摘 要：近年來(lái)，我國交通道路在迅猛發(fā)展中，其重要的組成部分隧道數量也在不斷上升。由于我國地理環(huán)境比較復雜，隧道集中監控系統在公路的運營(yíng)和管理以及緊急預案處理中發(fā)揮著(zhù)極其重要的作用。因此，隧道監控系統成為工程單位和公路營(yíng)運管理單位共同關(guān)心的問(wèn)題，建設穩定、先進(jìn)、經(jīng)濟以及擴展性強的監控系統成為當前道路監控的首要目標。隨著(zhù)電子技術(shù)、通信、計算機技術(shù)的高速發(fā)展，公路交通逐漸走向信息化和智能化的程度。監控系統除現場(chǎng)較為成熟的硬件及通信體系外，具有可仿真、易拓展、易維護及支持多重冗余體系的計算機監控系統平臺成為隧道監控系統的主要軟件平臺，與硬件通信系統接口的整合后共同推動(dòng)著(zhù)隧道監控系統的智能化程度的發(fā)展。

　　一、系統組成

　　隧道按長(cháng)度分為短、中、長(cháng)隧道，一般中長(cháng)隧道（>250m及>1km）需要考慮的監控設施會(huì )較多，集中監控點(diǎn)也較多。中長(cháng)隧道按國家的設計標準要求必須要配套監控系統以保證隧道內行車(chē)的安全和通暢。

　　隧道的子系統主要包括：照明系統、通風(fēng)系統、交通誘導系統、CCTV電視監控系統、火災報警系統、消防控制系統、緊急電話(huà)系統、廣播系統、LED顯示系統等。主要涉及到的控制與檢測硬件有PLC控制器（監控通風(fēng)、照明、消防水泵、車(chē)道/交通指示燈等）、車(chē)輛檢測器、亮度/照度檢測儀、風(fēng)速/風(fēng)向檢測儀、一氧化碳/能見(jiàn)度檢測儀、火災報警主機、LED顯示屏、緊急電話(huà)、CCTV系統。

　　從計算機的數據采集方式上主要分為:PLC實(shí)時(shí)監控系統、CCTV電視監控系統、緊急電話(huà)/消防報警/廣播系統、LED顯示屏系統及緊急預案系統，做為計算機組態(tài)軟件平臺是可以將五個(gè)子系統都集成在一個(gè)平臺上的，但就目前的實(shí)際情況來(lái)看，上位軟件與PLC實(shí)時(shí)監控系統的接口最為成熟，其它子系統的通訊接口方式都有其獨立性的特點(diǎn)，需要進(jìn)行一些定制的接口開(kāi)發(fā),實(shí)際的數據交換是必然的，這樣對組態(tài)軟件平臺就要有良好的開(kāi)放性、兼容器及可擴展性要求。

　　二、解決方案

　　目前的隧道監控系統最重要的指標是必須支持良好的C/S架構、支持ODBC快速接口、支持OLE接口訪(fǎng)問(wèn)、SDK開(kāi)發(fā)包及WEB發(fā)布，力控ForceControl6組態(tài)軟件平臺是完全滿(mǎn)足以上幾項指標的，上述指標在隧道行業(yè)的功能特點(diǎn)十分明顯，也是解決數據通訊及采集的最有效方式。

　　1、所有PLC設備的數據通過(guò)以太網(wǎng)可以單獨與上位機通訊，當然也可由主PLC集合所有從PLC的數據單獨與上位機通訊，上位機通訊采用單獨的服務(wù)器與PLC設備通訊，首先體現的是組態(tài)軟件的特點(diǎn)，建立IO設備組態(tài)和變量標簽，將實(shí)際的IO設備通道值與變量標簽對應，這樣現場(chǎng)真實(shí)的數據就采集至監控中心，然后組態(tài)軟件在服務(wù)器端下一步要做的步驟不是建立組態(tài)工藝畫(huà)面，而是進(jìn)行數據的網(wǎng)絡(luò )共享，進(jìn)入運行系統后以網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器并占用內存/CPU使用率最小的方式在后臺運行，實(shí)時(shí)刷新與存儲需要的歷史數據，所有的畫(huà)面都不需要打開(kāi),依然保持服務(wù)器系統的運行。數據流是通過(guò)局域（廣域）網(wǎng)與客戶(hù)端同步方式將數據體現于操作員站仿真的工藝畫(huà)面中，這樣不同的操作員站可定制不同的工藝畫(huà)面，在客戶(hù)端有圖形化的自主開(kāi)發(fā)性能，這樣的C/S架構既保證了整個(gè)系統的穩定性也減少了交叉控制的沖突率。

　　2、ForceControl6的ODBCROUTER組件適合于交通緊急預案分析系統的數據整合,將實(shí)時(shí)或歷史數據以時(shí)間間隔方式或以變化率方式存儲至預案系統所需要的關(guān)系數據庫中,主要以模擬量值與故障報警值為主,向導方式設置的過(guò)程省去了很多SQL腳本語(yǔ)句的編寫(xiě),簡(jiǎn)單、方便、快捷的為緊急預案分析系統提供了原始數據。

　　3、OLE接口（DBCOM）訪(fǎng)問(wèn)適合于目前絕大多數的高級編程環(huán)境（DELPHI、VB、VC++、.net等）中，直接加載已注冊至系統中的DBCOMOCX控件就能訪(fǎng)問(wèn)到本地或遠程的力控實(shí)時(shí)數據庫（DB）中的數據，在預案分析系統中絕大多數開(kāi)關(guān)量數據是不需要存儲的，因此直接訪(fǎng)問(wèn)DB變量的方式來(lái)監控，效率極高,減少了總是用ODBC來(lái)做數據通道的繁瑣性，以“ODBC+OLE接口”兩者相結合的方式優(yōu)化了監控系統與緊急預案分析系統的數據整合。

　　4、具有自身的軟件及通訊協(xié)議的LED顯示系統、車(chē)檢系統、緊急電話(huà)、消防、CCTV系統，目前所有組態(tài)軟件在交通隧道行業(yè)所包函的此類(lèi)硬件驅動(dòng)都是屈指可數的，相當少，在針對整個(gè)監控系統集成方案具體實(shí)施時(shí)就必須考慮以上幾個(gè)子系統的驅動(dòng)接口開(kāi)發(fā)問(wèn)題，力控SDK包制定了驅動(dòng)接口開(kāi)發(fā)的統一標準，可由高級語(yǔ)言（VB/VC++）開(kāi)發(fā)人員定制開(kāi)發(fā)也可由力控驅動(dòng)部定制開(kāi)發(fā)，硬件接口驅動(dòng)解析較為靈活。目前由力控在樓宇項目中的大量應用所積累的經(jīng)驗，相關(guān)的CCTV、消防及緊急電話(huà)系統已有部分驅動(dòng)接口，可根據現場(chǎng)實(shí)際硬件選型情況是否定制開(kāi)發(fā)，針對車(chē)檢數據及LED顯示系統是否集成于實(shí)時(shí)監控平臺中來(lái)定制通訊協(xié)議接口的開(kāi)發(fā)。

　　5、監控系統WEB發(fā)布目前在隧道監控領(lǐng)域應用較少，但信息化手段解決交通道路的管理問(wèn)題終究是交通領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢，軟件的網(wǎng)絡(luò )結構必須要先行。

　　三、網(wǎng)絡(luò )通訊架構

　　1、原交通隧道監控系統網(wǎng)絡(luò )通訊架構如下:

　　由上圖可看出初期交通隧道的設計都偏重于現場(chǎng)總線(xiàn)與以太網(wǎng)混合的復雜通訊結構設計，一方面程序設計人員在現場(chǎng)有較大的軟硬件調試工作量，一方面也增加了整個(gè)系統數據的采集難度。在中控室中并未設計到其它子系統與實(shí)時(shí)監控系統之間的整合問(wèn)題，相互之間都是獨立的。將車(chē)檢器與LED大屏都考慮至現場(chǎng)以PLC的通訊來(lái)解決數據采集與控制問(wèn)題，實(shí)際所得到的驗證是不可靠、不靈活的，車(chē)檢數據的采集、轉發(fā)與存儲利用PLC的通訊方式很難取到較為準確的統計數據，以及LED大屏顯示常常要以ASCII碼的方式寫(xiě)一些天氣或致詞方面的漢字，由目前的常用的PLC是不能實(shí)現的，只能以調用已經(jīng)建立好的文字列表，以通訊協(xié)議方式來(lái)切換內容的列表號，而不能靈活的進(jìn)行漢字的輸入。

　　2、初始硬件通訊結構設計決定了上位軟件所發(fā)揮的作用較為有限，隨著(zhù)實(shí)際工程的驗證后，目前的通訊網(wǎng)絡(luò )結構已經(jīng)有了較大提升。

　　由上圖可看出硬件通訊結構及系統集成方案都是全以太網(wǎng)的通訊結構，由上位軟件通過(guò)定制的驅動(dòng)接口程序直接對車(chē)檢器及LED進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，PLC硬件的邏輯編寫(xiě)與調試也全都在中控室直接下載或上傳，CCTV由矩陣的通訊接口與上位軟件通訊，緊急電話(huà)與消防系統可用API、ODBC等數據訪(fǎng)問(wèn)方式獲取數據，這樣由客戶(hù)端操控的就是所有的隧道監控子系統，使得系統的整合較為完美。

　　四、管理及維護

　　1、硬件通訊管理及維護，就目前的通訊結構來(lái)說(shuō)，所有的硬件或子系統都在一個(gè)網(wǎng)段內，判斷硬件的通訊是否正常只需要由程序開(kāi)發(fā)人員對其狀態(tài)動(dòng)作進(jìn)行組態(tài)即可，由圖形化仿真的形式讓運行人員知道硬件設備的通訊情況，并實(shí)施相應的處理方案。

　　2、圖形化界面的維護，所有交通領(lǐng)域中的圖元都有重復使用的必然性，因此將某一類(lèi)做好的圖元轉換為圖庫的處理，以便經(jīng)常調用，在一些關(guān)鍵的控制動(dòng)作上加安全區或設置一定的權限，由于緊急事件發(fā)生時(shí)的預案系統處理具有著(zhù)較高的優(yōu)先級，為了避免現場(chǎng)的虛假現象導致大型設備的自動(dòng)開(kāi)啟還需要有人為確認的預警提示信息才可執行。

　　3、客戶(hù)端是可以進(jìn)行復制的，但需要將開(kāi)發(fā)環(huán)境中網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的本地IP更改掉才可訪(fǎng)問(wèn)到遠程數據，同時(shí)也要注意網(wǎng)絡(luò )服務(wù)端是否有足夠的對遠程客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)所限制的數量。

　　4、ODBC接口主要運用于網(wǎng)絡(luò )中用來(lái)將實(shí)時(shí)數據轉存關(guān)系數據庫中，由預案系統對數據進(jìn)行分析，并通過(guò)DBCOM訪(fǎng)問(wèn)實(shí)時(shí)數據庫開(kāi)關(guān)量點(diǎn)的方式執行相在的預案，如無(wú)緊急事件發(fā)生時(shí)，預案系統一直處于待機狀態(tài)，需要將客戶(hù)端與此系統的優(yōu)先級進(jìn)行劃分。

　　5、 由于分段的隧道監控系統的數據點(diǎn)數都較多，普遍都能達到4K點(diǎn)以上，對服務(wù)器的數據吞吐量及系統的穩定性有著(zhù)極大的考驗，對系統的優(yōu)化必不可少，介于網(wǎng)絡(luò )的通訊，一些防火墻類(lèi)程序不太適合運行于網(wǎng)絡(luò )中，盡量減少計算機的進(jìn)程數，必須有防毒軟件避免病毒的侵入。

　　6、與PLC系統的通訊，盡量減少I(mǎi)O設備列表的數量，即PLC的數據通訊的網(wǎng)絡(luò )體系結構非常重要，由上位軟件通過(guò)以太網(wǎng)點(diǎn)對點(diǎn)方式去訪(fǎng)問(wèn)所有PLC的數據是不合適的，由于PLC數量龐大，甚至可達上百臺的級別，如果建立上百個(gè)連接是必會(huì )讓系統中增加上百個(gè)進(jìn)程，這對計算機系統是有風(fēng)險的,目前的方案全都是PLC系統以分組方式進(jìn)行數據交換，最終定義的所有的主PLC與上位軟件進(jìn)行通訊，有效減少了IO設備列表數量，得到的是高效穩定的系統。

　　結束語(yǔ)：

　　交通隧道監控系統引入組態(tài)軟件已經(jīng)是以后交通隧道管理的必然趨勢，目前大部分隧道系統都利用組態(tài)軟件預留了數據接口供管理層對未來(lái)實(shí)施信息化的全方位管理奠定基礎，以力控組態(tài)軟件為核心的信息化平臺也將發(fā)揮其重要的作用。