一、引言
公路隧道不同于鐵路隧道，需要安全的交通誘導、人性化的照明、通風設(shè)施，更需要一整套合理、周密的緊急事件救助方案。隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，近年來交通運輸量更是迅猛增加，行經(jīng)隧道的車輛如果較為密集或者行駛緩慢時，會造成污染物(如CO)的增加，能見度的下降。公路隧道在整個路段屬于特殊構(gòu)造段，因為隧道空間小，密閉性強，一旦發(fā)生火災、事故、交通擁堵，隧道內(nèi)的環(huán)境會發(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)控等級為A級、朝塘監(jiān)控等級為C級，其余隧道均為B級。按照隧道劃分標準，其中茶子腳隧道為特長隧道，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)，分別對馬梧隧道中的茶子腳隧道以及蘇屋隧道進行上位集成監(jiān)控。
該項目上位監(jiān)控系統(tǒng)由北京九思易自動化軟件有限公司設(shè)計開發(fā)。
三、監(jiān)控系統(tǒng)簡介
廣西馬梧隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用分層多級控制，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)計范圍內(nèi)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下：
現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)經(jīng)外場設(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其所管轄范圍內(nèi)設(shè)備的本地監(jiān)測和控制功能。
隧道監(jiān)控系統(tǒng)由九個子系統(tǒng)構(gòu)成：交通監(jiān)控子系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視子系統(tǒng)、火災自動報警子系統(tǒng)、隧道通風控制子系統(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、火災自動報警、緊急電話、指令電話、有線廣播子系統(tǒng)為獨立的子系統(tǒng)，通風控制、電力監(jiān)控、隧道照明控制在邏輯上相對獨立，在系統(tǒng)構(gòu)成上則合成一體。九個子系統(tǒng)之間既避免由于某個子系統(tǒng)出故障而影響其它子系統(tǒng)的運行，又可保證整個系統(tǒng)的聯(lián)動運行；當隧道監(jiān)控室設(shè)備出現(xiàn)故障時，通過本地控制器可完成現(xiàn)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。
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)進行數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器工程實時采集隧道外場所有設(shè)備數(shù)據(jù)信息，自行進行數(shù)據(jù)分析和存儲，并為客戶端工程提供所有實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；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(wù)器工程發(fā)送請求監(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)，實現(xiàn)對隧道內(nèi)所有外場設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集和命令下發(fā)。
2.系統(tǒng)運行模型
本系統(tǒng)具體運行模型如下圖：
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)主要由交通檢測與交通信號控制兩部分組成。
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，并判斷隧道內(nèi)的堵塞情況，也是通風和隧道照明控制子系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)。檢測參數(shù)包括交通流量、平均車速、占有率、車頭時距。
交通信號控制主要是用于協(xié)助疏導交通、給司機提供信息，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)的信號指示，達到分流、啟閉車道、脅迫車輛改道等作用。
本系統(tǒng)由交通監(jiān)控計算機、隧道工業(yè)以太網(wǎng)交換機、隧道本地控制器、外場設(shè)備以及傳輸通道等組成。本地控制器系統(tǒng)通過檢測交通及隧道環(huán)境參數(shù)收集、存儲和管理外場設(shè)備數(shù)據(jù)，監(jiān)視外場設(shè)備工作狀態(tài)，報告給監(jiān)控室，并且接受監(jiān)控室命令對外場設(shè)備進行控制；另外它還具有本地自動控制的功能，在維修或測試等需要時可由隧道內(nèi)的本地主控制器作為中心進行控制。
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，并接受來自監(jiān)控中心的控制指令。
交通子系統(tǒng)可實時監(jiān)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(shè)備?？杀O(jiān)視或控制交通信號燈紅燈、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)場車道設(shè)計，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)；可實時獲取任意車輛檢測器的各項交通數(shù)據(jù)(車流量、平均車速、占有率等等)，同時可自行根據(jù)各項數(shù)據(jù)計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)、無色(正常)三種狀態(tài)反饋給監(jiān)控人員；可實時動畫模擬現(xiàn)場所有情報板所發(fā)布的文字、圖片等信息，同時可下發(fā)指令給情報板控制器，下發(fā)任意文字、圖片信息進行交通信息誘導。
交通子系統(tǒng)亦結(jié)合預案系統(tǒng)，當隧道出現(xiàn)任意事故時，調(diào)動各外場設(shè)備進行聯(lián)動控制，保障隧道交通正常運行。
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)置手動報警按鈕。手動報警按鈕設(shè)在消防洞附近的預留洞室內(nèi)，約每50米一個，通過總線與火災報警控制器連接。在緊急情況下人工按動報警按鈕，即可將信號傳到隧道管理所，再配合閉路電視監(jiān)視子系統(tǒng)確認事件性質(zhì)。
消防子系統(tǒng)為獨立子系統(tǒng)。本次設(shè)計采用光纖光柵感溫探測系統(tǒng)，光纖光柵傳感是通過對光纖內(nèi)部寫入的光柵反射或者折射光譜的檢測實現(xiàn)對火災的檢測。本子系統(tǒng)由隧道管理所火災報警工作站、隧道火災報警控制器、隧道內(nèi)手動報警按鈕、光纖光柵火災探測器、光纖光柵感溫火災探測信號處理器以及傳輸通道等組成，可及時、準確的反映出隧道內(nèi)火災發(fā)生的地點。
消防子系統(tǒng)，在隧道出現(xiàn)火災事故時，及時結(jié)合預案管理系統(tǒng)，由管理所監(jiān)控人員人工執(zhí)行火災預案，控制隧道內(nèi)的射流風機的啟停、各卷簾門相應(yīng)的開啟或關(guān)閉，同時，結(jié)合現(xiàn)場情況，及時關(guān)閉事故路段入口的交通信號燈，相應(yīng)的更改本路段上的所有車道指示器，結(jié)合可變情報板，誘導隧道內(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)場所有車輛的行車安全。本子系統(tǒng)同時控制照明系統(tǒng)，將隧道內(nèi)所有照明設(shè)備開啟到最大范圍和強度的照明，并控制CCTV系統(tǒng)捕獲火災事發(fā)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(jiān)控主機中，供管理所內(nèi)監(jiān)控人員及時處理現(xiàn)場事故。
