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    北京九思易自動化軟件 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)中的應用，就當前我國隧道監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成，提供了對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；預案管理；聯(lián)動控制；分布式系統(tǒng)

    ◇ 引言

    公路隧道在整個路段屬于特殊構(gòu)造段，因為隧道空間小，密閉性強，一旦發(fā)生火災、事故、交通擁堵，隧道內(nèi)的環(huán)境會發(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)對馬梧隧道中的茶子腳隧道及蘇屋隧道進行上位集成監(jiān)控。

    ◇ 監(jiān)控系統(tǒng)簡介

    廣西馬梧隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用分層多級控制，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)計范圍內(nèi)。

    隧道監(jiān)控系統(tǒng)由九個子系統(tǒng)構(gòu)成。其中交通監(jiān)控、閉路電視監(jiān)視、火災自動報警、緊急電話、指令電話、有線廣播子系統(tǒng)為獨立的子系統(tǒng)，通風控制、電力監(jiān)控、隧道照明控制在邏輯上相對獨立，在系統(tǒng)構(gòu)成上則合成一體。各子系統(tǒng)間既避免由于某個子系統(tǒng)出故障而影響其它子系統(tǒng)的運行，又可保證整個系統(tǒng)的聯(lián)動運行；當隧道監(jiān)控室設(shè)備出現(xiàn)故障時，通過本地控制器可完成現(xiàn)場控制，每座隧道的所有本地控制器相連，其中有一個本地主控制器，可控制整個隧道的正常運行。

    ※ 系統(tǒng)總體框架

    本監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S網(wǎng)絡架構(gòu)模型，由數(shù)據(jù)服務器、客戶端工作站構(gòu)成，通過光纖環(huán)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互。服務器工程實時采集隧道外場所有設(shè)備數(shù)據(jù)信息，自行進行數(shù)據(jù)分析和存儲，并為客戶端工程提供所有實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；客戶端工程提供人機交互界面，操作員通過客戶端工程向服務器工程發(fā)送請求監(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)可實時監(jiān)控交通信號燈、車道指示器、車輛檢測器、可變情報板等外場設(shè)備。亦可結(jié)合預案系統(tǒng)，當隧道出現(xiàn)任意事故時，調(diào)動各外場設(shè)備進行聯(lián)動控制，保障隧道交通正常運行。

    消防子系統(tǒng)

    消防子系統(tǒng)為獨立子系統(tǒng)。本次設(shè)計采用光纖光柵感溫探測系統(tǒng)，光纖光柵傳感是通過對光纖內(nèi)部寫入的光柵反射或者折射光譜的檢測實現(xiàn)對火災的檢測。本子系統(tǒng)同時控制照明系統(tǒng)，將隧道內(nèi)所有照明設(shè)備開啟到最大范圍和強度的照明，并控制CCTV系統(tǒng)捕獲火災事發(fā)地三路視頻信號以及本隧道入口處的一路視頻信號自動切換至監(jiān)控主機中，供管理所內(nèi)監(jiān)控人員及時處理現(xiàn)場事故。

    電話子系統(tǒng)

    緊急電話在長隧道出入口和隧道內(nèi)每200米設(shè)置一套，用于司機在緊急情況時進行呼救求援；指令電話設(shè)在隧道口變電所以及隧道管理所內(nèi)，利用程控交換機的熱線和會議電話功能實現(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、電力以及交通管理方面的集中服務通信。

    本子系統(tǒng)可實時檢測隧道內(nèi)任意一部電話的呼叫狀態(tài)。同時，系統(tǒng)會控制CCTV系統(tǒng)，將報警點處的三路實時視頻信號及當前隧道入口處的一路視頻信號自動切換至監(jiān)控主機中，供管理所內(nèi)監(jiān)控人員及時了解現(xiàn)場的情況。

    通風子系統(tǒng)

    通風控制子系統(tǒng)可以根據(jù)檢測到的環(huán)境數(shù)據(jù)、交通量信息控制風機的運行臺數(shù)、風向、運行時間，并且能實現(xiàn)節(jié)能運行和保持風機較佳壽命的控制運行，并在發(fā)生火災時根據(jù)不同地點，進行相應的火災排煙處理，以保證隧道的安全及運行環(huán)境的舒適性。
通風控制子系統(tǒng)由交通監(jiān)控計算機、隧道本地控制器、風機、CO/VI檢測器以及傳輸通道等組成。通風控制分為自動控制和手動控制兩種方式，其中人工控制優(yōu)先權(quán)高于自動控制。

    照明子系統(tǒng)

    在茶子腳隧道入口洞內(nèi)/外設(shè)置光強檢測器共4套，其檢測數(shù)據(jù)作為對隧道的照明回路實施控制的依據(jù)，對于出口段的照明可參照入口進行控制，不再設(shè)置光強檢測器。除朝塘隧道外，茶子腳隧道、河尾沖隧道等六個隧道均設(shè)置照明回路設(shè)施，包括每個單洞設(shè)置4路加強燈、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，其控制也是通過變電站來集中控制。因此，對隧道內(nèi)照明系統(tǒng)的控制可通過控制洞口變電所內(nèi)低壓柜的相應回路來實現(xiàn)。變電所工控機通過獲取的光強監(jiān)測器參數(shù)自動調(diào)節(jié)隧道照明亮度，通過工業(yè)以太網(wǎng)將有關(guān)信息傳送至上級隧道管理所，并接受來自上級隧道管理所的控制指令。

    電力子系統(tǒng)

    電力子系統(tǒng)通過變電站內(nèi)的各個電力設(shè)備監(jiān)控單元對電力設(shè)備進行數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，以保證各個電力設(shè)備可靠穩(wěn)定運行。本系統(tǒng)實現(xiàn)對茶子腳隧道中的2套UPS設(shè)備以及蘇屋隧道群中的6套UPS設(shè)備的各項數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，在隧道管理所的監(jiān)控畫面中，可實時查看任意UPS設(shè)備的運行狀態(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（在緊急停車帶根據(jù)實際情況適當增設(shè)）間距安裝固定攝像機，順車輛行駛方向設(shè)置，保證整個隧道內(nèi)無盲點；在隧道兩端入口前設(shè)置室外型彩色遙控攝像機，在無人職守隧道變電所設(shè)置室內(nèi)型彩色遙控攝像機。

    本子系統(tǒng)是由隧道管理所視頻以太網(wǎng)交換機、網(wǎng)絡視頻服務器、監(jiān)控主機等設(shè)備組成。任意一路圖像均可在監(jiān)控主機上實時顯示，隧道管理所可對隧道外場遙控攝像機進行控制，并對隧道視頻圖像進行循環(huán)編碼存儲，當有事件時，有觸發(fā)信號保存事件前后的錄像。

    網(wǎng)絡子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)可實時監(jiān)測茶子腳隧道管理所局域網(wǎng)中19部網(wǎng)絡光交換機和蘇屋隧道管理所局域網(wǎng)中的17部網(wǎng)絡光交換機的通信狀態(tài)以及報警狀態(tài)，實時監(jiān)測各個光交換機的電端口、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)合實際需要，輔助操作員錄入各種類型的事故信息，并配合報表、曲線查詢統(tǒng)計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)生時間、事故類型、發(fā)生點起始樁號、事故描述、事故解除時間等信息，并存入數(shù)據(jù)服務器的數(shù)據(jù)庫中，以便以后事故的歷史記錄查詢。同時，用戶可由事件錄入子系統(tǒng)來觸發(fā)預案管理子系統(tǒng)。

    預案管理子系統(tǒng)

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

    預案管理器，為外部應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)管理員進行監(jiān)控系統(tǒng)預案的編制、編輯和刪除操作；預案執(zhí)行器為本監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部嵌入組件，根據(jù)預案的相應的條件判斷，來觸發(fā)預案執(zhí)行器。

    本系統(tǒng)中的預案子系統(tǒng)為重要部分，當隧道事故時，它將調(diào)動所集成的所有子系統(tǒng)進行聯(lián)動控制，包括控制交通信號燈的紅黃綠掉頭燈、車道指示器的正/反面的綠箭/紅叉、射流風機的正/反轉(zhuǎn)啟停、情報板的文字/圖片的命令下發(fā)、交通/火災/電話事故報警單元的動畫報警、照明的控制、監(jiān)控畫面的自動切換、事故點的自動定位、CCTV子系統(tǒng)各個攝像頭視頻信號的自動切換等。

    ◇ 系統(tǒng)特色

    ※ 大畫面漫游
                      
                                      圖1  監(jiān)控主界面布局圖
    如圖1所示，在下部“漫游引導區(qū)”中，為隧道整體縮略圖，用戶可點擊其上任意位置，“顯示區(qū)域”的主監(jiān)控界面即會自動定位至相應監(jiān)控區(qū)域，方便了用戶對于大畫面定位的需求，同時，用戶還可以使用鼠標在“顯示區(qū)域”的主監(jiān)控區(qū)域中手工拖動畫面，以瀏覽整個隧道內(nèi)的任意位置。

    ※ 情報板操作控制

    可變情報板屬于獨立開發(fā)的控件，直接嵌入工程中，可根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際文本、動畫顯示效果，在上位監(jiān)控工作站中實時模擬反饋給監(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畫模擬效果。

    可變情報板插件不僅可實時反饋下位設(shè)備的內(nèi)容以及動畫外，可提供用戶進行實時下發(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隧道，長3.3公里，共設(shè)置了56個攝像頭，其中2個入口處分別設(shè)置了云臺攝像頭；蘇屋隧道群共設(shè)置了41個攝像頭，其中8個附帶云臺控制功能，用戶可通過上位操作云臺，轉(zhuǎn)動監(jiān)控攝像頭，實現(xiàn)360°角度監(jiān)控，同時可完成放大縮小、變焦等功能。茶子腳隧道因長度因素，在設(shè)計時，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，并不會導致隧道某一片區(qū)域無視頻信號，而只是整條隧道中跳躍式的出現(xiàn)視頻信號故障。

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

    ※ 電話報警

    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，緊急電話可實時檢測各種類型報警。

    電話子系統(tǒng)聯(lián)動CCTV子系統(tǒng)，通過文本、動畫、視頻等方式，自動定位監(jiān)控畫面，以最為準確、高效的報警方式，協(xié)助操作員監(jiān)控隧道內(nèi)的所有報警。此種功能，不僅從畫面動畫上，還是事務邏輯處理能力上，都成為易控(INSPEC)組態(tài)軟件實現(xiàn)隧道監(jiān)控的一大特色功能。

    ※ 事件錄入

    事件錄入信息，可通過報表功能，檢索出所需要的事件結(jié)果集，打印出相應的事件記錄報表。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)控員對于馬梧隧道的監(jiān)控工作，有力的保障了對于隧道所發(fā)生的所有事故信息的記錄功能，更為充分的服務于本系統(tǒng)的使用人員。

    ※ 聯(lián)動控制與預案管理

    該項目中，最為典型的幾處小型聯(lián)動控制預案就包含通風聯(lián)動、照明聯(lián)動等。隧道內(nèi)，隨時可能因為汽車尾氣的排放或者沙塵的污染等，造成隧道內(nèi)的CO濃度過高、VI能見度的降低等，這些都成為交通上的無形殺手，本地控制器中的邏輯單元實現(xiàn)了通風聯(lián)動功能，即通過監(jiān)視CO/VI的實時采集值，根據(jù)預設(shè)的閾值，判斷是否應該開啟隧道內(nèi)的射流風機，抽出有害氣體煙霧，送入隧道外新鮮空氣，同時根據(jù)實時檢測值和報警點在隧道內(nèi)的實際位置，開啟相應位置上的相應臺數(shù)的風機，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，保障隧道安全行車條件。

    除通風聯(lián)動外，照明聯(lián)動也尤為重要。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)/外光強檢測器，以檢測出洞內(nèi)外的光強值，根據(jù)實時檢測值和洞內(nèi)外的差值，監(jiān)控系統(tǒng)自動根據(jù)預設(shè)閾值開啟或關(guān)閉相應路段的照明設(shè)施，以保證節(jié)約用電。照明系統(tǒng)除通過光強檢測器來控制外，還提供手工本地控制和時鐘控制。

    ※ 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)務外，還需與上層管理中心平浪分中心進行數(shù)據(jù)上傳業(yè)務。易控2009網(wǎng)絡功能采用了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)中分別獲取外場設(shè)備的實時數(shù)據(jù)。

    同時，對于日常歷史數(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點和晚上24點分兩次將當天最新實時數(shù)據(jù)上傳寫入平浪分中心的數(shù)據(jù)庫中，平浪分中心根據(jù)每天上傳的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，從而調(diào)整對高速路上的七處隧道進行管理。

    ◇ 結(jié)語

    本系統(tǒng)采用易控2009分布式網(wǎng)絡功能，同時開發(fā)了大量隧道監(jiān)控專用功能，例如情報板操作控制、電話報警、聯(lián)動控制、自由報表等。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期穩(wěn)定運行，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《自動化博覽》2010年第六期