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    北京九思易自動(dòng)化軟件 朱魁，施成，吳凡，孫迎春

    摘要：本文闡述了基于易控2009組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)道路隧道集成監(jiān)控系統(tǒng)的基本方法，并以廣西馬梧高速公路隧道集成監(jiān)控系統(tǒng)為例，著重分析了集成監(jiān)控分布式控制技術(shù)在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，就當(dāng)前我國(guó)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成，提供了對(duì)于單隧道和隧道群的具體解決方案。

    關(guān)鍵詞：隧道監(jiān)控系統(tǒng)；本地控制器；預(yù)案管理；聯(lián)動(dòng)控制；分布式系統(tǒng)

    ◇ 引言

    公路隧道在整個(gè)路段屬于特殊構(gòu)造段，因?yàn)樗淼揽臻g小，密閉性強(qiáng)，一旦發(fā)生火災(zāi)、事故、交通擁堵，隧道內(nèi)的環(huán)境會(huì)發(fā)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(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。

    廣西桂林至梧州公路馬江至梧州段全線設(shè)有武嶺互通、倒水互通、梧州互通、蒼梧互通以及平浪等5處互通立交，設(shè)有茶子腳隧道、朝塘隧道、河尾沖隧道、方埇隧道、葉板埇隧道、大柚埇隧道以及飛田等7處隧道。其中的隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用易控（INSPEC）2009上位組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，分為馬梧隧道茶子腳監(jiān)控系統(tǒng)和馬梧隧道蘇屋監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)馬梧隧道中的茶子腳隧道及蘇屋隧道進(jìn)行上位集成監(jiān)控。

    ◇ 監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    廣西馬梧隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用分層多級(jí)控制，控制界別包括局監(jiān)控總中心—平浪監(jiān)控分中心—隧道管理所—本地控制器。其中局監(jiān)控總中心不在本次設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

    隧道監(jiān)控系統(tǒng)由九個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。其中交通監(jiān)控、閉路電視監(jiān)視、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、緊急電話、指令電話、有線廣播子系統(tǒng)為獨(dú)立的子系統(tǒng)，通風(fēng)控制、電力監(jiān)控、隧道照明控制在邏輯上相對(duì)獨(dú)立，在系統(tǒng)構(gòu)成上則合成一體。各子系統(tǒng)間既避免由于某個(gè)子系統(tǒng)出故障而影響其它子系統(tǒng)的運(yùn)行，又可保證整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)隧道監(jiān)控室設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)本地控制器可完成現(xiàn)場(chǎng)控制，每座隧道的所有本地控制器相連，其中有一個(gè)本地主控制器，可控制整個(gè)隧道的正常運(yùn)行。

    ※ 系統(tǒng)總體框架

    本監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，由數(shù)據(jù)服務(wù)器、客戶端工作站構(gòu)成，通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器工程實(shí)時(shí)采集隧道外場(chǎng)所有設(shè)備數(shù)據(jù)信息，自行進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)，并為客戶端工程提供所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；客戶端工程提供人機(jī)交互界面，操作員通過(guò)客戶端工程向服務(wù)器工程發(fā)送請(qǐng)求監(jiān)視和控制隧道內(nèi)的所有設(shè)備。

    ※ 各集成監(jiān)控子系統(tǒng)

    交通子系統(tǒng)

    本子系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控交通信號(hào)燈、車(chē)道指示器、車(chē)輛檢測(cè)器、可變情報(bào)板等外場(chǎng)設(shè)備。亦可結(jié)合預(yù)案系統(tǒng)，當(dāng)隧道出現(xiàn)任意事故時(shí)，調(diào)動(dòng)各外場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，保障隧道交通正常運(yùn)行。

    消防子系統(tǒng)

    消防子系統(tǒng)為獨(dú)立子系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)采用光纖光柵感溫探測(cè)系統(tǒng)，光纖光柵傳感是通過(guò)對(duì)光纖內(nèi)部寫(xiě)入的光柵反射或者折射光譜的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的檢測(cè)。本子系統(tǒng)同時(shí)控制照明系統(tǒng)，將隧道內(nèi)所有照明設(shè)備開(kāi)啟到最大范圍和強(qiáng)度的照明，并控制CCTV系統(tǒng)捕獲火災(zāi)事發(fā)地三路視頻信號(hào)以及本隧道入口處的一路視頻信號(hào)自動(dòng)切換至監(jiān)控主機(jī)中，供管理所內(nèi)監(jiān)控人員及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)事故。

    電話子系統(tǒng)

    緊急電話在長(zhǎng)隧道出入口和隧道內(nèi)每200米設(shè)置一套，用于司機(jī)在緊急情況時(shí)進(jìn)行呼救求援；指令電話設(shè)在隧道口變電所以及隧道管理所內(nèi)，利用程控交換機(jī)的熱線和會(huì)議電話功能實(shí)現(xiàn)本路的指令電話系統(tǒng)，指令電話子系統(tǒng)主要用于隧道內(nèi)防災(zāi)、電力以及交通管理方面的集中服務(wù)通信。

    本子系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)隧道內(nèi)任意一部電話的呼叫狀態(tài)。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)控制CCTV系統(tǒng)，將報(bào)警點(diǎn)處的三路實(shí)時(shí)視頻信號(hào)及當(dāng)前隧道入口處的一路視頻信號(hào)自動(dòng)切換至監(jiān)控主機(jī)中，供管理所內(nèi)監(jiān)控人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的情況。

    通風(fēng)子系統(tǒng)

    通風(fēng)控制子系統(tǒng)可以根據(jù)檢測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù)、交通量信息控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)向、運(yùn)行時(shí)間，并且能實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行和保持風(fēng)機(jī)較佳壽命的控制運(yùn)行，并在發(fā)生火災(zāi)時(shí)根據(jù)不同地點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的火災(zāi)排煙處理，以保證隧道的安全及運(yùn)行環(huán)境的舒適性。
通風(fēng)控制子系統(tǒng)由交通監(jiān)控計(jì)算機(jī)、隧道本地控制器、風(fēng)機(jī)、CO/VI檢測(cè)器以及傳輸通道等組成。通風(fēng)控制分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種方式，其中人工控制優(yōu)先權(quán)高于自動(dòng)控制。

    照明子系統(tǒng)

    在茶子腳隧道入口洞內(nèi)/外設(shè)置光強(qiáng)檢測(cè)器共4套，其檢測(cè)數(shù)據(jù)作為對(duì)隧道的照明回路實(shí)施控制的依據(jù)，對(duì)于出口段的照明可參照入口進(jìn)行控制，不再設(shè)置光強(qiáng)檢測(cè)器。除朝塘隧道外，茶子腳隧道、河尾沖隧道等六個(gè)隧道均設(shè)置照明回路設(shè)施，包括每個(gè)單洞設(shè)置4路加強(qiáng)燈、2路全日燈、1路洞口路燈等。

    本照明系統(tǒng)是由隧道變電站集中供電的，其控制也是通過(guò)變電站來(lái)集中控制。因此，對(duì)隧道內(nèi)照明系統(tǒng)的控制可通過(guò)控制洞口變電所內(nèi)低壓柜的相應(yīng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。變電所工控機(jī)通過(guò)獲取的光強(qiáng)監(jiān)測(cè)器參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)隧道照明亮度，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將有關(guān)信息傳送至上級(jí)隧道管理所，并接受來(lái)自上級(jí)隧道管理所的控制指令。

    電力子系統(tǒng)

    電力子系統(tǒng)通過(guò)變電站內(nèi)的各個(gè)電力設(shè)備監(jiān)控單元對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，以保證各個(gè)電力設(shè)備可靠穩(wěn)定運(yùn)行。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)茶子腳隧道中的2套UPS設(shè)備以及蘇屋隧道群中的6套UPS設(shè)備的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在隧道管理所的監(jiān)控畫(huà)面中，可實(shí)時(shí)查看任意UPS設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

    CCTV子系統(tǒng)

    茶子腳隧道、方埇隧道-葉板埇隧道-大柚埇隧道群、飛田隧道洞內(nèi)按每150米左右（在緊急停車(chē)帶根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增設(shè)）間距安裝固定攝像機(jī)，順車(chē)輛行駛方向設(shè)置，保證整個(gè)隧道內(nèi)無(wú)盲點(diǎn)；在隧道兩端入口前設(shè)置室外型彩色遙控?cái)z像機(jī)，在無(wú)人職守隧道變電所設(shè)置室內(nèi)型彩色遙控?cái)z像機(jī)。

    本子系統(tǒng)是由隧道管理所視頻以太網(wǎng)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)等設(shè)備組成。任意一路圖像均可在監(jiān)控主機(jī)上實(shí)時(shí)顯示，隧道管理所可對(duì)隧道外場(chǎng)遙控?cái)z像機(jī)進(jìn)行控制，并對(duì)隧道視頻圖像進(jìn)行循環(huán)編碼存儲(chǔ)，當(dāng)有事件時(shí)，有觸發(fā)信號(hào)保存事件前后的錄像。

    網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)茶子腳隧道管理所局域網(wǎng)中19部網(wǎng)絡(luò)光交換機(jī)和蘇屋隧道管理所局域網(wǎng)中的17部網(wǎng)絡(luò)光交換機(jī)的通信狀態(tài)以及報(bào)警狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)光交換機(jī)的電端口、光端口的通信狀態(tài)，以及主電源輸入、從電源輸入、自愈環(huán)狀態(tài)的通信狀態(tài)。

    事件錄入子系統(tǒng)

    本子系統(tǒng)可在系統(tǒng)中結(jié)合實(shí)際需要，輔助操作員錄入各種類型的事故信息，并配合報(bào)表、曲線查詢統(tǒng)計(jì)出各種類型的事故信息。

    系統(tǒng)在事故發(fā)生后可記錄事故的發(fā)生時(shí)間、事故類型、發(fā)生點(diǎn)起始樁號(hào)、事故描述、事故解除時(shí)間等信息，并存入數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便以后事故的歷史記錄查詢。同時(shí)，用戶可由事件錄入子系統(tǒng)來(lái)觸發(fā)預(yù)案管理子系統(tǒng)。

    預(yù)案管理子系統(tǒng)

    預(yù)案管理子系統(tǒng)為本監(jiān)控系統(tǒng)的一套輔助子系統(tǒng)，分為預(yù)案管理器和預(yù)案執(zhí)行器兩大模塊。

    預(yù)案管理器，為外部應(yīng)用程序可放置局域網(wǎng)內(nèi)的任意工作站上，由隧道管理所系統(tǒng)管理員進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)案的編制、編輯和刪除操作；預(yù)案執(zhí)行器為本監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部嵌入組件，根據(jù)預(yù)案的相應(yīng)的條件判斷，來(lái)觸發(fā)預(yù)案執(zhí)行器。

    本系統(tǒng)中的預(yù)案子系統(tǒng)為重要部分，當(dāng)隧道事故時(shí)，它將調(diào)動(dòng)所集成的所有子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，包括控制交通信號(hào)燈的紅黃綠掉頭燈、車(chē)道指示器的正/反面的綠箭/紅叉、射流風(fēng)機(jī)的正/反轉(zhuǎn)啟停、情報(bào)板的文字/圖片的命令下發(fā)、交通/火災(zāi)/電話事故報(bào)警單元的動(dòng)畫(huà)報(bào)警、照明的控制、監(jiān)控畫(huà)面的自動(dòng)切換、事故點(diǎn)的自動(dòng)定位、CCTV子系統(tǒng)各個(gè)攝像頭視頻信號(hào)的自動(dòng)切換等。

    ◇ 系統(tǒng)特色

    ※ 大畫(huà)面漫游
                      
                                      圖1  監(jiān)控主界面布局圖
    如圖1所示，在下部“漫游引導(dǎo)區(qū)”中，為隧道整體縮略圖，用戶可點(diǎn)擊其上任意位置，“顯示區(qū)域”的主監(jiān)控界面即會(huì)自動(dòng)定位至相應(yīng)監(jiān)控區(qū)域，方便了用戶對(duì)于大畫(huà)面定位的需求，同時(shí)，用戶還可以使用鼠標(biāo)在“顯示區(qū)域”的主監(jiān)控區(qū)域中手工拖動(dòng)畫(huà)面，以瀏覽整個(gè)隧道內(nèi)的任意位置。

    ※ 情報(bào)板操作控制

    可變情報(bào)板屬于獨(dú)立開(kāi)發(fā)的控件，直接嵌入工程中，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際文本、動(dòng)畫(huà)顯示效果，在上位監(jiān)控工作站中實(shí)時(shí)模擬反饋給監(jiān)控人員，包括顯示文本/圖片的內(nèi)容、顏色等，以及立顯、左移、右移等入屏方式的動(dòng)畫(huà)模擬效果。

    可變情報(bào)板插件不僅可實(shí)時(shí)反饋下位設(shè)備的內(nèi)容以及動(dòng)畫(huà)外，可提供用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)下發(fā)信息的編輯工作。

    ※ 視頻監(jiān)控

    馬梧高速中茶子腳隧道為特長(zhǎng)隧道，長(zhǎng)3.3公里，共設(shè)置了56個(gè)攝像頭，其中2個(gè)入口處分別設(shè)置了云臺(tái)攝像頭；蘇屋隧道群共設(shè)置了41個(gè)攝像頭，其中8個(gè)附帶云臺(tái)控制功能，用戶可通過(guò)上位操作云臺(tái)，轉(zhuǎn)動(dòng)監(jiān)控?cái)z像頭，實(shí)現(xiàn)360°角度監(jiān)控，同時(shí)可完成放大縮小、變焦等功能。茶子腳隧道因長(zhǎng)度因素，在設(shè)計(jì)時(shí)，采用了4路視頻線路，每條線路并不按順序依次覆蓋所有攝像頭，而是交叉采集傳輸，即每路線路穿插、跳躍傳輸隧道上/下行隧道中的攝像頭，以保證了某一路視頻線路出現(xiàn)故障，并不會(huì)導(dǎo)致隧道某一片區(qū)域無(wú)視頻信號(hào)，而只是整條隧道中跳躍式的出現(xiàn)視頻信號(hào)故障。

監(jiān)控系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)控一路、二路、四路視頻信號(hào)，可在監(jiān)控窗口菜單中任意更改監(jiān)控模式。同時(shí)，再選中當(dāng)前監(jiān)視窗口后，可更改攝像頭編號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的切換工作。

    ※ 電話報(bào)警

    茶子腳隧道共設(shè)置34部緊急電話，隧道群共設(shè)置14部緊急電話。在上位集成監(jiān)控系統(tǒng)中，緊急電話可實(shí)時(shí)檢測(cè)各種類型報(bào)警。

    電話子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)CCTV子系統(tǒng)，通過(guò)文本、動(dòng)畫(huà)、視頻等方式，自動(dòng)定位監(jiān)控畫(huà)面，以最為準(zhǔn)確、高效的報(bào)警方式，協(xié)助操作員監(jiān)控隧道內(nèi)的所有報(bào)警。此種功能，不僅從畫(huà)面動(dòng)畫(huà)上，還是事務(wù)邏輯處理能力上，都成為易控(INSPEC)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)隧道監(jiān)控的一大特色功能。

    ※ 事件錄入

    事件錄入信息，可通過(guò)報(bào)表功能，檢索出所需要的事件結(jié)果集，打印出相應(yīng)的事件記錄報(bào)表。馬梧隧道監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合此事件錄入功能，更為全面的協(xié)助了監(jiān)控員對(duì)于馬梧隧道的監(jiān)控工作，有力的保障了對(duì)于隧道所發(fā)生的所有事故信息的記錄功能，更為充分的服務(wù)于本系統(tǒng)的使用人員。

    ※ 聯(lián)動(dòng)控制與預(yù)案管理

    該項(xiàng)目中，最為典型的幾處小型聯(lián)動(dòng)控制預(yù)案就包含通風(fēng)聯(lián)動(dòng)、照明聯(lián)動(dòng)等。隧道內(nèi)，隨時(shí)可能因?yàn)槠?chē)尾氣的排放或者沙塵的污染等，造成隧道內(nèi)的CO濃度過(guò)高、VI能見(jiàn)度的降低等，這些都成為交通上的無(wú)形殺手，本地控制器中的邏輯單元實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)聯(lián)動(dòng)功能，即通過(guò)監(jiān)視CO/VI的實(shí)時(shí)采集值，根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值，判斷是否應(yīng)該開(kāi)啟隧道內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)，抽出有害氣體煙霧，送入隧道外新鮮空氣，同時(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)值和報(bào)警點(diǎn)在隧道內(nèi)的實(shí)際位置，開(kāi)啟相應(yīng)位置上的相應(yīng)臺(tái)數(shù)的風(fēng)機(jī)，以保證在節(jié)約用電、環(huán)保的基礎(chǔ)上最為有效的控制隧道內(nèi)的CO/VI值，保障隧道安全行車(chē)條件。

    除通風(fēng)聯(lián)動(dòng)外，照明聯(lián)動(dòng)也尤為重要。為節(jié)省電力資源，故而在隧道入口處的洞內(nèi)、洞外設(shè)置洞內(nèi)/外光強(qiáng)檢測(cè)器，以檢測(cè)出洞內(nèi)外的光強(qiáng)值，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)值和洞內(nèi)外的差值，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)預(yù)設(shè)閾值開(kāi)啟或關(guān)閉相應(yīng)路段的照明設(shè)施，以保證節(jié)約用電。照明系統(tǒng)除通過(guò)光強(qiáng)檢測(cè)器來(lái)控制外，還提供手工本地控制和時(shí)鐘控制。

    ※ 數(shù)據(jù)上傳

    馬梧隧道監(jiān)控系統(tǒng)在自身系統(tǒng)日常業(yè)務(wù)外，還需與上層管理中心平浪分中心進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳業(yè)務(wù)。易控2009網(wǎng)絡(luò)功能采用了WCF通信技術(shù)，在該監(jiān)控系統(tǒng)中也提供了WCF數(shù)據(jù)接口，平浪分中心可通過(guò)此接口從茶子腳監(jiān)控系統(tǒng)、蘇屋監(jiān)控系統(tǒng)中分別獲取外場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

    同時(shí)，對(duì)于日常歷史數(shù)據(jù)，茶子腳監(jiān)控系統(tǒng)和蘇屋監(jiān)控系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)上傳功能，根據(jù)需要，兩處隧道管理所，規(guī)定每天中午12點(diǎn)和晚上24點(diǎn)分兩次將當(dāng)天最新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳寫(xiě)入平浪分中心的數(shù)據(jù)庫(kù)中，平浪分中心根據(jù)每天上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而調(diào)整對(duì)高速路上的七處隧道進(jìn)行管理。

    ◇ 結(jié)語(yǔ)

    本系統(tǒng)采用易控2009分布式網(wǎng)絡(luò)功能，同時(shí)開(kāi)發(fā)了大量隧道監(jiān)控專用功能，例如情報(bào)板操作控制、電話報(bào)警、聯(lián)動(dòng)控制、自由報(bào)表等。本監(jiān)控系統(tǒng)在廣西馬梧高速公路茶子腳隧道和蘇屋隧道群上長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，是九思易公司自承接北京奧林匹克公園地下環(huán)形隧道監(jiān)控系統(tǒng)工程后的又一大型成功隧道監(jiān)控案例。

     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第六期