隧道综合智能监控系统设计与研究
摘要：本文是一种隧道监控系统的综合设计方案,说明了该隧道监控系统的冗余网络结构,简要介绍了PLC 站点构成的区域控制器和设计原则,讨论了智能监控系统的体系结构和各模块的功能及设计实现方法,该方案将在梅岭隧道监控系统中获得应用,监控系统为PROFIBUS 总线技术的应用和隧道监控系统的现场应用调试提供了一个很好的实验平台。

关键词：智能监控系统隧道
公路中的隧道与普通的路段相比,隧道具有空气污染严重、空间高度有限、内外亮度差大等缺点,这些都使隧道成为事故易发路段。

为了提高隧道的营运能力、应急状态下的事故处理能力及增强隧道内行车的安全性,有必要实现隧道的智能化操作、管理,建立一个统一集成的隧道智能监控系统。

高速公路隧道监控系统主要是对重点路段的交通流进行统计及监视交通状况,并对路段的各种设备进行集中监控和管理。

监控系统包括:火灾报警、隧道本地控制、闭路电视监视、通风照明、紧急电话、有线广播及中央监控管理等若干子系统。

中央监控管理子系统是该监控系统的神经中枢。

1、智能监控系统体系结构
隧道监控系统要实现对隧道光亮度、风机、CO浓度、能见度、车流量、车速、烟雾火灾、消防喷淋、紧急求助、车道灯、可变情报板等一系列参数的监测与控制,各个参数之间存在诸多互为影响和作用。

2、隧道监控系统网络拓扑结构
采用三层网络结构,上层采用基于同一操作平台之上的千/百兆以太网结构信息层,主要由设备监控工作站、综合显示屏、网络设备、软件等组成,实现与交通管理部门的网络连接;第二层是基于环型工业以太网（TCP/IP）之上的控制层,挂设区域控制器（ACU）、站端机。

（RTU）等现场设备,隧道区域控制系统主要有隧道区域控制器和各种现场设备组成。

下层基于总线式现场设备网和远程I/O相结合的方式,实现数据采集、监测、控制功能,从而形成一个集散型三级计算机网络实时监控系统,实现监控中心与交通管理部门、系统内各设备的网络连接,以及隧道内各相关设备之间的网络连接,实现监控系统内各子系统的智能综合监控、相关子系统的联动监控。

隧道区域控制系统中的PLC通过Controller Link单元用光缆连接成Controller Link 冗余光纤环网。

3、系统功能子系统模块的设计与实现
3.1 照明控制子系统
隧道照明对保障隧道交通安全起着关键作用。

将隧道的照明设置成几段:“引入段”,驾驶员在洞口处应能够辨别障碍物,进入隧道后能够很快适应,消除“黑洞”现象;“过渡段”,驾驶员应能逐渐适应隧道内部的照明;“出口段”,驾驶员应能逐渐适应出口处的强光,消除“亮洞”现象。

照明的两种控制模式白天模式,夜间模式,照明子系统控制主要经历三个阶段:数据采集,数据分析和调光控制。

数据采集是实时采集现场数据。

数据分析主要用来对现场数据进行计算,得出照明模式的理论值。

调光控制则根据理论情况和现场数据调整照明,达到最佳照明模式为止。

3.2 通风控制子系统
监控系统硬件配置上位机用于监控系统中各风机的运行状况,包括模拟量输
入显示、开关量输入显示、开关量输出显示。

下位机采用PLC,完成与风机相关的所有逻辑控制、频率和相位的实时检测、数据通信等功能。

其他设备:压磁传感器把采集到的信息转变成电信号传输给远程数据采集盒。

远程I/O通讯用于采集传感器检测到的数据,并通过网络传输给PLC。

3.3 视频控制子系统
隧道视频监控系统由摄像机、传输设备、显示设备及控制设备等组成。

(1)摄像机:主要任务是全天候拍摄隧道中监视范围内的车辆及环境场景,完成信息采集;(2)传输设备:主要是指射频发射机、中继器、线缆、光端机、视频分配器等,完成信号的传输工作。

(3)显示存储设备:主要包括监视器、硬盘录像机等,完成图像的显示和存储。

(4)控制设备:包括键盘、矩阵切换控制器、画面分割器等。

用户通过控制键盘实现对外场摄像机的调焦、旋转等功能,实现对各路视频信号的切换和显示。

3.4 隧道消防子系统
隧道火灾报警系统应灵敏、可靠,尽量杜绝漏报、误报,灭火系统的设计应采用固定式和移动式相结合的方案,同时满足不同火灾规模和火灾不同发展阶段的灭火需要。

隧道消防设施的设置主要针对扑灭汽车油箱火灾及普通货物火灾,隧道配置的消防设施包括灭火器(干粉灭火器和泡沫灭火器)和水消防系统,沿隧道行车方向右侧边墙每隔50m设置一个消防设备箱。

箱内设置干粉灭火器,可使司乘人员在发生上述火灾时迅速自救。

3.5 隧道供配电子系统
配电系统是隧道内各个系统正常工作的基础,为确保隧道安全、正常运营,在隧道内设置有通风、照明、消防、监控等设施,其中应急照明、射流风机、监控系统、消防水泵、消防报警系统属一级负荷,分别由变配电所放射式两路配至末端,自动切换。

监控系统、消防报警系统因允许中断供电时间的需求,另设置有UPS 电源。

3.6 紧急电话、广播子系统
当车辆发生故障时,驾驶员可以通过紧急电话系统寻求帮助。

一旦发生紧急情况,广播系统可以指挥交通和驾驶员的紧急避难等。

3.7 交通监控子系统
交通监控系统用于隧道内正常交通及火灾、事故等情况下的交通控制。

通过该系统可以改变隧道运行方式,以防止造成二次事故,充分利用隧道的通行能力。

该系统可根据安装在隧道路段的车辆监测器检测到的车辆信号、交通量信号、交通密度信号和车速信号,进行逻辑分析和判断,得到符合实际交通现状的控制参数,并传送给可变限速标志、交通信号灯、车道灯等外部设备,交通信号灯由红、黄、绿三色组成,根据隧道内采集到的各种信息,如堵塞或其他异常情况,对准备进入隧道的车辆数进行调节,均衡交通流。

4、系统监控软件界面设计
监控系统的软件采用模块化设计,软件以图形、数字或曲线方式来反映当前隧道的内部情况以及监测设备的运行状态。

软件的工作画面包括以下几个部分:隧道工作状况总貌,风机监控,通风系统监控,信号灯监控,环境参数监控,交通流参数监控,可变情报板及限速板监控,广播系统监控,实时及历史数据趋势分析,报警一览表等。

组态软件系统的配置和画面组态方便、结构灵活、开放,具有动态画面、事件触发、报警、报表输出、历史数据储存等功能。

参考文献
[1]虞致国,吴金勇等.隧道智能监控系统的设计与实现[J].计算机工程,2004,30(22):167-169.。