智能科学技术论文:阐述当前高速公路隧道监控系统

　　阐述当前高速公路隧道监控系统
　　郭笑妤（贵州省交通规划勘察设计研究院贵州贵阳550001）
　　摘要:隧道作为高速公路上的特殊路段,是高速公路路段中相对事故率较高的区域。一套好的隧道电子监控与监测系统不仅需要高质量的监控与监测设备,也需要设计出适合隧道本身特点的综合智能监控与监测方案,更需要投入足够的资金、人力进行软件系统设计。
　　关键词:公路隧道；监控系统；
　　随着经济建设的发展,高速公路在国民经济中所起的作用越来越大,到2007年年底,全国高速公路的通车里程近5.4万km。交通部2008年11月25日宣布,2009年中国交通行业将实现1万亿元的投资规模。2010年要实现的三个目标中的第一个目标,就是我国南部地区要基本形成高速公路网。高速公路道路监控系统为高速公路畅通运行提供了有效的保障,高速公路隧道事故率较高,因而历来是高速公路道路监控的重中之重。
　　1实现综合智能监控与监测系统的途径
　　从已建设的隧道监控系统工程来看,将各子系统有机地整合集成为一个联动的综合智能监控与监测系统的实例很少,其原因是多方面的,主要是建设中重硬件轻软件,表现在设计和招标文件中对系统功能及性能的描述不够完善、预定应用软件的研发费很低、研发单位投入人力不够等,造成系统应用软件不能满足系统运营的需求。为了改变这种状况,首先在设计招标文件中应该增加各子系统联动工作的描述,说明在各种事件下,隧道监控系统的应对措施、救援排障预案,事件应包括交通事故、火灾、停电、计划维修等;其次,给应用软件研制以合理的费用,并且在工程招标后以施工单位为主编制一个《系统功能、性能规格书》或《监控系统详细设计文档》,将系统功能、性能、人工操作界面、内外接口需求等全面地包括在内,该文档经过业主、设计、监理单位参与及审定后,作为今后验收的重要依据;最后,加强交工验收的系统测试与验收,使提交的隧道监控系统能满足今后运营维护的需要。
　　2高速公路监控系统构成分析
　　高速公路隧道电子监控与监测系统分为三级,隧道本地控制器、隧道监控室、分中心监控室。隧道本地控制器内置基本的照明、通风运行模式,在没有上级控制干预下可以自动运行;隧道监控室装有工控机,通过网络与所有隧道本地控制器相连,采集隧道本地控制器的信息和外场设备的信息,根据事先设定好的运行模式自动运行,在隧道发生应急事件的情况下,可根据上级下达命令或者本地手动控制,执行预制的各种应急预案;分中心监控室监控机通过网络与隧道监控室相连,汇总所有隧道的设备信息,并进行分析,在必要时可通过监控员手动切换到隧道本地的运行模式。隧道电子监控与监测系统分为照明子系统、通风子系统、火灾报警子系统、交通控制子系统、电力子系统以及变形监测子系统。每个子系统既要能独立运行,又要能和别的子系统联动运行。
　　1)照明子系统的功能是控制隧道内的照明,尽量减小由于隧道内外亮度反差引起的“黑洞效应”和“白洞效应”。照明回路都是由开关量来控制的,隧道洞内外的光强仪和照度仪所输出的是模拟量,隧道本地控制器需根据洞内外的光强照度仪所测量出来的结果来调整隧道内的照明回路。PLC配置模拟量采集模块和I/O控制模块即可很好地完成对照明子系统的监控,同时内置多种基本的时序模式,再结合面板上的触摸屏,可以实现与上位机通讯中断情况下隧道本地的独立运行和手动控制。
　　2)通风子系统的功能主要是监控隧道内的行车环境,在隧道内CO浓度过大或者发生火灾时开启风机排出废气。由隧道本地监控装置对隧道内的自然风风向及大小、机械风进行监测。根据监测结果,用非恒定流理论,适时选定投入运行的风机台数或通风时间,以达到节约能源的目的。隧道内风机系统与CO/VI检测器和风速风向仪联动控制,当CO/VI检测超标时,自动开启风机,风机的方向由风向仪测出的风向控制。PLC配置模拟量采集模块,采集CO/VI检测器和风速风向仪的值,配置I/O模块控制风机继电器,再加上手动控制模式,能够实现本地独立运行。
　　3)火灾报警子系统是一套独立的系统,火灾检测点遍布整个隧道,统一由火灾报警主机采集,然后通过串口通讯协议发送给上位机。由于发生火灾时,需要启动应急预案,应急预案的启动需要监控员手动控制,因此火灾报警子系统的监控由隧道监控室的工控机负责,监控机在接到火灾报警信号后,上传分中心监控室,由监控员下达应急预案,然后联动隧道内各子系统运行。隧道火灾消防的原则是“以防为主、防消结合”,可结合隧道火灾烟气流动特性和排烟技术实现相关消防设施的联动灭火。
　　4)交通控制子系统负责交通数据采集和通行诱导,涉及的设备有车检器、车道控制器、交通信号灯、可变情报板、隧道横洞卷帘门等,其中,车检器和可变情报板通过网络通信进行监控,由隧道管理站工控机负责;车道控制器、交通信号灯等通过开关量控制的设备则由就近的PLC负责采集和控制。
　　5)电力子系统负责监测隧道内电力设备的运行参数,并可对中压断路器等进行手动远程控制。配电箱内电表由本地PLC的模拟量采集模块采集,中压设备为独立设备,断路器、手车等由PLC的I/O模块控制,运行参数通过PLC上传隧道监控室,由工控机解析并汇总。
　　6)变形监测子系统负责监测隧道变形,可对变形监测数据进行分析,为预防隧道塌方事故提供数据支持。运行参数也通过PLC上传隧道监控室,由工控机解析并汇总。
　　3监控监测网络组网解决方案
　　考虑到隧道群的分布范围较广且设备分散度高,光纤环网一旦过长将导致较大的误码率和传输速度的下降,如果需要得到较好的控制效果,可将整个群划分为多个区域环网,在各区域环网设立一台具有双机热备功能的主控控制器一台,以确保系统的稳定。所有的隧道监控站控制信息将由主控控制器统一分配,同时在隧道监控站与环网通讯失败的情况下可及时采用二级管理模式,主控层将及时接管所有的本地控制器控制,工作人员可以通过现场触摸屏实现对整个系统的监控。对于特长隧道,考虑到隧道存在很高的封闭性,一旦隧道内发生异常,进入隧道进行操作将无法达到及时相应的效果,同时一旦隧道发生特殊情况,可能使隧道两侧难以兼顾。基于以上原因,我们采用隧道两侧各设一个带双机热备的主控控制器。所有的现场采集数据将实现共享,两台主控控制器在相互可以通讯并可以和本地控制器通讯的情况下将采用一用一备方式。主控层的主用和备用选择可以由触摸屏设定。如果出现隧道环网通讯中断,两端隧道主控控制器可以对应当前可以通讯的设备及时接管控制,同时显示状态信息,工作人员可以根据现场状况及时采取相应措施。
　　4 结束语
　　文章对高速公路隧道电子监控与监测系统的构成进行了简单的分析,并对监控监测网络组网解决方案进行了探讨。实现综合智能监控与监测系统的途径提出了自己的看法,为高速公路畅通运行提供了有效的保障措施。