闡述當(dāng)前高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)
　　郭笑妤（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽(yáng)550001）
　　摘要:隧道作為高速公路上的特殊路段,是高速公路路段中相對(duì)事故率較高的區(qū)域。一套好的隧道電子監(jiān)控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅需要高質(zhì)量的監(jiān)控與監(jiān)測(cè)設(shè)備,也需要設(shè)計(jì)出適合隧道本身特點(diǎn)的綜合智能監(jiān)控與監(jiān)測(cè)方案,更需要投入足夠的資金、人力進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　關(guān)鍵詞:公路隧道；監(jiān)控系統(tǒng)；
　　隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,高速公路在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所起的作用越來(lái)越大,到2007年年底,全國(guó)高速公路的通車?yán)锍探?.4萬(wàn)km。交通部2008年11月25日宣布,2009年中國(guó)交通行業(yè)將實(shí)現(xiàn)1萬(wàn)億元的投資規(guī)模。2010年要實(shí)現(xiàn)的三個(gè)目標(biāo)中的第一個(gè)目標(biāo),就是我國(guó)南部地區(qū)要基本形成高速公路網(wǎng)。高速公路道路監(jiān)控系統(tǒng)為高速公路暢通運(yùn)行提供了有效的保障,高速公路隧道事故率較高,因而歷來(lái)是高速公路道路監(jiān)控的重中之重。
　　1實(shí)現(xiàn)綜合智能監(jiān)控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的途徑
　　從已建設(shè)的隧道監(jiān)控系統(tǒng)工程來(lái)看,將各子系統(tǒng)有機(jī)地整合集成為一個(gè)聯(lián)動(dòng)的綜合智能監(jiān)控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)例很少,其原因是多方面的,主要是建設(shè)中重硬件輕軟件,表現(xiàn)在設(shè)計(jì)和招標(biāo)文件中對(duì)系統(tǒng)功能及性能的描述不夠完善、預(yù)定應(yīng)用軟件的研發(fā)費(fèi)很低、研發(fā)單位投入人力不夠等,造成系統(tǒng)應(yīng)用軟件不能滿足系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的需求。為了改變這種狀況,首先在設(shè)計(jì)招標(biāo)文件中應(yīng)該增加各子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)工作的描述,說(shuō)明在各種事件下,隧道監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)措施、救援排障預(yù)案,事件應(yīng)包括交通事故、火災(zāi)、停電、計(jì)劃維修等;其次,給應(yīng)用軟件研制以合理的費(fèi)用,并且在工程招標(biāo)后以施工單位為主編制一個(gè)《系統(tǒng)功能、性能規(guī)格書(shū)》或《監(jiān)控系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔》,將系統(tǒng)功能、性能、人工操作界面、內(nèi)外接口需求等全面地包括在內(nèi),該文檔經(jīng)過(guò)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位參與及審定后,作為今后驗(yàn)收的重要依據(jù);最后,加強(qiáng)交工驗(yàn)收的系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)收,使提交的隧道監(jiān)控系統(tǒng)能滿足今后運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需要。
　　2高速公路監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成分析
　　高速公路隧道電子監(jiān)控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為三級(jí),隧道本地控制器、隧道監(jiān)控室、分中心監(jiān)控室。隧道本地控制器內(nèi)置基本的照明、通風(fēng)運(yùn)行模式,在沒(méi)有上級(jí)控制干預(yù)下可以自動(dòng)運(yùn)行;隧道監(jiān)控室裝有工控機(jī),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與所有隧道本地控制器相連,采集隧道本地控制器的信息和外場(chǎng)設(shè)備的信息,根據(jù)事先設(shè)定好的運(yùn)行模式自動(dòng)運(yùn)行,在隧道發(fā)生應(yīng)急事件的情況下,可根據(jù)上級(jí)下達(dá)命令或者本地手動(dòng)控制,執(zhí)行預(yù)制的各種應(yīng)急預(yù)案;分中心監(jiān)控室監(jiān)控機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與隧道監(jiān)控室相連,匯總所有隧道的設(shè)備信息,并進(jìn)行分析,在必要時(shí)可通過(guò)監(jiān)控員手動(dòng)切換到隧道本地的運(yùn)行模式。隧道電子監(jiān)控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為照明子系統(tǒng)、通風(fēng)子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)、交通控制子系統(tǒng)、電力子系統(tǒng)以及變形監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)既要能獨(dú)立運(yùn)行,又要能和別的子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。
　　1)照明子系統(tǒng)的功能是控制隧道內(nèi)的照明,盡量減小由于隧道內(nèi)外亮度反差引起的“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”。照明回路都是由開(kāi)關(guān)量來(lái)控制的,隧道洞內(nèi)外的光強(qiáng)儀和照度儀所輸出的是模擬量,隧道本地控制器需根據(jù)洞內(nèi)外的光強(qiáng)照度儀所測(cè)量出來(lái)的結(jié)果來(lái)調(diào)整隧道內(nèi)的照明回路。PLC配置模擬量采集模塊和I/O控制模塊即可很好地完成對(duì)照明子系統(tǒng)的監(jiān)控,同時(shí)內(nèi)置多種基本的時(shí)序模式,再結(jié)合面板上的觸摸屏,可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊中斷情況下隧道本地的獨(dú)立運(yùn)行和手動(dòng)控制。
　　2)通風(fēng)子系統(tǒng)的功能主要是監(jiān)控隧道內(nèi)的行車環(huán)境,在隧道內(nèi)CO濃度過(guò)大或者發(fā)生火災(zāi)時(shí)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)排出廢氣。由隧道本地監(jiān)控裝置對(duì)隧道內(nèi)的自然風(fēng)風(fēng)向及大小、機(jī)械風(fēng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果,用非恒定流理論,適時(shí)選定投入運(yùn)行的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)或通風(fēng)時(shí)間,以達(dá)到節(jié)約能源的目的。隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)與CO/VI檢測(cè)器和風(fēng)速風(fēng)向儀聯(lián)動(dòng)控制,當(dāng)CO/VI檢測(cè)超標(biāo)時(shí),自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)的方向由風(fēng)向儀測(cè)出的風(fēng)向控制。PLC配置模擬量采集模塊,采集CO/VI檢測(cè)器和風(fēng)速風(fēng)向儀的值,配置I/O模塊控制風(fēng)機(jī)繼電器,再加上手動(dòng)控制模式,能夠?qū)崿F(xiàn)本地獨(dú)立運(yùn)行。
　　3)火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)是一套獨(dú)立的系統(tǒng),火災(zāi)檢測(cè)點(diǎn)遍布整個(gè)隧道,統(tǒng)一由火災(zāi)報(bào)警主機(jī)采集,然后通過(guò)串口通訊協(xié)議發(fā)送給上位機(jī)。由于發(fā)生火災(zāi)時(shí),需要啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案,應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)需要監(jiān)控員手動(dòng)控制,因此火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)的監(jiān)控由隧道監(jiān)控室的工控機(jī)負(fù)責(zé),監(jiān)控機(jī)在接到火災(zāi)報(bào)警信號(hào)后,上傳分中心監(jiān)控室,由監(jiān)控員下達(dá)應(yīng)急預(yù)案,然后聯(lián)動(dòng)隧道內(nèi)各子系統(tǒng)運(yùn)行。隧道火災(zāi)消防的原則是“以防為主、防消結(jié)合”,可結(jié)合隧道火災(zāi)煙氣流動(dòng)特性和排煙技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)消防設(shè)施的聯(lián)動(dòng)滅火。
　　4)交通控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)交通數(shù)據(jù)采集和通行誘導(dǎo),涉及的設(shè)備有車檢器、車道控制器、交通信號(hào)燈、可變情報(bào)板、隧道橫洞卷簾門等,其中,車檢器和可變情報(bào)板通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行監(jiān)控,由隧道管理站工控機(jī)負(fù)責(zé);車道控制器、交通信號(hào)燈等通過(guò)開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備則由就近的PLC負(fù)責(zé)采集和控制。
　　5)電力子系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)電力設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),并可對(duì)中壓斷路器等進(jìn)行手動(dòng)遠(yuǎn)程控制。配電箱內(nèi)電表由本地PLC的模擬量采集模塊采集,中壓設(shè)備為獨(dú)立設(shè)備,斷路器、手車等由PLC的I/O模塊控制,運(yùn)行參數(shù)通過(guò)PLC上傳隧道監(jiān)控室,由工控機(jī)解析并匯總。
　　6)變形監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)隧道變形,可對(duì)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,為預(yù)防隧道塌方事故提供數(shù)據(jù)支持。運(yùn)行參數(shù)也通過(guò)PLC上傳隧道監(jiān)控室,由工控機(jī)解析并匯總。
　　3監(jiān)控監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)解決方案
　　考慮到隧道群的分布范圍較廣且設(shè)備分散度高,光纖環(huán)網(wǎng)一旦過(guò)長(zhǎng)將導(dǎo)致較大的誤碼率和傳輸速度的下降,如果需要得到較好的控制效果,可將整個(gè)群劃分為多個(gè)區(qū)域環(huán)網(wǎng),在各區(qū)域環(huán)網(wǎng)設(shè)立一臺(tái)具有雙機(jī)熱備功能的主控控制器一臺(tái),以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。所有的隧道監(jiān)控站控制信息將由主控控制器統(tǒng)一分配,同時(shí)在隧道監(jiān)控站與環(huán)網(wǎng)通訊失敗的情況下可及時(shí)采用二級(jí)管理模式,主控層將及時(shí)接管所有的本地控制器控制,工作人員可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控。對(duì)于特長(zhǎng)隧道,考慮到隧道存在很高的封閉性,一旦隧道內(nèi)發(fā)生異常,進(jìn)入隧道進(jìn)行操作將無(wú)法達(dá)到及時(shí)相應(yīng)的效果,同時(shí)一旦隧道發(fā)生特殊情況,可能使隧道兩側(cè)難以兼顧。基于以上原因,我們采用隧道兩側(cè)各設(shè)一個(gè)帶雙機(jī)熱備的主控控制器。所有的現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)將實(shí)現(xiàn)共享,兩臺(tái)主控控制器在相互可以通訊并可以和本地控制器通訊的情況下將采用一用一備方式。主控層的主用和備用選擇可以由觸摸屏設(shè)定。如果出現(xiàn)隧道環(huán)網(wǎng)通訊中斷,兩端隧道主控控制器可以對(duì)應(yīng)當(dāng)前可以通訊的設(shè)備及時(shí)接管控制,同時(shí)顯示狀態(tài)信息,工作人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況及時(shí)采取相應(yīng)措施。
　　4 結(jié)束語(yǔ)
　　文章對(duì)高速公路隧道電子監(jiān)控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析,并對(duì)監(jiān)控監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)解決方案進(jìn)行了探討。實(shí)現(xiàn)綜合智能監(jiān)控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的途徑提出了自己的看法,為高速公路暢通運(yùn)行提供了有效的保障措施。

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