与隧道
技术<TECHNOLOGY路径规划
老爷岭隧道设施(2017-2019年)评定表
隧道名称年份上下行
技术状况评定等级(评分)
土建结构机电设施
老爷岭随道2017年
氨气吸收塔上行3类(67.75)/
下行3类(69.00)/ 2018年上行/4类(63.1)
下行/
2019年
下行3类(67.25)
4类(48.03)
上行3类(65.00)陶瓷灯头
管理站监控室通话，隧道管理站监控室也无法向隧道内播放广播信息；大部分紧急电话分机按通话键后没反应或者按不动，少量有语音播报但也无法接通；紧急电话分机和扬声器均有不同程度锈蚀。《公路隧道养护技术规范》中提到，当紧急呼叫设施、电话机箱腐烂、电话分机板腐烂、中继器损坏时，设备整体更换。机箱送话器损坏、机箱扬声器故障、机箱按键失灵、门锁破损时通过维修或更换组件修复设备。隧道功放壳体损坏、腐烂变形、本地功放测试噪音严重，更换组件務用占比超总价50%时，设备整体更换。
2020年.老爷岭隧道设备改造工程正式启动，经过设计，机电修复工程包括：更换隧道工作站一台，交通监控、通风控制、火灾报警、紧急电话等软件接入智慧高速项目软件平台，实现隧道相关设备监控。设计在隧道内和隧道口每间隔200米安装1台隧道紧急求助终端箱，融合对讲求助、手动报警、应急广播、光纤接入、数据交换、电源接入、声光提醒于一体多功能求助终端箱，一个对讲通话按键、一个手动报警按键，应严格满足防尘、防噪、防水、防潮要求。可一键发起与监控中心的双向通话，自动接听挂断来电，免提通话.大功率喇叭，定向超强拾音，智能降噪，在线、离线状态指示灯。
施工完成后，隧道内和隧道口每间隔50米安装1台20W高音号角喇叭，实现对隧道内外的远程应急广播，安全提醒，政策报播，交通信息，交通疏导；隧道内对讲广播终端可自动接收广播喊话或音频播放，对讲功能优先于广播音乐功能，播放广播时不影响终端的呼叫对讲。隧道采用集有线对讲、广播喊话、音频播放、报警视频联动等专业多媒体紧急对讲与广播系统，系统可远期与路段业务管理深度融合应用管理，提高路段的信息化智能化水平。主要实现以下功能。远程监控设备
(1)对讲功能：可实现隧道内紧急对讲箱…键呼叫到隧道站监控室，实现双向通话；监控室也可呼叫到隧道内紧急对讲，自动接听双向通话「语音通话要求语音清晰、音量适中、无噪声、无断字等。系统具备地址码显示功能，控制台可显示呼叫位這。
(2)喊话功能：隧道站监控室或监控中心可直接拔打广播号对本区所有或部分对讲广播终端进行广播喊话，响应无延迟。
(3)故障报告功能：监控中心可显示设备故障信息「
(4)音频播放：中心可对隧道设定定时、手工音乐任务.向隧道播放音频文件，播放音频文件不影响对讲与喊话功能。
(5)报警功能：隧道内对讲广播终端支持报警开关的接入，按下报警后中心会发出相应的报警提示与处理：
(6)视频联动：当隧道内向中心发起对讲或按下报警开关时，中心管理系统会自动联动隧道内临近2个摄像机图像显示出来，报警联动时会红重点标记，多个呼叫与报警时图像可自动排队显示。向初
(7)录音监听：中心可监听隧道内任何一台终端的现场环境声，现场人员不会查觉，并可联动图像显示；可对所有的通话 内容进行全程自动录音存储，保存至少3个月，并可在中心管理软件上时实查询放听下载。
(8)语音提示功能：呼叫后，话机有等待信号或提示音。
(9)多级管理：对讲功能系统支持多级对讲通话，系统支持多级管理使用。
对于紧急爭件来不及呼叫通话.可一键向管理站监控室发出发报警求助信号，监控员可根摇报警信息采取应急措施。
改造修复完成后的老爷岭隧道，大量采用了防凝露紧急电话等现代化智能通讯监控设施，有效保障了隧道通行顺畅和道路车辆安全运行。
五、结束语
随若我国高速公路里程数的不断增加，随看交通发展进入智能化业态新阶段.随着云计算、大数据、5
G、人工智能、区块链、物联网等信息技术不断发展并逐渐投入行业应用，交通数字化转型必将促进先进信息技术与交通运输的深度融合，对高速公路机电运维提出新模式和新方案，而保障隧道机电设备的安全可靠也是保障智能化运维的重中之重的一环。紧急电话是隧道机电设备中不可或缺的设备，经过实践证明.本方案中的公路隧道防凝露除湿型隧道紧急电话装世，能有效改善隧道中紧急电话电气设备的使用环境，降低锈蚀、导电等风险，大大提高紧急电话的使用寿命和使用可靠性。
琴考文献
张挣.耿亮.王堆.務連朋相电決力贲模式孩讨：中国交通胃息化).3：57.
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