北京九思易自動化軟件 朱魁，施成，吳凡，孫迎春

    摘要：本文闡述了基于易控2009組態軟件實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，著重分析了集成監控分布式控制技術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。

    關鍵詞：隧道監控系統；本地控制器；預案管理；聯動控制；分布式系統

    ◇ 引言

    公路隧道在整個路段屬于特殊構造段，因為隧道空間小，密閉性強，一旦發生火災、事故、交通擁堵，隧道內的環境會發生急劇惡化，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上位組態軟件開發，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行上位集成監控。

    ◇ 監控系統簡介

    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子系統構成。其中交通監控、閉路電視監視、火災自動報警、緊急電話、指令電話、有線廣播子系統為獨立的子系統，通風控制、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子系統出故障而影響其它子系統的運行，又可保證整個系統的聯動運行；當隧道監控室設備出現故障時，通過本地控制器可完成現場控制，每座隧道的所有本地控制器相連，其中有一個本地主控制器，可控制整個隧道的正常運行。

    ※ 系統總體框架

    本監控系統采用C/S網絡架構模型，由數據服務器、客戶端工作站構成，通過光纖環網進行數據交互。服務器工程實時采集隧道外場所有設備數據信息，自行進行數據分析和存儲，并為客戶端工程提供所有實時數據和歷史數據；客戶端工程提供人機交互界面，操作員通過客戶端工程向服務器工程發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

    本子系統可實時監控交通信號燈、車道指示器、車輛檢測器、可變情報板等外場設備。亦可結合預案系統，當隧道出現任意事故時，調動各外場設備進行聯動控制，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對光纖內部寫入的光柵反射或者折射光譜的檢測實現對火災的檢測。本子系統同時控制照明系統，將隧道內所有照明設備開啟到最大范圍和強度的照明，并控制CCTV系統捕獲火災事發地三路視頻信號以及本隧道入口處的一路視頻信號自動切換至監控主機中，供管理所內監控人員及時處理現場事故。

    電話子系統

    緊急電話在長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進行呼救求援；指令電話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和會議電話功能實現本路的指令電話系統，指令電話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通信。

    本子系統可實時檢測隧道內任意一部電話的呼叫狀態。同時，系統會控制CCTV系統，將報警點處的三路實時視頻信號及當前隧道入口處的一路視頻信號自動切換至監控主機中，供管理所內監控人員及時了解現場的情況。

    通風子系統

    通風控制子系統可以根據檢測到的環境數據、交通量信息控制風機的運行臺數、風向、運行時間，并且能實現節能運行和保持風機較佳壽命的控制運行，并在發生火災時根據不同地點，進行相應的火災排煙處理，以保證隧道的安全及運行環境的舒適性。
通風控制子系統由交通監控計算機、隧道本地控制器、風機、CO/VI檢測器以及傳輸通道等組成。通風控制分為自動控制和手動控制兩種方式，其中人工控制優先權高于自動控制。

    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施控制的依據，對于出口段的照明可參照入口進行控制，不再設置光強檢測器。除朝塘隧道外，茶子腳隧道、河尾沖隧道等六個隧道均設置照明回路設施，包括每個單洞設置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，其控制也是通過變電站來集中控制。因此，對隧道內照明系統的控制可通過控制洞口變電所內低壓柜的相應回路來實現。變電所工控機通過獲取的光強監測器參數自動調節隧道照明亮度，通過工業以太網將有關信息傳送至上級隧道管理所，并接受來自上級隧道管理所的控制指令。

    電力子系統

    電力子系統通過變電站內的各個電力設備監控單元對電力設備進行數據的采集和監控，以保證各個電力設備可靠穩定運行。本系統實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設備的各項數據進行實時監控，在隧道管理所的監控畫面中，可實時查看任意UPS設備的運行狀態。

    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（在緊急停車帶根據實際情況適當增設）間距安裝固定攝像機，順車輛行駛方向設置，保證整個隧道內無盲點；在隧道兩端入口前設置室外型彩色遙控攝像機，在無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交換機、網絡視頻服務器、監控主機等設備組成。任意一路圖像均可在監控主機上實時顯示，隧道管理所可對隧道外場遙控攝像機進行控制，并對隧道視頻圖像進行循環編碼存儲，當有事件時，有觸發信號保存事件前后的錄像。

    網絡子系統

本子系統可實時監測茶子腳隧道管理所局域網中19部網絡光交換機和蘇屋隧道管理所局域網中的17部網絡光交換機的通信狀態以及報警狀態，實時監測各個光交換機的電端口、光端口的通信狀態，以及主電源輸入、從電源輸入、自愈環狀態的通信狀態。

    事件錄入子系統

    本子系統可在系統中結合實際需要，輔助操作員錄入各種類型的事故信息，并配合報表、曲線查詢統計出各種類型的事故信息。

    系統在事故發生后可記錄事故的發生時間、事故類型、發生點起始樁號、事故描述、事故解除時間等信息，并存入數據服務器的數據庫中，以便以后事故的歷史記錄查詢。同時，用戶可由事件錄入子系統來觸發預案管理子系統。

    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內的任意工作站上，由隧道管理所系統管理員進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，來觸發預案執行器。

    本系統中的預案子系統為重要部分，當隧道事故時，它將調動所集成的所有子系統進行聯動控制，包括控制交通信號燈的紅黃綠掉頭燈、車道指示器的正/反面的綠箭/紅叉、射流風機的正/反轉啟停、情報板的文字/圖片的命令下發、交通/火災/電話事故報警單元的動畫報警、照明的控制、監控畫面的自動切換、事故點的自動定位、CCTV子系統各個攝像頭視頻信號的自動切換等。

    ◇ 系統特色

    ※ 大畫面漫游
                      
                                      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，用戶可點擊其上任意位置，“顯示區域”的主監控界面即會自動定位至相應監控區域，方便了用戶對于大畫面定位的需求，同時，用戶還可以使用鼠標在“顯示區域”的主監控區域中手工拖動畫面，以瀏覽整個隧道內的任意位置。

    ※ 情報板操作控制

    可變情報板屬于獨立開發的控件，直接嵌入工程中，可根據現場設備實際文本、動畫顯示效果，在上位監控工作站中實時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畫模擬效果。

    可變情報板插件不僅可實時反饋下位設備的內容以及動畫外，可提供用戶進行實時下發信息的編輯工作。

    ※ 視頻監控

    馬梧高速中茶子腳隧道為特長隧道，長3.3公里，共設置了56個攝像頭，其中2個入口處分別設置了云臺攝像頭；蘇屋隧道群共設置了41個攝像頭，其中8個附帶云臺控制功能，用戶可通過上位操作云臺，轉動監控攝像頭，實現360°角度監控，同時可完成放大縮小、變焦等功能。茶子腳隧道因長度因素，在設計時，采用了4路視頻線路，每條線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路出現故障，并不會導致隧道某一片區域無視頻信號，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，再選中當前監視窗口后，可更改攝像頭編號，來實現視頻信號的切換工作。

    ※ 電話報警

    茶子腳隧道共設置34部緊急電話，隧道群共設置14部緊急電話。在上位集成監控系統中，緊急電話可實時檢測各種類型報警。

    電話子系統聯動CCTV子系統，通過文本、動畫、視頻等方式，自動定位監控畫面，以最為準確、高效的報警方式，協助操作員監控隧道內的所有報警。此種功能，不僅從畫面動畫上，還是事務邏輯處理能力上，都成為易控(INSPEC)組態軟件實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生的所有事故信息的記錄功能，更為充分的服務于本系統的使用人員。

    ※ 聯動控制與預案管理

    該項目中，最為典型的幾處小型聯動控制預案就包含通風聯動、照明聯動等。隧道內，隨時可能因為汽車尾氣的排放或者沙塵的污染等，造成隧道內的CO濃度過高、VI能見度的降低等，這些都成為交通上的無形殺手，本地控制器中的邏輯單元實現了通風聯動功能，即通過監視CO/VI的實時采集值，根據預設的閾值，判斷是否應該開啟隧道內的射流風機，抽出有害氣體煙霧，送入隧道外新鮮空氣，同時根據實時檢測值和報警點在隧道內的實際位置，開啟相應位置上的相應臺數的風機，以保證在節約用電、環保的基礎上最為有效的控制隧道內的CO/VI值，保障隧道安全行車條件。

    除通風聯動外，照明聯動也尤為重要。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，根據實時檢測值和洞內外的差值，監控系統自動根據預設閾值開啟或關閉相應路段的照明設施，以保證節約用電。照明系統除通過光強檢測器來控制外，還提供手工本地控制和時鐘控制。

    ※ 數據上傳

    馬梧隧道監控系統在自身系統日常業務外，還需與上層管理中心平浪分中心進行數據上傳業務。易控2009網絡功能采用了WCF通信技術，在該監控系統中也提供了WCF數據接口，平浪分中心可通過此接口從茶子腳監控系統、蘇屋監控系統中分別獲取外場設備的實時數據。

    同時，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點和晚上24點分兩次將當天最新實時數據上傳寫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行數據分析，從而調整對高速路上的七處隧道進行管理。

    ◇ 結語

    本系統采用易控2009分布式網絡功能，同時開發了大量隧道監控專用功能，例如情報板操作控制、電話報警、聯動控制、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《自動化博覽》2010年第六期