北京九思易自动化软件 朱魁，施成，吴凡，孙迎春

    摘要：本文阐述了基于易控2009组态软件实现道路隧道集成监控系统的基本方法，并以广西马梧高速公路隧道集成监控系统为例，着重分析了集成监控分布式控制技术在隧道监控系统中的应用，就当前我国隧道监控系统的构成，提供了对于单隧道和隧道群的具体解决方案。

    关键词：隧道监控系统；本地控制器；预案管理；联动控制；分布式系统

    ◇ 引言

    公路隧道在整个路段属于特殊构造段，因为隧道空间小，密闭性强，一旦发生火灾、事故、交通拥堵，隧道内的环境会发生急剧恶化，直接影响到司乘人员的健康和生命安全，因此，对隧道监控系统提出了更高的要求。

    广西桂林至梧州公路马江至梧州段全线设有武岭互通、倒水互通、梧州互通、苍梧互通以及平浪等5处互通立交，设有茶子脚隧道、朝塘隧道、河尾冲隧道、方埇隧道、叶板埇隧道、大柚埇隧道以及飞田等7处隧道。其中的隧道监控系统采用易控（INSPEC）2009上位组态软件开发，分为马梧隧道茶子脚监控系统和马梧隧道苏屋监控系统对马梧隧道中的茶子脚隧道及苏屋隧道进行上位集成监控。

    ◇ 监控系统简介

    广西马梧隧道监控系统采用分层多级控制，控制界别包括局监控总中心—平浪监控分中心—隧道管理所—本地控制器。其中局监控总中心不在本次设计范围内。

    隧道监控系统由九个子系统构成。其中交通监控、闭路电视监视、火灾自动报警、紧急电话、指令电话、有线广播子系统为独立的子系统，通风控制、电力监控、隧道照明控制在逻辑上相对独立，在系统构成上则合成一体。各子系统间既避免由于某个子系统出故障而影响其它子系统的运行，又可保证整个系统的联动运行；当隧道监控室设备出现故障时，通过本地控制器可完成现场控制，每座隧道的所有本地控制器相连，其中有一个本地主控制器，可控制整个隧道的正常运行。

    ※ 系统总体框架

    本监控系统采用C/S网络架构模型，由数据服务器、客户端工作站构成，通过光纤环网进行数据交互。服务器工程实时采集隧道外场所有设备数据信息，自行进行数据分析和存储，并为客户端工程提供所有实时数据和历史数据；客户端工程提供人机交互界面，操作员通过客户端工程向服务器工程发送请求监视和控制隧道内的所有设备。

    ※ 各集成监控子系统

    交通子系统

    本子系统可实时监控交通信号灯、车道指示器、车辆检测器、可变情报板等外场设备。亦可结合预案系统，当隧道出现任意事故时，调动各外场设备进行联动控制，保障隧道交通正常运行。

    消防子系统

    消防子系统为独立子系统。本次设计采用光纤光栅感温探测系统，光纤光栅传感是通过对光纤内部写入的光栅反射或者折射光谱的检测实现对火灾的检测。本子系统同时控制照明系统，将隧道内所有照明设备开启到最大范围和强度的照明，并控制CCTV系统捕获火灾事发地三路视频信号以及本隧道入口处的一路视频信号自动切换至监控主机中，供管理所内监控人员及时处理现场事故。

    电话子系统

    紧急电话在长隧道出入口和隧道内每200米设置一套，用于司机在紧急情况时进行呼救求援；指令电话设在隧道口变电所以及隧道管理所内，利用程控交换机的热线和会议电话功能实现本路的指令电话系统，指令电话子系统主要用于隧道内防灾、电力以及交通管理方面的集中服务通信。

    本子系统可实时检测隧道内任意一部电话的呼叫状态。同时，系统会控制CCTV系统，将报警点处的三路实时视频信号及当前隧道入口处的一路视频信号自动切换至监控主机中，供管理所内监控人员及时了解现场的情况。

    通风子系统

    通风控制子系统可以根据检测到的环境数据、交通量信息控制风机的运行台数、风向、运行时间，并且能实现节能运行和保持风机较佳寿命的控制运行，并在发生火灾时根据不同地点，进行相应的火灾排烟处理，以保证隧道的安全及运行环境的舒适性。
通风控制子系统由交通监控计算机、隧道本地控制器、风机、CO/VI检测器以及传输通道等组成。通风控制分为自动控制和手动控制两种方式，其中人工控制优先权高于自动控制。

    照明子系统

    在茶子脚隧道入口洞内/外设置光强检测器共4套，其检测数据作为对隧道的照明回路实施控制的依据，对于出口段的照明可参照入口进行控制，不再设置光强检测器。除朝塘隧道外，茶子脚隧道、河尾冲隧道等六个隧道均设置照明回路设施，包括每个单洞设置4路加强灯、2路全日灯、1路洞口路灯等。

    本照明系统是由隧道变电站集中供电的，其控制也是通过变电站来集中控制。因此，对隧道内照明系统的控制可通过控制洞口变电所内低压柜的相应回路来实现。变电所工控机通过获取的光强监测器参数自动调节隧道照明亮度，通过工业以太网将有关信息传送至上级隧道管理所，并接受来自上级隧道管理所的控制指令。

    电力子系统

    电力子系统通过变电站内的各个电力设备监控单元对电力设备进行数据的采集和监控，以保证各个电力设备可靠稳定运行。本系统实现对茶子脚隧道中的2套UPS设备以及苏屋隧道群中的6套UPS设备的各项数据进行实时监控，在隧道管理所的监控画面中，可实时查看任意UPS设备的运行状态。

    CCTV子系统

    茶子脚隧道、方埇隧道-叶板埇隧道-大柚埇隧道群、飞田隧道洞内按每150米左右（在紧急停车带根据实际情况适当增设）间距安装固定摄像机，顺车辆行驶方向设置，保证整个隧道内无盲点；在隧道两端入口前设置室外型彩色遥控摄像机，在无人职守隧道变电所设置室内型彩色遥控摄像机。

    本子系统是由隧道管理所视频以太网交换机、网络视频服务器、监控主机等设备组成。任意一路图像均可在监控主机上实时显示，隧道管理所可对隧道外场遥控摄像机进行控制，并对隧道视频图像进行循环编码存储，当有事件时，有触发信号保存事件前后的录像。

    网络子系统

本子系统可实时监测茶子脚隧道管理所局域网中19部网络光交换机和苏屋隧道管理所局域网中的17部网络光交换机的通信状态以及报警状态，实时监测各个光交换机的电端口、光端口的通信状态，以及主电源输入、从电源输入、自愈环状态的通信状态。

    事件录入子系统

    本子系统可在系统中结合实际需要，辅助操作员录入各种类型的事故信息，并配合报表、曲线查询统计出各种类型的事故信息。

    系统在事故发生后可记录事故的发生时间、事故类型、发生点起始桩号、事故描述、事故解除时间等信息，并存入数据服务器的数据库中，以便以后事故的历史记录查询。同时，用户可由事件录入子系统来触发预案管理子系统。

    预案管理子系统

    预案管理子系统为本监控系统的一套辅助子系统，分为预案管理器和预案执行器两大模块。

    预案管理器，为外部应用程序可放置局域网内的任意工作站上，由隧道管理所系统管理员进行监控系统预案的编制、编辑和删除操作；预案执行器为本监控系统的内部嵌入组件，根据预案的相应的条件判断，来触发预案执行器。

    本系统中的预案子系统为重要部分，当隧道事故时，它将调动所集成的所有子系统进行联动控制，包括控制交通信号灯的红黄绿掉头灯、车道指示器的正/反面的绿箭/红叉、射流风机的正/反转启停、情报板的文字/图片的命令下发、交通/火灾/电话事故报警单元的动画报警、照明的控制、监控画面的自动切换、事故点的自动定位、CCTV子系统各个摄像头视频信号的自动切换等。

    ◇ 系统特色

    ※ 大画面漫游
                      
                                      图1  监控主界面布局图
    如图1所示，在下部“漫游引导区”中，为隧道整体缩略图，用户可点击其上任意位置，“显示区域”的主监控界面即会自动定位至相应监控区域，方便了用户对于大画面定位的需求，同时，用户还可以使用鼠标在“显示区域”的主监控区域中手工拖动画面，以浏览整个隧道内的任意位置。

    ※ 情报板操作控制

    可变情报板属于独立开发的控件，直接嵌入工程中，可根据现场设备实际文本、动画显示效果，在上位监控工作站中实时模拟反馈给监控人员，包括显示文本/图片的内容、颜色等，以及立显、左移、右移等入屏方式的动画模拟效果。

    可变情报板插件不仅可实时反馈下位设备的内容以及动画外，可提供用户进行实时下发信息的编辑工作。

    ※ 视频监控

    马梧高速中茶子脚隧道为特长隧道，长3.3公里，共设置了56个摄像头，其中2个入口处分别设置了云台摄像头；苏屋隧道群共设置了41个摄像头，其中8个附带云台控制功能，用户可通过上位操作云台，转动监控摄像头，实现360°角度监控，同时可完成放大缩小、变焦等功能。茶子脚隧道因长度因素，在设计时，采用了4路视频线路，每条线路并不按顺序依次覆盖所有摄像头，而是交叉采集传输，即每路线路穿插、跳跃传输隧道上/下行隧道中的摄像头，以保证了某一路视频线路出现故障，并不会导致隧道某一片区域无视频信号，而只是整条隧道中跳跃式的出现视频信号故障。

监控系统可同时监控一路、二路、四路视频信号，可在监控窗口菜单中任意更改监控模式。同时，再选中当前监视窗口后，可更改摄像头编号，来实现视频信号的切换工作。

    ※ 电话报警

    茶子脚隧道共设置34部紧急电话，隧道群共设置14部紧急电话。在上位集成监控系统中，紧急电话可实时检测各种类型报警。

    电话子系统联动CCTV子系统，通过文本、动画、视频等方式，自动定位监控画面，以最为准确、高效的报警方式，协助操作员监控隧道内的所有报警。此种功能，不仅从画面动画上，还是事务逻辑处理能力上，都成为易控(INSPEC)组态软件实现隧道监控的一大特色功能。

    ※ 事件录入

    事件录入信息，可通过报表功能，检索出所需要的事件结果集，打印出相应的事件记录报表。马梧隧道监控系统，结合此事件录入功能，更为全面的协助了监控员对于马梧隧道的监控工作，有力的保障了对于隧道所发生的所有事故信息的记录功能，更为充分的服务于本系统的使用人员。

    ※ 联动控制与预案管理

    该项目中，最为典型的几处小型联动控制预案就包含通风联动、照明联动等。隧道内，随时可能因为汽车尾气的排放或者沙尘的污染等，造成隧道内的CO浓度过高、VI能见度的降低等，这些都成为交通上的无形杀手，本地控制器中的逻辑单元实现了通风联动功能，即通过监视CO/VI的实时采集值，根据预设的阈值，判断是否应该开启隧道内的射流风机，抽出有害气体烟雾，送入隧道外新鲜空气，同时根据实时检测值和报警点在隧道内的实际位置，开启相应位置上的相应台数的风机，以保证在节约用电、环保的基础上最为有效的控制隧道内的CO/VI值，保障隧道安全行车条件。

    除通风联动外，照明联动也尤为重要。为节省电力资源，故而在隧道入口处的洞内、洞外设置洞内/外光强检测器，以检测出洞内外的光强值，根据实时检测值和洞内外的差值，监控系统自动根据预设阈值开启或关闭相应路段的照明设施，以保证节约用电。照明系统除通过光强检测器来控制外，还提供手工本地控制和时钟控制。

    ※ 数据上传

    马梧隧道监控系统在自身系统日常业务外，还需与上层管理中心平浪分中心进行数据上传业务。易控2009网络功能采用了WCF通信技术，在该监控系统中也提供了WCF数据接口，平浪分中心可通过此接口从茶子脚监控系统、苏屋监控系统中分别获取外场设备的实时数据。

    同时，对于日常历史数据，茶子脚监控系统和苏屋监控系统具备数据上传功能，根据需要，两处隧道管理所，规定每天中午12点和晚上24点分两次将当天最新实时数据上传写入平浪分中心的数据库中，平浪分中心根据每天上传的数据进行数据分析，从而调整对高速路上的七处隧道进行管理。

    ◇ 结语

    本系统采用易控2009分布式网络功能，同时开发了大量隧道监控专用功能，例如情报板操作控制、电话报警、联动控制、自由报表等。本监控系统在广西马梧高速公路茶子脚隧道和苏屋隧道群上长期稳定运行，是九思易公司自承接北京奥林匹克公园地下环形隧道监控系统工程后的又一大型成功隧道监控案例。

     摘自《自动化博览》2010年第六期