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案例頻道關(guān)鍵詞：隧道監控系統；工業(yè)以太網(wǎng)；區域控制器
隨著(zhù)我國高速公路的發(fā)展，特別是《國家高速公路網(wǎng)規劃》新路網(wǎng)的實(shí)施，一批長(cháng)、特長(cháng)隧道相繼建成。新路網(wǎng)由7條首都放射線(xiàn)、9條南北縱向線(xiàn)和18 條東西橫向線(xiàn)組成。我國將用3O年，投資2萬(wàn)億元，形成8．5萬(wàn)kra國家高速公路網(wǎng)。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(mén)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(cháng)度約124．56萬(wàn)m；其中特長(cháng)隧道33座，計12．63萬(wàn)m；長(cháng)隧道299 座，計49．33萬(wàn)m。
公路隧道不同于鐵路隧道，需要安全、人性化的照明、通風(fēng)設施，更需要一整套合理、周密的緊急事件救助方案。隨著(zhù)我國經(jīng)濟的持續快速發(fā)展，近年來(lái)交通運輸量更是迅猛增加，行經(jīng)隧道的車(chē)輛如果較為密集或者行駛緩慢時(shí)，會(huì )造成污染物（如co）的增加，能見(jiàn)度的下降。公路隧道在整個(gè)路段屬于特殊構造段，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(gè)閉環(huán)控制系統，包括環(huán)境檢測及交通控制系統、照明控制系統、通風(fēng)控制系統、火災報警系統、CCTV系統、消防控制系統、緊急電話(huà)通信系統以及電力監控系統等。
隧道工程的典型特點(diǎn)是距離長(cháng)、規模大、站點(diǎn)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(chē)道隧道。隧道內設置照明、通風(fēng)、區域控制、消防、排水、緊急電話(huà)、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(guān)鍵。隧道監控系統工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構見(jiàn)圖1。
該網(wǎng)絡(luò )通過(guò)區域控制器的l0Mb／looMb的光纖自愈環(huán)網(wǎng)進(jìn)行連接通信，因采用的是自愈式光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)，這樣即使在一端光纖斷開(kāi)的情況下，光纖冗余環(huán)網(wǎng)中的所有控制器仍然能夠通過(guò)另外一端光纖進(jìn)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(gè)變電站的信息外，還控制隧道內的通風(fēng)、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(chē)道指示器等）、交通檢測設備（如車(chē)輛檢測器）、環(huán)境檢測設備（如CO檢測儀、透過(guò)率檢測儀、能見(jiàn)度檢測等）和照明檢測設備等信息分別單獨進(jìn)行采集?？刂剖曳?wù)器另外，BT倉庫同時(shí)具有搜索和存儲各大BT發(fā)布網(wǎng)站上的 Torrent文件信息兩大功能，以方便大家瀏覽、查詢(xún)。在軟件內部無(wú)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(kāi)相關(guān)聯(lián)的BT 下載軟件。
它實(shí)現Torrent文件信息本地化，可把相關(guān)BT發(fā)布網(wǎng)站上最新發(fā)布的Torrent文件信息下載到本地硬盤(pán)，方便瀏覽?？深A覽文件詳細相關(guān)信息，當鼠標在數據列表中的數據名稱(chēng)上靜止指定的時(shí)間時(shí)，將會(huì )自動(dòng)彈出信息提示框，在其中顯示詳細相關(guān)信息。具有數據排序功能，可按添加時(shí)間、文件大小、文件名稱(chēng)、當前種子數、連接用戶(hù)數等進(jìn)行排序。具有搜索功能，只需輸入搜索關(guān)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(dòng)漫等信息。下載功能方便，只需雙擊數據列表中的數據名稱(chēng)就可以下載相關(guān)的torrent文件，在下載完畢后，如果您的電腦上已經(jīng)安裝有BT下載軟件的話(huà)，則會(huì )自動(dòng)運行此軟件，并直接在其中打開(kāi)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(cháng)傳播這些文件。
BT會(huì )使人人都可能成為廣播電視公司，你不再需要廣播電視網(wǎng)就能展示你的產(chǎn)品，只要把電視節目壓縮成電腦文件，加入BT協(xié)議，把它放在互聯(lián)網(wǎng)上就可以了。用戶(hù)只要點(diǎn)擊鏈接，把它下載下來(lái)，在任何時(shí)候都能觀(guān)看。據權威人士預計，隨著(zhù)大大小小的制片商紛紛利用這種低成本的分銷(xiāo)渠道，將會(huì )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(gè)系統使用相似的P2P協(xié)議，觀(guān)眾可以合法下載BBC的部分電視節目。澳大利亞影視廣播學(xué)院互動(dòng)媒體講師Mark·Pesce稱(chēng)，BT不僅將改變電視分銷(xiāo)的方式，而且將改變電視節目制作的方式。BT勢必能不斷發(fā)展，它將改變網(wǎng)絡(luò )媒體行業(yè)，這就像是一場(chǎng)Intemet革命。通過(guò)Etemet與上級控制中心聯(lián)系。隧道內設備斷面分布見(jiàn)圖2。
2 隧道監控系統的功能
（1）根據能見(jiàn)度參數來(lái)確定此時(shí)的洞口限速值等相關(guān)交通信息。檢測隧道內能見(jiàn)度參數分為幾個(gè)級別，每個(gè)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(fā)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(huà)、巡邏車(chē)、養護部門(mén)送來(lái)的各種隧道維護、事故等信息進(jìn)行人工輸入，包括事故的發(fā)生時(shí)間和終止時(shí)間、地點(diǎn)、類(lèi)型、事故檢測的手段、事故處理過(guò)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(shí)的隧道運行狀況（正常、堵塞、火災等）由隧道管理站進(jìn)行自動(dòng)控制。
（4）通過(guò)設在隧道洞口和隧道內的攝像機進(jìn)行監視并錄像，確認區域內的交通狀況。
（5）可監視隧道通風(fēng)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(huán)境情況，并對通風(fēng)系統進(jìn)行相應控制提供必要的參數。
（7）利用車(chē)輛檢測器對交通量、平均車(chē)速、占有率等參數進(jìn)行檢測，通過(guò)運算可得出交通擁擠、阻塞（幾個(gè)級別）、事故或車(chē)輛故障，并進(jìn)行報警。
（8）利用設在隧道內的火災自動(dòng)檢測器和手動(dòng)報警按鈕來(lái)自動(dòng)、手動(dòng)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(huà)報警時(shí)，可自動(dòng)切換相應攝像機顯示畫(huà)面并錄像。
（10）通過(guò)攝像機確認隧道內事件狀況后，系統可自
動(dòng)提示控制方式，待人工確認后即可發(fā)布信息，也可人工重新設定控制命令。
（11）根據不同事件類(lèi)型和發(fā)生位置，系統具有對應的唯一的控制方案。
（12）可通過(guò)可變情報板（洞外）、小型可變情報板（洞內）、洞口交通信號燈、車(chē)道指示器、橫通道指示器、
有線(xiàn)廣播系統等設施進(jìn)行信息發(fā)布。
（13）在出現交通異?；蚴鹿是闆r下，值班員可通過(guò)指令電話(huà)調度巡邏車(chē)以及高速公路管理人員輔助控制，
并可通過(guò)調節與本隧道相鄰的收費站開(kāi)啟收費車(chē)道數來(lái)調節主線(xiàn)交通量。
（14）對于控制命令的自動(dòng)提供，發(fā)布時(shí)由值班員經(jīng)過(guò)確認后再進(jìn)行人工發(fā)布。
（15）對于以下設備的工作狀態(tài)和設備故障信息，將在監控計算機和監視屏墻上實(shí)時(shí)顯示，并可對發(fā)布設備正在顯示的內容進(jìn)行顯示：
手動(dòng)報警按鈕、火災自動(dòng)檢測器、車(chē)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(huà)、CO／VI檢測器、光強檢測儀、洞口交通信號燈、車(chē)道指示器、橫通道指示器等。
（16）隧道管理站可對隧道圖像進(jìn)行控制、切換顯示及錄像，并保證在隧道出現異常時(shí)可實(shí)現單洞全長(cháng)監視功能。在隧道出現火災時(shí)視頻控制矩陣可根據火災報警點(diǎn)的位置自動(dòng)切換附近攝像機的圖像到控制臺的監視器上顯示．并觸發(fā)錄像機自動(dòng)錄像。
（17）在隧道內發(fā)生火災、交通異常、環(huán)境條件異常時(shí)，隧道處的交通誘導系統（包括洞口交通信號燈、車(chē)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(fēng)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(dòng)作，不會(huì )出現矛盾的信號顯示，實(shí)現安全控制功能。
（18）隧道管理站向收費監控片區中心實(shí)時(shí)自動(dòng)傳輸一些必要的數據、圖像及報警信息，包括車(chē)輛檢測器、緊急電話(huà)的信息，可變情報板發(fā)布的內容。
（19）隧道管理站可接收收費監控片區中心發(fā)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(fā)的網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘時(shí)間，可自動(dòng)校正計算機時(shí)間，保證計算機系統的時(shí)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(shí)現設備聯(lián)網(wǎng)和軟件兼容。
3 工業(yè)以太網(wǎng)和區域控制器隧道現場(chǎng)
設有變電站控制室，室內設控制柜、動(dòng)力柜，安裝有PLC、供電回路等，分別控制相關(guān)的照明、通風(fēng)、區域控制等設備。各PLC對照明、通風(fēng)、本地控制系統信息進(jìn)行采集，同時(shí)按所設定的程序以及上位機的指令進(jìn)行相應的動(dòng)作。采集的信息經(jīng)PLC10Mb／100Mb光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)傳至控制室中央計算機上，實(shí)現聯(lián)網(wǎng)。
另外，在隧道監控中心的服務(wù)器上匯集了隧道各個(gè)設備實(shí)時(shí)信息，所以本地控制器不僅能快速交換實(shí)時(shí)數據，進(jìn)行數據采集，還能接受和執行上位機的指令，通過(guò)服務(wù)器可對現場(chǎng)任一設備（照明、通風(fēng)、本地控制器）發(fā)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(xié)議是隨著(zhù)制造商和設備而變的。協(xié)議的差別使得不同廠(chǎng)商生產(chǎn)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(guò)易于建立的用于匹配所連接的設備協(xié)議的協(xié)議宏解決了這個(gè)問(wèn)題，協(xié)議宏使得開(kāi)發(fā)方不需要編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的通信程序與第三方設備進(jìn)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(jìn)行通信。
在本控制系統中用于控制照明、通風(fēng)、電力、交通等設備的各個(gè)區域控制器均采用獨立的控制程序，而且有兩個(gè)區域控制器分別配置了一臺人機交互用的觸摸屏，通過(guò)PLC和觸摸屏可以實(shí)現對照明、通風(fēng)、電力監控、交通監控等各部分的監視、控制?？刂剖抑醒胗嬎銠C則通過(guò)Ethernet與上級控制中心聯(lián)系。
光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)是PLC一個(gè)重要的網(wǎng)絡(luò )，它支持在PLC之間及PLC和上位機之間的自動(dòng)數據交換，也可使用信息服務(wù)進(jìn)行可編程的數據傳送，隧道監控系統用光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行數據通信。
4 通風(fēng)控制子系統
通風(fēng)控制子系統根據檢測到的透過(guò)率、CO濃度數據、交通量數據，控制風(fēng)機的運行臺數、風(fēng)向和運行時(shí)間，實(shí)現節能運行和保持風(fēng)機較佳壽命的控制運行，并在發(fā)生火災時(shí)，根據不同地點(diǎn)，進(jìn)行相應的火災排煙處理，保證隧道的安全及運行環(huán)境的舒適性。
一般隧道的通風(fēng)控制子系統控制方式可以有如下四級：第一，監控中心（自動(dòng)控制、人工遠程控制）；第二，隧道監控室（自動(dòng)控制、人工控制）；第三，隧道變電所（人工手動(dòng)控制）；第四，通風(fēng)機開(kāi)關(guān)箱（人工手動(dòng)控制）。
正常情況下將隧道變電所的風(fēng)機控制轉換開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位，由監控中心實(shí)現通風(fēng)控制子系統的監控，自動(dòng)完成子系統的各項功能。系統在發(fā)生故障或需要時(shí)經(jīng)過(guò)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(fēng)設備和通風(fēng)控制子系統需要進(jìn)行維修和測試時(shí)則采取隧道監控室人工控制、變電所人工控制、通風(fēng)機開(kāi)關(guān)箱處人工控制的方式。
通風(fēng)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(fēng)控制柜、隧道內風(fēng)機、CO檢測器和透過(guò)率檢測器、連接電纜、電源電纜等組成。CO檢測器和透過(guò)率檢測器設在隧道內，用于檢測隧道內CO濃度和能見(jiàn)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(jìn)行比較．控制風(fēng)機的啟停。
通風(fēng)系統設計在隧道內的通風(fēng)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(fēng)控制柜用繼電器接點(diǎn)輸出相連，以保證對風(fēng)機的遙控，每個(gè)單洞進(jìn)行獨立控制，盡量減少相互之間的影響。
對監控系統自動(dòng)控制風(fēng)機來(lái)看是將一個(gè)斷面上的兩臺風(fēng)機作為一組進(jìn)行控制，由通風(fēng)系統返回每臺風(fēng)機的狀態(tài)信號，即風(fēng)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(chē)的安全，以及在滿(mǎn)足照明要求的情況下達到節能運行的目的，同時(shí)對洞內照明以及照明控制設備的狀況進(jìn)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(jìn)行照明控制，在隧道至監控分中心的通信出現故障時(shí)，可直接在本地控制器上操作，以保證隧道正常運營(yíng)。
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(dòng)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(diǎn)，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(diǎn)相連，以保證對照明的遙控，每個(gè)單洞獨立進(jìn)行控制，避免相互之間的影響。
照明分3個(gè)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(yǔ)結
目前，隧道監控系統是一個(gè)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(lài)于進(jìn)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(wèn)題，所以，對隧道監控系統的深入研究尤其是特長(cháng)隧道的研究是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題，它的研究成果對于我國經(jīng)濟建設的發(fā)展及國家和人民的生命財產(chǎn)免受損失必將帶來(lái)顯著(zhù)的作用。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號