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案例頻道關(guān)鍵詞：隧道監(jiān)控系統(tǒng)；工業(yè)以太網(wǎng)；區(qū)域控制器
隨著我國(guó)高速公路的發(fā)展，特別是《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》新路網(wǎng)的實(shí)施，一批長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道相繼建成。新路網(wǎng)由7條首都放射線、9條南北縱向線和18 條東西橫向線組成。我國(guó)將用3O年，投資2萬億元，形成8．5萬kra國(guó)家高速公路網(wǎng)。根據(jù)交通部最新公布，我國(guó)2004年公路隧道統(tǒng)計(jì)資料（不包括香港、澳門特別行政區(qū)和臺(tái)灣省的數(shù)據(jù)），全國(guó)共有公路隧道2495座，累計(jì)長(zhǎng)度約124．56萬m；其中特長(zhǎng)隧道33座，計(jì)12．63萬m；長(zhǎng)隧道299 座，計(jì)49．33萬m。
公路隧道不同于鐵路隧道，需要安全、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。
1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)在一定程度上是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括環(huán)境檢測(cè)及交通控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、緊急電話通信系統(tǒng)以及電力監(jiān)控系統(tǒng)等。
隧道工程的典型特點(diǎn)是距離長(zhǎng)、規(guī)模大、站點(diǎn)多、通訊對(duì)象多，公路隧道一般是上下行分離、雙洞、單向行駛雙車道隧道。隧道內(nèi)設(shè)置照明、通風(fēng)、區(qū)域控制、消防、排水、緊急電話、通信、交通誘導(dǎo)設(shè)備等多種設(shè)備，以確保隧道安全、正常通行。因此，對(duì)這些設(shè)備的正確調(diào)度，監(jiān)控、監(jiān)視是隧道安全暢通所必須的，尤其在事故狀況下，更是保證人身、設(shè)備安全的關(guān)鍵。隧道監(jiān)控系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。
該網(wǎng)絡(luò)通過區(qū)域控制器的l0Mb／looMb的光纖自愈環(huán)網(wǎng)進(jìn)行連接通信，因采用的是自愈式光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)，這樣即使在一端光纖斷開的情況下，光纖冗余環(huán)網(wǎng)中的所有控制器仍然能夠通過另外一端光纖進(jìn)行正常的通信，保證了通信的可靠性。另外，區(qū)域控制器除了分別采集每個(gè)變電站的信息外，還控制隧道內(nèi)的通風(fēng)、照明和對(duì)洞的交通誘導(dǎo)設(shè)備（可變情報(bào)板、可變限速標(biāo)志、橫洞指示標(biāo)志、車道指示器等）、交通檢測(cè)設(shè)備（如車輛檢測(cè)器）、環(huán)境檢測(cè)設(shè)備（如CO檢測(cè)儀、透過率檢測(cè)儀、能見度檢測(cè)等）和照明檢測(cè)設(shè)備等信息分別單獨(dú)進(jìn)行采集。控制室服務(wù)器另外，BT倉庫同時(shí)具有搜索和存儲(chǔ)各大BT發(fā)布網(wǎng)站上的 Torrent文件信息兩大功能，以方便大家瀏覽、查詢。在軟件內(nèi)部無縫集合了BT種子下載功能，可直接下載BT種子并在下載完畢后直接打開相關(guān)聯(lián)的BT 下載軟件。
它實(shí)現(xiàn)Torrent文件信息本地化，可把相關(guān)BT發(fā)布網(wǎng)站上最新發(fā)布的Torrent文件信息下載到本地硬盤，方便瀏覽。可預(yù)覽文件詳細(xì)相關(guān)信息，當(dāng)鼠標(biāo)在數(shù)據(jù)列表中的數(shù)據(jù)名稱上靜止指定的時(shí)間時(shí)，將會(huì)自動(dòng)彈出信息提示框，在其中顯示詳細(xì)相關(guān)信息。具有數(shù)據(jù)排序功能，可按添加時(shí)間、文件大小、文件名稱、當(dāng)前種子數(shù)、連接用戶數(shù)等進(jìn)行排序。具有搜索功能，只需輸入搜索關(guān)鍵字，按一下Enter鍵，即可搜索到想要的電影、連續(xù)劇、綜藝節(jié)目以及動(dòng)漫等信息。下載功能方便，只需雙擊數(shù)據(jù)列表中的數(shù)據(jù)名稱就可以下載相關(guān)的torrent文件，在下載完畢后，如果您的電腦上已經(jīng)安裝有BT下載軟件的話，則會(huì)自動(dòng)運(yùn)行此軟件，并直接在其中打開torrent文件。
是真正合法的，大文件通常都是占據(jù)很多空間的音頻文件，而其中很多則是電視節(jié)目或者盜版電影，BT很擅長(zhǎng)傳播這些文件。
BT會(huì)使人人都可能成為廣播電視公司，你不再需要廣播電視網(wǎng)就能展示你的產(chǎn)品，只要把電視節(jié)目壓縮成電腦文件，加入BT協(xié)議，把它放在互聯(lián)網(wǎng)上就可以了。用戶只要點(diǎn)擊鏈接，把它下載下來，在任何時(shí)候都能觀看。據(jù)權(quán)威人士預(yù)計(jì)，隨著大大小小的制片商紛紛利用這種低成本的分銷渠道，將會(huì)有大量新的電視節(jié)目推出。英國(guó)廣播公司BBC于2005年8月宣布了MyBBCPlayer的計(jì)劃，這個(gè)系統(tǒng)使用相似的P2P協(xié)議，觀眾可以合法下載BBC的部分電視節(jié)目。澳大利亞影視廣播學(xué)院互動(dòng)媒體講師Mark·Pesce稱，BT不僅將改變電視分銷的方式，而且將改變電視節(jié)目制作的方式。BT勢(shì)必能不斷發(fā)展，它將改變網(wǎng)絡(luò)媒體行業(yè)，這就像是一場(chǎng)Intemet革命。通過Etemet與上級(jí)控制中心聯(lián)系。隧道內(nèi)設(shè)備斷面分布見圖2。
2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能
（1）根據(jù)能見度參數(shù)來確定此時(shí)的洞口限速值等相關(guān)交通信息。檢測(cè)隧道內(nèi)能見度參數(shù)分為幾個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)不同的限速值，并在軟件中可靈活修改參數(shù)。對(duì)于人工發(fā)布的文字信息，將列有一定的常用內(nèi)容供操作人員選擇。
（2）可針對(duì)緊急電話、巡邏車、養(yǎng)護(hù)部門送來的各種隧道維護(hù)、事故等信息進(jìn)行人工輸入，包括事故的發(fā)生時(shí)間和終止時(shí)間、地點(diǎn)、類型、事故檢測(cè)的手段、事故處理過程中采用的監(jiān)控措施、事故描述等。
（3）隧道照明將根據(jù)光強(qiáng)檢測(cè)儀檢測(cè)的參數(shù)，結(jié)合此時(shí)的隧道運(yùn)行狀況（正常、堵塞、火災(zāi)等）由隧道管理站進(jìn)行自動(dòng)控制。
（4）通過設(shè)在隧道洞口和隧道內(nèi)的攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)視并錄像，確認(rèn)區(qū)域內(nèi)的交通狀況。
（5）可監(jiān)視隧道通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的工作狀況。
（6）利用設(shè)在隧道內(nèi)CO／VI檢測(cè)器檢測(cè)該區(qū)域的環(huán)境情況，并對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)控制提供必要的參數(shù)。
（7）利用車輛檢測(cè)器對(duì)交通量、平均車速、占有率等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，通過運(yùn)算可得出交通擁擠、阻塞（幾個(gè)級(jí)別）、事故或車輛故障，并進(jìn)行報(bào)警。
（8）利用設(shè)在隧道內(nèi)的火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)器和手動(dòng)報(bào)警按鈕來自動(dòng)、手動(dòng)檢測(cè)上傳隧道內(nèi)火災(zāi)信息。
（9）當(dāng)檢測(cè)到隧道內(nèi)有火災(zāi)、交通阻塞、緊急電話報(bào)警時(shí)，可自動(dòng)切換相應(yīng)攝像機(jī)顯示畫面并錄像。
（10）通過攝像機(jī)確認(rèn)隧道內(nèi)事件狀況后，系統(tǒng)可自
動(dòng)提示控制方式，待人工確認(rèn)后即可發(fā)布信息，也可人工重新設(shè)定控制命令。
（11）根據(jù)不同事件類型和發(fā)生位置，系統(tǒng)具有對(duì)應(yīng)的唯一的控制方案。
（12）可通過可變情報(bào)板（洞外）、小型可變情報(bào)板（洞內(nèi)）、洞口交通信號(hào)燈、車道指示器、橫通道指示器、
有線廣播系統(tǒng)等設(shè)施進(jìn)行信息發(fā)布。
（13）在出現(xiàn)交通異常或事故情況下，值班員可通過指令電話調(diào)度巡邏車以及高速公路管理人員輔助控制，
并可通過調(diào)節(jié)與本隧道相鄰的收費(fèi)站開啟收費(fèi)車道數(shù)來調(diào)節(jié)主線交通量。
（14）對(duì)于控制命令的自動(dòng)提供，發(fā)布時(shí)由值班員經(jīng)過確認(rèn)后再進(jìn)行人工發(fā)布。
（15）對(duì)于以下設(shè)備的工作狀態(tài)和設(shè)備故障信息，將在監(jiān)控計(jì)算機(jī)和監(jiān)視屏墻上實(shí)時(shí)顯示，并可對(duì)發(fā)布設(shè)備正在顯示的內(nèi)容進(jìn)行顯示：
手動(dòng)報(bào)警按鈕、火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)器、車輛檢測(cè)器、可變情報(bào)板、小型可變情報(bào)板、可變限速標(biāo)志、緊急電話、CO／VI檢測(cè)器、光強(qiáng)檢測(cè)儀、洞口交通信號(hào)燈、車道指示器、橫通道指示器等。
（16）隧道管理站可對(duì)隧道圖像進(jìn)行控制、切換顯示及錄像，并保證在隧道出現(xiàn)異常時(shí)可實(shí)現(xiàn)單洞全長(zhǎng)監(jiān)視功能。在隧道出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)視頻控制矩陣可根據(jù)火災(zāi)報(bào)警點(diǎn)的位置自動(dòng)切換附近攝像機(jī)的圖像到控制臺(tái)的監(jiān)視器上顯示．并觸發(fā)錄像機(jī)自動(dòng)錄像。
（17）在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、交通異常、環(huán)境條件異常時(shí)，隧道處的交通誘導(dǎo)系統(tǒng)（包括洞口交通信號(hào)燈、車道指示器、橫通道指示器、可變限速標(biāo)志、可變情報(bào)板、小型可變情報(bào)板）、風(fēng)機(jī)和照明等系統(tǒng)的運(yùn)行將保證隧道交通運(yùn)行安全，所有信號(hào)標(biāo)志是連鎖動(dòng)作，不會(huì)出現(xiàn)矛盾的信號(hào)顯示，實(shí)現(xiàn)安全控制功能。
（18）隧道管理站向收費(fèi)監(jiān)控片區(qū)中心實(shí)時(shí)自動(dòng)傳輸一些必要的數(shù)據(jù)、圖像及報(bào)警信息，包括車輛檢測(cè)器、緊急電話的信息，可變情報(bào)板發(fā)布的內(nèi)容。
（19）隧道管理站可接收收費(fèi)監(jiān)控片區(qū)中心發(fā)布的各種控制命令和系統(tǒng)參數(shù)信息。另外，隧道管理站可接受收費(fèi)監(jiān)控片區(qū)中心下發(fā)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘時(shí)間，可自動(dòng)校正計(jì)算機(jī)時(shí)間，保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的時(shí)鐘統(tǒng)一。
（20）隧道管理站向收費(fèi)監(jiān)控片區(qū)中心上傳圖像信號(hào)。
（21）監(jiān)控系統(tǒng)方案、設(shè)備、軟件、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和格式等方面將充分考慮收費(fèi)監(jiān)控片區(qū)中心及省監(jiān)控系統(tǒng)的情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和軟件兼容。
3 工業(yè)以太網(wǎng)和區(qū)域控制器隧道現(xiàn)場(chǎng)
設(shè)有變電站控制室，室內(nèi)設(shè)控制柜、動(dòng)力柜，安裝有PLC、供電回路等，分別控制相關(guān)的照明、通風(fēng)、區(qū)域控制等設(shè)備。各PLC對(duì)照明、通風(fēng)、本地控制系統(tǒng)信息進(jìn)行采集，同時(shí)按所設(shè)定的程序以及上位機(jī)的指令進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。采集的信息經(jīng)PLC10Mb／100Mb光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)傳至控制室中央計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。
另外，在隧道監(jiān)控中心的服務(wù)器上匯集了隧道各個(gè)設(shè)備實(shí)時(shí)信息，所以本地控制器不僅能快速交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還能接受和執(zhí)行上位機(jī)的指令，通過服務(wù)器可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)任一設(shè)備（照明、通風(fēng)、本地控制器）發(fā)布操作命令。為此，隧道主控制器選用PLC作為區(qū)域控制器，它具有高速信息交換能力和良好控制功能。
在每臺(tái)PLC上安裝有Rs-_485／RS422或Rsr-_232通訊端口，以便與多參數(shù)智能變送器、限速控制器、可變情報(bào)板顯示控制器等儀表控制設(shè)備相連，串行通信的數(shù)據(jù)協(xié)議是隨著制造商和設(shè)備而變的。協(xié)議的差別使得不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備間的通信非常困難，即使它們的電氣標(biāo)準(zhǔn)相同，PI～通過易于建立的用于匹配所連接的設(shè)備協(xié)議的協(xié)議宏解決了這個(gè)問題，協(xié)議宏使得開發(fā)方不需要編寫專門的通信程序與第三方設(shè)備進(jìn)行通信，原則上PI～能和任何帶 Rs-232c，RS-422或RS-485接口的設(shè)備進(jìn)行通信。
在本控制系統(tǒng)中用于控制照明、通風(fēng)、電力、交通等設(shè)備的各個(gè)區(qū)域控制器均采用獨(dú)立的控制程序，而且有兩個(gè)區(qū)域控制器分別配置了一臺(tái)人機(jī)交互用的觸摸屏，通過PLC和觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明、通風(fēng)、電力監(jiān)控、交通監(jiān)控等各部分的監(jiān)視、控制。控制室中央計(jì)算機(jī)則通過Ethernet與上級(jí)控制中心聯(lián)系。
光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)是PLC一個(gè)重要的網(wǎng)絡(luò)，它支持在PLC之間及PLC和上位機(jī)之間的自動(dòng)數(shù)據(jù)交換，也可使用信息服務(wù)進(jìn)行可編程的數(shù)據(jù)傳送，隧道監(jiān)控系統(tǒng)用光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
4 通風(fēng)控制子系統(tǒng)
通風(fēng)控制子系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的透過率、CO濃度數(shù)據(jù)、交通量數(shù)據(jù)，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)向和運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行和保持風(fēng)機(jī)較佳壽命的控制運(yùn)行，并在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)不同地點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的火災(zāi)排煙處理，保證隧道的安全及運(yùn)行環(huán)境的舒適性。
一般隧道的通風(fēng)控制子系統(tǒng)控制方式可以有如下四級(jí)：第一，監(jiān)控中心（自動(dòng)控制、人工遠(yuǎn)程控制）；第二，隧道監(jiān)控室（自動(dòng)控制、人工控制）；第三，隧道變電所（人工手動(dòng)控制）；第四，通風(fēng)機(jī)開關(guān)箱（人工手動(dòng)控制）。
正常情況下將隧道變電所的風(fēng)機(jī)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動(dòng)”位，由監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)通風(fēng)控制子系統(tǒng)的監(jiān)控，自動(dòng)完成子系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)在發(fā)生故障或需要時(shí)經(jīng)過轉(zhuǎn)換應(yīng)在前三級(jí)的任一級(jí)上維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在對(duì)通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)控制子系統(tǒng)需要進(jìn)行維修和測(cè)試時(shí)則采取隧道監(jiān)控室人工控制、變電所人工控制、通風(fēng)機(jī)開關(guān)箱處人工控制的方式。
通風(fēng)控制子系統(tǒng)由監(jiān)控中心工作站、隧道設(shè)備室區(qū)域控制器、通風(fēng)控制柜、隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)、CO檢測(cè)器和透過率檢測(cè)器、連接電纜、電源電纜等組成。CO檢測(cè)器和透過率檢測(cè)器設(shè)在隧道內(nèi)，用于檢測(cè)隧道內(nèi)CO濃度和能見度情況，由本地控制器采集數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)將檢測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較．控制風(fēng)機(jī)的啟停。
通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在隧道內(nèi)的通風(fēng)控制柜，能完成本地的人工控制，并且預(yù)留遙控遙信條件。監(jiān)控系統(tǒng)在隧道變電站設(shè)有本地控制器。與通風(fēng)控制柜用繼電器接點(diǎn)輸出相連，以保證對(duì)風(fēng)機(jī)的遙控，每個(gè)單洞進(jìn)行獨(dú)立控制，盡量減少相互之間的影響。
對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)來看是將一個(gè)斷面上的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)作為一組進(jìn)行控制，由通風(fēng)系統(tǒng)返回每臺(tái)風(fēng)機(jī)的狀態(tài)信號(hào)，即風(fēng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、故障等信號(hào)，輸入輸出之間有電磁隔離措施。
5 隧道照明控制子系統(tǒng)
隧道照明控制子系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的洞內(nèi)外光強(qiáng)數(shù)據(jù)、交通量變化以及白天、黑夜等情況，控制隧道的照明系統(tǒng)，調(diào)節(jié)出入口以及洞內(nèi)的照明，保證行車的安全，以及在滿足照明要求的情況下達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的，同時(shí)對(duì)洞內(nèi)照明以及照明控制設(shè)備的狀況進(jìn)行監(jiān)視。
隧道照明控制子系統(tǒng)由監(jiān)控分中心計(jì)算機(jī)、隧道設(shè)備室本地控制器、照明控制柜、隧道內(nèi)燈具、連接電纜等組成。監(jiān)控分中心計(jì)算機(jī)、隧道本地控制器都可進(jìn)行照明控制，在隧道至監(jiān)控分中心的通信出現(xiàn)故障時(shí)，可直接在本地控制器上操作，以保證隧道正常運(yùn)營(yíng)。
照明系統(tǒng)在隧道內(nèi)設(shè)照明控制柜等設(shè)備，能完成本地的人工和自動(dòng)控制，并且預(yù)留監(jiān)控裝置遙控、遙信的條件，提供控制每路照明的繼電器接點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)在隧道變電站設(shè)有本地控制器，直接與照明控制柜的繼電器接點(diǎn)相連，以保證對(duì)照明的遙控，每個(gè)單洞獨(dú)立進(jìn)行控制，避免相互之間的影響。
照明分3個(gè)等級(jí)：0級(jí)為全日燈，基本照明，不控制；1級(jí)為全日燈、黃昏燈；2級(jí)為全日燈、黃昏燈、白日燈。
6 語結(jié)
目前，隧道監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，考慮到國(guó)內(nèi)的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備大部分還依賴于進(jìn)口，控制方式有些還照搬國(guó)外的控制方法，隧道的設(shè)備標(biāo)志不合理，對(duì)于隧道異常事件處理預(yù)案還不成熟等問題，所以，對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的深入研究尤其是特長(zhǎng)隧道的研究是一個(gè)迫切需要解決的問題，它的研究成果對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展及國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)免受損失必將帶來顯著的作用。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)