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案例頻道關鍵詞：隧道監控系統；工業以太網；區域控制器
隨著我國高速公路的發展，特別是《國家高速公路網規劃》新路網的實施，一批長、特長隧道相繼建成。新路網由7條首都放射線、9條南北縱向線和18 條東西橫向線組成。我國將用3O年，投資2萬億元，形成8．5萬kra國家高速公路網。根據交通部最新公布，我國2004年公路隧道統計資料（不包括香港、澳門特別行政區和臺灣省的數據），全國共有公路隧道2495座，累計長度約124．56萬m；其中特長隧道33座，計12．63萬m；長隧道299 座，計49．33萬m。
公路隧道不同于鐵路隧道，需要安全、人性化的照明、通風設施，更需要一整套合理、周密的緊急事件救助方案。隨著我國經濟的持續快速發展，近年來交通運輸量更是迅猛增加，行經隧道的車輛如果較為密集或者行駛緩慢時，會造成污染物（如co）的增加，能見度的下降。公路隧道在整個路段屬于特殊構造段，因為隧道空間小，密閉性強，一旦發生火災、事故、交通擁堵，隧道內的環境會發生急劇惡化，直接影響到司乘人員的健康和生命安全，因此，對隧道監控系統提出了更高的要求。
1 隧道監控系統的結構
高速公路隧道監控系統在一定程度上是一個閉環控制系統，包括環境檢測及交通控制系統、照明控制系統、通風控制系統、火災報警系統、CCTV系統、消防控制系統、緊急電話通信系統以及電力監控系統等。
隧道工程的典型特點是距離長、規模大、站點多、通訊對象多，公路隧道一般是上下行分離、雙洞、單向行駛雙車道隧道。隧道內設置照明、通風、區域控制、消防、排水、緊急電話、通信、交通誘導設備等多種設備，以確保隧道安全、正常通行。因此，對這些設備的正確調度，監控、監視是隧道安全暢通所必須的，尤其在事故狀況下，更是保證人身、設備安全的關鍵。隧道監控系統工業以太網網絡拓撲結構見圖1。
該網絡通過區域控制器的l0Mb／looMb的光纖自愈環網進行連接通信，因采用的是自愈式光纖以太冗余環網，這樣即使在一端光纖斷開的情況下，光纖冗余環網中的所有控制器仍然能夠通過另外一端光纖進行正常的通信，保證了通信的可靠性。另外，區域控制器除了分別采集每個變電站的信息外，還控制隧道內的通風、照明和對洞的交通誘導設備（可變情報板、可變限速標志、橫洞指示標志、車道指示器等）、交通檢測設備（如車輛檢測器）、環境檢測設備（如CO檢測儀、透過率檢測儀、能見度檢測等）和照明檢測設備等信息分別單獨進行采集。控制室服務器另外，BT倉庫同時具有搜索和存儲各大BT發布網站上的 Torrent文件信息兩大功能，以方便大家瀏覽、查詢。在軟件內部無縫集合了BT種子下載功能，可直接下載BT種子并在下載完畢后直接打開相關聯的BT 下載軟件。
它實現Torrent文件信息本地化，可把相關BT發布網站上最新發布的Torrent文件信息下載到本地硬盤，方便瀏覽。可預覽文件詳細相關信息，當鼠標在數據列表中的數據名稱上靜止指定的時間時，將會自動彈出信息提示框，在其中顯示詳細相關信息。具有數據排序功能，可按添加時間、文件大小、文件名稱、當前種子數、連接用戶數等進行排序。具有搜索功能，只需輸入搜索關鍵字，按一下Enter鍵，即可搜索到想要的電影、連續劇、綜藝節目以及動漫等信息。下載功能方便，只需雙擊數據列表中的數據名稱就可以下載相關的torrent文件，在下載完畢后，如果您的電腦上已經安裝有BT下載軟件的話，則會自動運行此軟件，并直接在其中打開torrent文件。
是真正合法的，大文件通常都是占據很多空間的音頻文件，而其中很多則是電視節目或者盜版電影，BT很擅長傳播這些文件。
BT會使人人都可能成為廣播電視公司，你不再需要廣播電視網就能展示你的產品，只要把電視節目壓縮成電腦文件，加入BT協議，把它放在互聯網上就可以了。用戶只要點擊鏈接，把它下載下來，在任何時候都能觀看。據權威人士預計，隨著大大小小的制片商紛紛利用這種低成本的分銷渠道，將會有大量新的電視節目推出。英國廣播公司BBC于2005年8月宣布了MyBBCPlayer的計劃，這個系統使用相似的P2P協議，觀眾可以合法下載BBC的部分電視節目。澳大利亞影視廣播學院互動媒體講師Mark·Pesce稱，BT不僅將改變電視分銷的方式，而且將改變電視節目制作的方式。BT勢必能不斷發展，它將改變網絡媒體行業，這就像是一場Intemet革命。通過Etemet與上級控制中心聯系。隧道內設備斷面分布見圖2。
2 隧道監控系統的功能
（1）根據能見度參數來確定此時的洞口限速值等相關交通信息。檢測隧道內能見度參數分為幾個級別，每個級別對應不同的限速值，并在軟件中可靈活修改參數。對于人工發布的文字信息，將列有一定的常用內容供操作人員選擇。
（2）可針對緊急電話、巡邏車、養護部門送來的各種隧道維護、事故等信息進行人工輸入，包括事故的發生時間和終止時間、地點、類型、事故檢測的手段、事故處理過程中采用的監控措施、事故描述等。
（3）隧道照明將根據光強檢測儀檢測的參數，結合此時的隧道運行狀況（正常、堵塞、火災等）由隧道管理站進行自動控制。
（4）通過設在隧道洞口和隧道內的攝像機進行監視并錄像，確認區域內的交通狀況。
（5）可監視隧道通風系統、照明系統的工作狀況。
（6）利用設在隧道內CO／VI檢測器檢測該區域的環境情況，并對通風系統進行相應控制提供必要的參數。
（7）利用車輛檢測器對交通量、平均車速、占有率等參數進行檢測，通過運算可得出交通擁擠、阻塞（幾個級別）、事故或車輛故障，并進行報警。
（8）利用設在隧道內的火災自動檢測器和手動報警按鈕來自動、手動檢測上傳隧道內火災信息。
（9）當檢測到隧道內有火災、交通阻塞、緊急電話報警時，可自動切換相應攝像機顯示畫面并錄像。
（10）通過攝像機確認隧道內事件狀況后，系統可自
動提示控制方式，待人工確認后即可發布信息，也可人工重新設定控制命令。
（11）根據不同事件類型和發生位置，系統具有對應的唯一的控制方案。
（12）可通過可變情報板（洞外）、小型可變情報板（洞內）、洞口交通信號燈、車道指示器、橫通道指示器、
有線廣播系統等設施進行信息發布。
（13）在出現交通異常或事故情況下，值班員可通過指令電話調度巡邏車以及高速公路管理人員輔助控制，
并可通過調節與本隧道相鄰的收費站開啟收費車道數來調節主線交通量。
（14）對于控制命令的自動提供，發布時由值班員經過確認后再進行人工發布。
（15）對于以下設備的工作狀態和設備故障信息，將在監控計算機和監視屏墻上實時顯示，并可對發布設備正在顯示的內容進行顯示：
手動報警按鈕、火災自動檢測器、車輛檢測器、可變情報板、小型可變情報板、可變限速標志、緊急電話、CO／VI檢測器、光強檢測儀、洞口交通信號燈、車道指示器、橫通道指示器等。
（16）隧道管理站可對隧道圖像進行控制、切換顯示及錄像，并保證在隧道出現異常時可實現單洞全長監視功能。在隧道出現火災時視頻控制矩陣可根據火災報警點的位置自動切換附近攝像機的圖像到控制臺的監視器上顯示．并觸發錄像機自動錄像。
（17）在隧道內發生火災、交通異常、環境條件異常時，隧道處的交通誘導系統（包括洞口交通信號燈、車道指示器、橫通道指示器、可變限速標志、可變情報板、小型可變情報板）、風機和照明等系統的運行將保證隧道交通運行安全，所有信號標志是連鎖動作，不會出現矛盾的信號顯示，實現安全控制功能。
（18）隧道管理站向收費監控片區中心實時自動傳輸一些必要的數據、圖像及報警信息，包括車輛檢測器、緊急電話的信息，可變情報板發布的內容。
（19）隧道管理站可接收收費監控片區中心發布的各種控制命令和系統參數信息。另外，隧道管理站可接受收費監控片區中心下發的網絡時鐘時間，可自動校正計算機時間，保證計算機系統的時鐘統一。
（20）隧道管理站向收費監控片區中心上傳圖像信號。
（21）監控系統方案、設備、軟件、數據庫結構和格式等方面將充分考慮收費監控片區中心及省監控系統的情況，實現設備聯網和軟件兼容。
3 工業以太網和區域控制器隧道現場
設有變電站控制室，室內設控制柜、動力柜，安裝有PLC、供電回路等，分別控制相關的照明、通風、區域控制等設備。各PLC對照明、通風、本地控制系統信息進行采集，同時按所設定的程序以及上位機的指令進行相應的動作。采集的信息經PLC10Mb／100Mb光纖以太冗余環網傳至控制室中央計算機上，實現聯網。
另外，在隧道監控中心的服務器上匯集了隧道各個設備實時信息，所以本地控制器不僅能快速交換實時數據，進行數據采集，還能接受和執行上位機的指令，通過服務器可對現場任一設備（照明、通風、本地控制器）發布操作命令。為此，隧道主控制器選用PLC作為區域控制器，它具有高速信息交換能力和良好控制功能。
在每臺PLC上安裝有Rs-_485／RS422或Rsr-_232通訊端口，以便與多參數智能變送器、限速控制器、可變情報板顯示控制器等儀表控制設備相連，串行通信的數據協議是隨著制造商和設備而變的。協議的差別使得不同廠商生產的設備間的通信非常困難，即使它們的電氣標準相同，PI～通過易于建立的用于匹配所連接的設備協議的協議宏解決了這個問題，協議宏使得開發方不需要編寫專門的通信程序與第三方設備進行通信，原則上PI～能和任何帶 Rs-232c，RS-422或RS-485接口的設備進行通信。
在本控制系統中用于控制照明、通風、電力、交通等設備的各個區域控制器均采用獨立的控制程序，而且有兩個區域控制器分別配置了一臺人機交互用的觸摸屏，通過PLC和觸摸屏可以實現對照明、通風、電力監控、交通監控等各部分的監視、控制。控制室中央計算機則通過Ethernet與上級控制中心聯系。
光纖以太冗余環網是PLC一個重要的網絡，它支持在PLC之間及PLC和上位機之間的自動數據交換，也可使用信息服務進行可編程的數據傳送，隧道監控系統用光纖以太冗余環網來進行數據通信。
4 通風控制子系統
通風控制子系統根據檢測到的透過率、CO濃度數據、交通量數據，控制風機的運行臺數、風向和運行時間，實現節能運行和保持風機較佳壽命的控制運行，并在發生火災時，根據不同地點，進行相應的火災排煙處理，保證隧道的安全及運行環境的舒適性。
一般隧道的通風控制子系統控制方式可以有如下四級：第一，監控中心（自動控制、人工遠程控制）；第二，隧道監控室（自動控制、人工控制）；第三，隧道變電所（人工手動控制）；第四，通風機開關箱（人工手動控制）。
正常情況下將隧道變電所的風機控制轉換開關置于“自動”位，由監控中心實現通風控制子系統的監控，自動完成子系統的各項功能。系統在發生故障或需要時經過轉換應在前三級的任一級上維持系統的正常運行。在對通風設備和通風控制子系統需要進行維修和測試時則采取隧道監控室人工控制、變電所人工控制、通風機開關箱處人工控制的方式。
通風控制子系統由監控中心工作站、隧道設備室區域控制器、通風控制柜、隧道內風機、CO檢測器和透過率檢測器、連接電纜、電源電纜等組成。CO檢測器和透過率檢測器設在隧道內，用于檢測隧道內CO濃度和能見度情況，由本地控制器采集數據，監控系統將檢測數據與標準值進行比較．控制風機的啟停。
通風系統設計在隧道內的通風控制柜，能完成本地的人工控制，并且預留遙控遙信條件。監控系統在隧道變電站設有本地控制器。與通風控制柜用繼電器接點輸出相連，以保證對風機的遙控，每個單洞進行獨立控制，盡量減少相互之間的影響。
對監控系統自動控制風機來看是將一個斷面上的兩臺風機作為一組進行控制，由通風系統返回每臺風機的狀態信號，即風機的正轉、反轉、停止、故障等信號，輸入輸出之間有電磁隔離措施。
5 隧道照明控制子系統
隧道照明控制子系統根據檢測到的洞內外光強數據、交通量變化以及白天、黑夜等情況，控制隧道的照明系統，調節出入口以及洞內的照明，保證行車的安全，以及在滿足照明要求的情況下達到節能運行的目的，同時對洞內照明以及照明控制設備的狀況進行監視。
隧道照明控制子系統由監控分中心計算機、隧道設備室本地控制器、照明控制柜、隧道內燈具、連接電纜等組成。監控分中心計算機、隧道本地控制器都可進行照明控制，在隧道至監控分中心的通信出現故障時，可直接在本地控制器上操作，以保證隧道正常運營。
照明系統在隧道內設照明控制柜等設備，能完成本地的人工和自動控制，并且預留監控裝置遙控、遙信的條件，提供控制每路照明的繼電器接點，監控系統在隧道變電站設有本地控制器，直接與照明控制柜的繼電器接點相連，以保證對照明的遙控，每個單洞獨立進行控制，避免相互之間的影響。
照明分3個等級：0級為全日燈，基本照明，不控制；1級為全日燈、黃昏燈；2級為全日燈、黃昏燈、白日燈。
6 語結
目前，隧道監控系統是一個復雜的系統工程，考慮到國內的隧道監控系統的核心設備大部分還依賴于進口，控制方式有些還照搬國外的控制方法，隧道的設備標志不合理，對于隧道異常事件處理預案還不成熟等問題，所以，對隧道監控系統的深入研究尤其是特長隧道的研究是一個迫切需要解決的問題，它的研究成果對于我國經濟建設的發展及國家和人民的生命財產免受損失必將帶來顯著的作用。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號