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)現道路隧道集成監控系統的基本方法，并以廣西馬梧高速公路隧道集成監控系統為例，著(zhù)重分析了集成監控分布式控制技術(shù)在隧道監控系統中的應用，就當前我國隧道監控系統的構成，提供了對于單隧道和隧道群的具體解決方案。

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

    ◇ 引言

    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。

    廣西桂林至梧州公路馬江至梧州段全線(xiàn)設有武嶺互通、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。其中的隧道監控系統采用易控（INSPEC）2009上位組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，分為馬梧隧道茶子腳監控系統和馬梧隧道蘇屋監控系統對馬梧隧道中的茶子腳隧道及蘇屋隧道進(jìn)行上位集成監控。

    ◇ 監控系統簡(jiǎn)介

    廣西馬梧隧道監控系統采用分層多級控制，控制界別包括局監控總中心—平浪監控分中心—隧道管理所—本地控制器。其中局監控總中心不在本次設計范圍內。

    隧道監控系統由九個(gè)子系統構成。其中交通監控、閉路電視監視、火災自動(dòng)報警、緊急電話(huà)、指令電話(huà)、有線(xiàn)廣播子系統為獨立的子系統，通風(fēng)控制、電力監控、隧道照明控制在邏輯上相對獨立，在系統構成上則合成一體。各子系統間既避免由于某個(gè)子系統出故障而影響其它子系統的運行，又可保證整個(gè)系統的聯(lián)動(dòng)運行；當隧道監控室設備出現故障時(shí)，通過(guò)本地控制器可完成現場(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)隧道的正常運行。

    ※ 系統總體框架

    本監控系統采用C/S網(wǎng)絡(luò )架構模型，由數據服務(wù)器、客戶(hù)端工作站構成，通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數據交互。服務(wù)器工程實(shí)時(shí)采集隧道外場(chǎng)所有設備數據信息，自行進(jìn)行數據分析和存儲，并為客戶(hù)端工程提供所有實(shí)時(shí)數據和歷史數據；客戶(hù)端工程提供人機交互界面，操作員通過(guò)客戶(hù)端工程向服務(wù)器工程發(fā)送請求監視和控制隧道內的所有設備。

    ※ 各集成監控子系統

    交通子系統

    本子系統可實(shí)時(shí)監控交通信號燈、車(chē)道指示器、車(chē)輛檢測器、可變情報板等外場(chǎng)設備。亦可結合預案系統，當隧道出現任意事故時(shí)，調動(dòng)各外場(chǎng)設備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，保障隧道交通正常運行。

    消防子系統

    消防子系統為獨立子系統。本次設計采用光纖光柵感溫探測系統，光纖光柵傳感是通過(guò)對光纖內部寫(xiě)入的光柵反射或者折射光譜的檢測實(shí)現對火災的檢測。本子系統同時(shí)控制照明系統，將隧道內所有照明設備開(kāi)啟到最大范圍和強度的照明，并控制CCTV系統捕獲火災事發(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(dòng)切換至監控主機中，供管理所內監控人員及時(shí)處理現場(chǎng)事故。

    電話(huà)子系統

    緊急電話(huà)在長(cháng)隧道出入口和隧道內每200米設置一套，用于司機在緊急情況時(shí)進(jìn)行呼救求援；指令電話(huà)設在隧道口變電所以及隧道管理所內，利用程控交換機的熱線(xiàn)和會(huì )議電話(huà)功能實(shí)現本路的指令電話(huà)系統，指令電話(huà)子系統主要用于隧道內防災、電力以及交通管理方面的集中服務(wù)通信。

    本子系統可實(shí)時(shí)檢測隧道內任意一部電話(huà)的呼叫狀態(tài)。同時(shí)，系統會(huì )控制CCTV系統，將報警點(diǎn)處的三路實(shí)時(shí)視頻信號及當前隧道入口處的一路視頻信號自動(dòng)切換至監控主機中，供管理所內監控人員及時(shí)了解現場(chǎng)的情況。

    通風(fēng)子系統

    通風(fēng)控制子系統可以根據檢測到的環(huán)境數據、交通量信息控制風(fēng)機的運行臺數、風(fēng)向、運行時(shí)間，并且能實(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，以保證隧道的安全及運行環(huán)境的舒適性。
通風(fēng)控制子系統由交通監控計算機、隧道本地控制器、風(fēng)機、CO/VI檢測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)先權高于自動(dòng)控制。

    照明子系統

    在茶子腳隧道入口洞內/外設置光強檢測器共4套，其檢測數據作為對隧道的照明回路實(shí)施控制的依據，對于出口段的照明可參照入口進(jìn)行控制，不再設置光強檢測器。除朝塘隧道外，茶子腳隧道、河尾沖隧道等六個(gè)隧道均設置照明回路設施，包括每個(gè)單洞設置4路加強燈、2路全日燈、1路洞口路燈等。

    本照明系統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，對隧道內照明系統的控制可通過(guò)控制洞口變電所內低壓柜的相應回路來(lái)實(shí)現。變電所工控機通過(guò)獲取的光強監測器參數自動(dòng)調節隧道照明亮度，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將有關(guān)信息傳送至上級隧道管理所，并接受來(lái)自上級隧道管理所的控制指令。

    電力子系統

    電力子系統通過(guò)變電站內的各個(gè)電力設備監控單元對電力設備進(jìn)行數據的采集和監控，以保證各個(gè)電力設備可靠穩定運行。本系統實(shí)現對茶子腳隧道中的2套UPS設備以及蘇屋隧道群中的6套UPS設備的各項數據進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，在隧道管理所的監控畫(huà)面中，可實(shí)時(shí)查看任意UPS設備的運行狀態(tài)。

    CCTV子系統

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

    本子系統是由隧道管理所視頻以太網(wǎng)交換機、網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器、監控主機等設備組成。任意一路圖像均可在監控主機上實(shí)時(shí)顯示，隧道管理所可對隧道外場(chǎng)遙控攝像機進(jìn)行控制，并對隧道視頻圖像進(jìn)行循環(huán)編碼存儲，當有事件時(shí)，有觸發(fā)信號保存事件前后的錄像。

    網(wǎng)絡(luò )子系統

本子系統可實(shí)時(shí)監測茶子腳隧道管理所局域網(wǎng)中19部網(wǎng)絡(luò )光交換機和蘇屋隧道管理所局域網(wǎng)中的17部網(wǎng)絡(luò )光交換機的通信狀態(tài)以及報警狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各個(gè)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

    本子系統可在系統中結合實(shí)際需要，輔助操作員錄入各種類(lèi)型的事故信息，并配合報表、曲線(xiàn)查詢(xún)統計出各種類(lèi)型的事故信息。

    系統在事故發(fā)生后可記錄事故的發(fā)生時(shí)間、事故類(lèi)型、發(fā)生點(diǎn)起始樁號、事故描述、事故解除時(shí)間等信息，并存入數據服務(wù)器的數據庫中，以便以后事故的歷史記錄查詢(xún)。同時(shí)，用戶(hù)可由事件錄入子系統來(lái)觸發(fā)預案管理子系統。

    預案管理子系統

    預案管理子系統為本監控系統的一套輔助子系統，分為預案管理器和預案執行器兩大模塊。

    預案管理器，為外部應用程序可放置局域網(wǎng)內的任意工作站上，由隧道管理所系統管理員進(jìn)行監控系統預案的編制、編輯和刪除操作；預案執行器為本監控系統的內部嵌入組件，根據預案的相應的條件判斷，來(lái)觸發(fā)預案執行器。

    本系統中的預案子系統為重要部分，當隧道事故時(shí)，它將調動(dòng)所集成的所有子系統進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，包括控制交通信號燈的紅黃綠掉頭燈、車(chē)道指示器的正/反面的綠箭/紅叉、射流風(fēng)機的正/反轉啟停、情報板的文字/圖片的命令下發(fā)、交通/火災/電話(huà)事故報警單元的動(dòng)畫(huà)報警、照明的控制、監控畫(huà)面的自動(dòng)切換、事故點(diǎn)的自動(dòng)定位、CCTV子系統各個(gè)攝像頭視頻信號的自動(dòng)切換等。

    ◇ 系統特色

    ※ 大畫(huà)面漫游
                      
                                      圖1  監控主界面布局圖
    如圖1所示，在下部“漫游引導區”中，為隧道整體縮略圖，用戶(hù)可點(diǎn)擊其上任意位置，“顯示區域”的主監控界面即會(huì )自動(dòng)定位至相應監控區域，方便了用戶(hù)對于大畫(huà)面定位的需求，同時(shí)，用戶(hù)還可以使用鼠標在“顯示區域”的主監控區域中手工拖動(dòng)畫(huà)面，以瀏覽整個(gè)隧道內的任意位置。

    ※ 情報板操作控制

    可變情報板屬于獨立開(kāi)發(fā)的控件，直接嵌入工程中，可根據現場(chǎng)設備實(shí)際文本、動(dòng)畫(huà)顯示效果，在上位監控工作站中實(shí)時(shí)模擬反饋給監控人員，包括顯示文本/圖片的內容、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。

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

    ※ 視頻監控

    馬梧高速中茶子腳隧道為特長(cháng)隧道，長(cháng)3.3公里，共設置了56個(gè)攝像頭，其中2個(gè)入口處分別設置了云臺攝像頭；蘇屋隧道群共設置了41個(gè)攝像頭，其中8個(gè)附帶云臺控制功能，用戶(hù)可通過(guò)上位操作云臺，轉動(dòng)監控攝像頭，實(shí)現360°角度監控，同時(shí)可完成放大縮小、變焦等功能。茶子腳隧道因長(cháng)度因素，在設計時(shí)，采用了4路視頻線(xiàn)路，每條線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)路出現故障，并不會(huì )導致隧道某一片區域無(wú)視頻信號，而只是整條隧道中跳躍式的出現視頻信號故障。

監控系統可同時(shí)監控一路、二路、四路視頻信號，可在監控窗口菜單中任意更改監控模式。同時(shí)，再選中當前監視窗口后，可更改攝像頭編號，來(lái)實(shí)現視頻信號的切換工作。

    ※ 電話(huà)報警

    茶子腳隧道共設置34部緊急電話(huà)，隧道群共設置14部緊急電話(huà)。在上位集成監控系統中，緊急電話(huà)可實(shí)時(shí)檢測各種類(lèi)型報警。

    電話(huà)子系統聯(lián)動(dòng)CCTV子系統，通過(guò)文本、動(dòng)畫(huà)、視頻等方式，自動(dòng)定位監控畫(huà)面，以最為準確、高效的報警方式，協(xié)助操作員監控隧道內的所有報警。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)現隧道監控的一大特色功能。

    ※ 事件錄入

    事件錄入信息，可通過(guò)報表功能，檢索出所需要的事件結果集，打印出相應的事件記錄報表。馬梧隧道監控系統，結合此事件錄入功能，更為全面的協(xié)助了監控員對于馬梧隧道的監控工作，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(wù)于本系統的使用人員。

    ※ 聯(lián)動(dòng)控制與預案管理

    該項目中，最為典型的幾處小型聯(lián)動(dòng)控制預案就包含通風(fēng)聯(lián)動(dòng)、照明聯(lián)動(dòng)等。隧道內，隨時(shí)可能因為汽車(chē)尾氣的排放或者沙塵的污染等，造成隧道內的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)現了通風(fēng)聯(lián)動(dòng)功能，即通過(guò)監視CO/VI的實(shí)時(shí)采集值，根據預設的閾值，判斷是否應該開(kāi)啟隧道內的射流風(fēng)機，抽出有害氣體煙霧，送入隧道外新鮮空氣，同時(shí)根據實(shí)時(shí)檢測值和報警點(diǎn)在隧道內的實(shí)際位置，開(kāi)啟相應位置上的相應臺數的風(fēng)機，以保證在節約用電、環(huán)保的基礎上最為有效的控制隧道內的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。為節省電力資源，故而在隧道入口處的洞內、洞外設置洞內/外光強檢測器，以檢測出洞內外的光強值，根據實(shí)時(shí)檢測值和洞內外的差值，監控系統自動(dòng)根據預設閾值開(kāi)啟或關(guān)閉相應路段的照明設施，以保證節約用電。照明系統除通過(guò)光強檢測器來(lái)控制外，還提供手工本地控制和時(shí)鐘控制。

    ※ 數據上傳

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

    同時(shí)，對于日常歷史數據，茶子腳監控系統和蘇屋監控系統具備數據上傳功能，根據需要，兩處隧道管理所，規定每天中午12點(diǎn)和晚上24點(diǎn)分兩次將當天最新實(shí)時(shí)數據上傳寫(xiě)入平浪分中心的數據庫中，平浪分中心根據每天上傳的數據進(jìn)行數據分析，從而調整對高速路上的七處隧道進(jìn)行管理。

    ◇ 結語(yǔ)

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

     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第六期