一、引言
公路隧道不同于鐵路隧道，需要安全的交通誘導(dǎo)、人性化的照明、通風(fēng)設(shè)施，更需要一整套合理、周密的緊急事件救助方案。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，近年來(lái)交通運(yùn)輸量更是迅猛增加，行經(jīng)隧道的車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，能見度的下降。公路隧道在整個(gè)路段屬于特殊構(gòu)造段，因?yàn)樗淼揽臻g小，密閉性強(qiáng)，一旦發(fā)生火災(zāi)、事故、交通擁堵，隧道內(nèi)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(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。
二、背景
廣西桂林至梧州公路馬江至梧州段是國(guó)家規(guī)劃西部開發(fā)阿榮旗至北海公路中南寧—梧州—桂林支線的重要組成路段，是廣西公路網(wǎng)主骨架的重要組成部分。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。
本路開通5年后茶子腳隧道監(jiān)控等級(jí)為A級(jí)、朝塘監(jiān)控等級(jí)為C級(jí)，其余隧道均為B級(jí)。按照隧道劃分標(biāo)準(zhǔn)，其中茶子腳隧道為特長(zhǎng)隧道，朝塘隧道為短隧道，其他隧道為中隧道。方埇隧道、葉板埇隧道、大柚隧道構(gòu)成隧道群。
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)》兩套上位集成監(jiān)控系統(tǒng)，分別對(duì)馬梧隧道中的茶子腳隧道以及蘇屋隧道進(jìn)行上位集成監(jiān)控。
該項(xiàng)目上位監(jiān)控系統(tǒng)由北京九思易自動(dòng)化軟件有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)。
三、監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介
廣西馬梧隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用分層多級(jí)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(jì)范圍內(nèi)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下：
現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)經(jīng)外場(chǎng)設(shè)備采集至本地控制器，然后經(jīng)由工業(yè)以太網(wǎng)傳送至隧道管理所，再由隧道管理所經(jīng)以太網(wǎng)傳送至平浪監(jiān)控分中心，最終傳送至局監(jiān)控總中心。在隧道入口變電所、隧道管理所和平浪監(jiān)控分中心分別具有對(duì)其所管轄范圍內(nèi)設(shè)備的本地監(jiān)測(cè)和控制功能。
隧道監(jiān)控系統(tǒng)由九個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：交通監(jiān)控子系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視子系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警子系統(tǒng)、隧道通風(fēng)控制子系統(tǒng)、隧道照明控制子系統(tǒng)、電力監(jiān)控子系統(tǒng)、緊急電話子系統(tǒng)、指令電話子系統(tǒng)、有線廣播子系統(tǒng)。其中交通監(jiān)控、閉路電視監(jiān)視、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、緊急電話、指令電話、有線廣播子系統(tǒng)為獨(dú)立的子系統(tǒng)，通風(fēng)控制、電力監(jiān)控、隧道照明控制在邏輯上相對(duì)獨(dú)立，在系統(tǒng)構(gòu)成上則合成一體。九個(gè)子系統(tǒng)之間既避免由于某個(gè)子系統(tǒng)出故障而影響其它子系統(tǒng)的運(yùn)行，又可保證整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)隧道監(jiān)控室設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過本地控制器可完成現(xiàn)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(yùn)行。
1.系統(tǒng)總體框架
本監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，由數(shù)據(jù)服務(wù)器、客戶端工作站構(gòu)成,通過光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器工程實(shí)時(shí)采集隧道外場(chǎng)所有設(shè)備數(shù)據(jù)信息，自行進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)，并為客戶端工程提供所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；客戶端工程提供人機(jī)交互界面，操作員通過客戶端工程向服務(wù)器工程發(fā)送請(qǐng)求監(jiān)視和控制隧道內(nèi)的所有設(shè)備。
監(jiān)控系統(tǒng)總體框架示意圖如下：
系統(tǒng)中，包含數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻服務(wù)器、工作站以及其他各獨(dú)立子系統(tǒng)(消防子系統(tǒng)、電話子系統(tǒng)、CCTV子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、電力子系統(tǒng)等)，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)所有外場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和命令下發(fā)。
2.系統(tǒng)運(yùn)行模型
本系統(tǒng)具體運(yùn)行模型如下圖：
3.各集成監(jiān)控子系統(tǒng)
1>交通子系統(tǒng)
交通監(jiān)控子系統(tǒng)主要由交通檢測(cè)與交通信號(hào)控制兩部分組成。
在茶子腳隧道、方埇隧道-葉板埇隧道-大柚埇隧道群、飛田隧道出入口設(shè)置車輛檢測(cè)器，主要用于交通流量、平均車速、占有率等交通參數(shù)的檢測(cè)，并判斷隧道內(nèi)的堵塞情況，也是通風(fēng)和隧道照明控制子系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)。檢測(cè)參數(shù)包括交通流量、平均車速、占有率、車頭時(shí)距。
交通信號(hào)控制主要是用于協(xié)助疏導(dǎo)交通、給司機(jī)提供信息，以保證道路安全暢通，提高路網(wǎng)整體通行能力,通過在接線道路區(qū)、引道區(qū)、隧道及其出入口區(qū)的信號(hào)指示，達(dá)到分流、啟閉車道、脅迫車輛改道等作用。
本系統(tǒng)由交通監(jiān)控計(jì)算機(jī)、隧道工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、隧道本地控制器、外場(chǎng)設(shè)備以及傳輸通道等組成。本地控制器系統(tǒng)通過檢測(cè)交通及隧道環(huán)境參數(shù)收集、存儲(chǔ)和管理外場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，監(jiān)視外場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)，報(bào)告給監(jiān)控室，并且接受監(jiān)控室命令對(duì)外場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制；另外它還具有本地自動(dòng)控制的功能，在維修或測(cè)試等需要時(shí)可由隧道內(nèi)的本地主控制器作為中心進(jìn)行控制。
交通信息除傳送至隧道管理所外，還將通過網(wǎng)絡(luò)傳送至平浪監(jiān)控分中心，并接受來(lái)自監(jiān)控中心的控制指令。
交通子系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控交通信號(hào)燈、車道指示器、車輛檢測(cè)器、可變情報(bào)板等外場(chǎng)設(shè)備?？杀O(jiān)視或控制交通信號(hào)燈紅燈、黃燈、綠燈、轉(zhuǎn)向燈四種狀態(tài)；車道指示器正面綠箭反面綠箭、正面綠箭反面紅叉、正面紅叉反面綠箭、正面紅叉反面紅叉四種狀態(tài)(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)車道設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中已禁止使用正面綠箭反面綠箭此狀態(tài)，禁止出現(xiàn)雙面通行的交通誤導(dǎo))；可實(shí)時(shí)獲取任意車輛檢測(cè)器的各項(xiàng)交通數(shù)據(jù)(車流量、平均車速、占有率等等)，同時(shí)可自行根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算出此路段的交通擁堵情況，并在監(jiān)控畫面中以紅(擁堵)、黃(緩慢)、無(wú)色(正常)三種狀態(tài)反饋給監(jiān)控人員；可實(shí)時(shí)動(dòng)畫模擬現(xiàn)場(chǎng)所有情報(bào)板所發(fā)布的文字、圖片等信息，同時(shí)可下發(fā)指令給情報(bào)板控制器，下發(fā)任意文字、圖片信息進(jìn)行交通信息誘導(dǎo)。
交通子系統(tǒng)亦結(jié)合預(yù)案系統(tǒng)，當(dāng)隧道出現(xiàn)任意事故時(shí)，調(diào)動(dòng)各外場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，保障隧道交通正常運(yùn)行。
2>消防子系統(tǒng)
茶子腳隧道、河尾沖隧道、方埇隧道-葉板埇隧道-大柚埇隧道群、飛田隧道洞內(nèi)均設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕。手動(dòng)報(bào)警按鈕設(shè)在消防洞附近的預(yù)留洞室內(nèi)，約每50米一個(gè)，通過總線與火災(zāi)報(bào)警控制器連接。在緊急情況下人工按動(dòng)報(bào)警按鈕，即可將信號(hào)傳到隧道管理所，再配合閉路電視監(jiān)視子系統(tǒng)確認(rèn)事件性質(zhì)。
消防子系統(tǒng)為獨(dú)立子系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)采用光纖光柵感溫探測(cè)系統(tǒng)，光纖光柵傳感是通過對(duì)光纖內(nèi)部寫入的光柵反射或者折射光譜的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的檢測(cè)。本子系統(tǒng)由隧道管理所火災(zāi)報(bào)警工作站、隧道火災(zāi)報(bào)警控制器、隧道內(nèi)手動(dòng)報(bào)警按鈕、光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器、光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)信號(hào)處理器以及傳輸通道等組成，可及時(shí)、準(zhǔn)確的反映出隧道內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)。
消防子系統(tǒng)，在隧道出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)，及時(shí)結(jié)合預(yù)案管理系統(tǒng)，由管理所監(jiān)控人員人工執(zhí)行火災(zāi)預(yù)案，控制隧道內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)的啟停、各卷簾門相應(yīng)的開啟或關(guān)閉，同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)關(guān)閉事故路段入口的交通信號(hào)燈，相應(yīng)的更改本路段上的所有車道指示器，結(jié)合可變情報(bào)板，誘導(dǎo)隧道內(nèi)事故路段或其他路段的所有車輛安全駛離事發(fā)路段，保證現(xiàn)場(chǎng)所有車輛的行車安全。本子系統(tǒng)同時(shí)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(qiáng)度的照明，并控制CCTV系統(tǒng)捕獲火災(zāi)事發(fā)地三路視頻信號(hào)以及本隧道入口處的一路視頻信號(hào)自動(dòng)切換至監(jiān)控主機(jī)中，供管理所內(nèi)監(jiān)控人員及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)事故。
