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基于紫金桥监控组态软件的高速隧道监控系统
基于紫金桥监控组态软件的高速隧道监控系统
一、概述
随着我国经济的快速发展，公路及公路隧道的建设项目与日俱增，隧道安全运营问题显得越来越突出，除隧道本身的土建施工质量外，隧道的监视与控制管理成为公路隧道安全正常运行的重要课题。其中隧道监控系统是现代城市建设标志性工程之一，随着计算机技术、图像处理技术、通讯技术、控制技术的发展，以太网技术和总线技术突破了原有的技术瓶颈，使隧道的监视与控制系统高速信息共享成为可能。其系统响应约为30－60秒，采用二级计算机网络、下级网络选用双环光网，响应时间＜10秒，并设有电力、交通、CCTV、收费、广播、无线通讯、调度电话、火灾报警、模拟屏显示等九个子系统，在中央计算机系统的统一指挥下有机协调运作。本系统包括电力监控和数据采集系统，交通监控及数据采集系统、双机设备、模块化软件设计、MTBF指标达到106小时以上。收费效率提高30％以上，营运能力提高20％，经济效益明显提高。
二、系统结构
由于xx高速公路隧道群监控系统，在监控区域上较分散且较偏远，行政组织管理结构上又涉及到多个部门，多级领导，同时，又要满足省护路办的集中管理和统一调度，因此，在方案设计时，首先就要考虑到整个系统的架构。
采用分级管理模式，建立多平台，多系统下的统一管理平台，能够通过总监控中心对所有系统内的分监控中心以及各本地监控室的主机及监控设备进行统一有序的调配、管理。而分监控中心在服从总监控中心调度指挥的同时，也在自己职能范围内管理和调度其所管辖各车站内的监控设备，从而达到集中与分散相结合的多级用户管理模式。
注：一级监控中心安装紫金桥服务器网络版软件；
二级监控中心安装紫金桥网络版软件；
三级监控中心安装紫金桥通用软件；
三、系统目的
中央计算机系统能在各种情况下准确、可靠、迅速做出反应，及时处理、
● 协调各系统工作，达到实时监控的目的。
● 设备监控系统承担隧道通风、水泵、照明等设备的监视、控制与检测，设备发生故障时告警，并在正常与非正常情况下采取相应控制措施。
● 交通临控系统应具有完备、实用、可行的交通监测与控制功能，能快速、准确检测出各项交通参数并及时处理，保证隧道安全畅通。
● 防灾报警监控系统应能迅速地检测出隧道内险情，如火灾、车祸等，自动联动相关设备，在中央计算机统一指挥下，协调各系统采取相应的紧急措施，防止灾情蔓延。
● 闭路电视监控系统应能对全隧道及道口实现全范围、全断面的监视。通信监控系统实现隧道内外以及相关区域或交通线的信息交流。
●广播系统应能进行日常业务广播和紧急疏散、急救广插，与火灾报警系统联动广播，当隧道发生阻塞、交通事故或火灾事故等紧急情况时，中控室操作人员能通过本系统对有关人员发布通知，进行调度、组织和疏散工作。
四、解决方案
（一） 隧道监控中心
要实时对本路段隧道交通运行及安全救援的管理和调控，集中控制辖区内隧道的机电设施：变配电、照明、通风、安全、火灾、交通运行、电视监视等检测控制的自动运行，调度各隧道救援维护组织，转发信息，下达控制命令，为现场调试维护隧道设备及火灾紧急现场救援提供便利。监控中心内设监控室，监控室配备设备主要有服务器、工作站、计算机、主区域控制器，火灾报警主机、紧急电话主机、视音频控制设备、通信网络设备、打印机、光盘刻录、硬盘录像机、大屏幕无缝拼装投影屏、UPS 等外围设备。
（二） 计算机监控系统及功能
隧道监控室控制系统是本系统的中央指挥计算机主控系统，各隧道设备管理微机及ACU网络则是各部分职能计算机分系统。
1．主控计算机系统
系统组成：系统由系统主机(紫金桥服务器)、隧道管理软件系统、交通监控软件系统、照明及通风监控软件系统、控制台终端软件系统 等软件系统组成，采用基于紫金桥组态软件开发，监控计算机的网络拓扑为星形结构，各系统通过主计算机交换数据，网络资源共享。
①系统主机(紫金桥服务器)：负责网络操作和各进程的管理与运行，储存监控系统所有数据；保证系统的安全性，建议采用紫金桥双机热备服务器；
②隧道管理软件系统：管理计算机接收处理，运算有关隧道报警、火灾检测、CO、VI 检测，亮度检测各类数据。同时还接收来自于紧急电话控制火灾事故确认信号等。
③交通监控软件系统：交通监控计算机对其相关的各种数据进行处理、运算。这些数据来源于各隧道分系统信息包括：
● 隧道车辆检测检测并给予处理的隧道交通信息。
● 并由紧急电话控制台传来的隧道交通信息。
● 隧道CO、VI 检测并预处理的空气质量数据。
● 火灾报警及自动检测并给予处理的隧道火灾信息。
● 隧道维护管理部门有关隧道维护区段的信息。
● 隧道闭路电视监视系统对隧道事故，火灾的确认信息。
● 可变情报板，可变限速标志及车道指示器的显示反馈信息。
④照明及通风监控软件系统：
照明，通风监控计算机经网络采集隧道内外亮度检测器预处理更换信息及一氧化碳含量、亮度检测器、风速风向仪预处理的信息，综合交通状态及火灾报警信息，分别处理运算得到不同等级的照明，通风控制方案。
⑤控制台终端软件系统：
控制台终端计算机接收从交通监控计算机、安全监控计算机、照明及通风监控计算机分别结束的信息。如交通状况信息，紧急电话有线广播信息。交通控制方案，可变情报板，车道指示灯显示信息，隧道火灾事故报警信息，一氧化碳含量及能见度信息，隧道照明及通风机运行信息，摄像机监视区段信息，经计算机处理可进行以下几项操作：
● 模拟图形显示：对隧道交通状况进行模拟显示；
● 模拟火灾现状及发展趋势显示；
● 上述各类检测信息的图表及变化曲线显示；
2．系统信息的采集及传输
①原始信息的采集；隧道监控原始信息来自于现场各类检测设备，如火灾报警，火灾探测，紧急电话，车辆检测，空气检测，亮度检测，设施状态检测等，上述信息经隧道现场设置的ACU 光纤工业控制网传输通道，RS485 通道等传输至设备室微机系统。控制信息经上述通道反向传输至设备。
②基层控制单元信息的采集传输：隧道设备室微机系统作为隧道基层控制单元，可根据原程序自动运行，并整理数据信息向隧道监控站传送及接收修改控制指令，需通过ACU 的以太网、I/O、A/D、RS232/422/485 等板卡接口进行。
五、总结
设计一套完善、先进、可靠的隧道监控系统十分重要，一旦有预案发生各子系统会自动综合联动，能在最短的时间内有效地处理事故。
随着我国经济的快速发展，公路及公路隧道的建设项目与日俱增，隧道安全运营问题显得越来越突出，除隧道本身的土建施工质量外，隧道的监视与控制管理成为公路隧道安全正常运行的重要课题。其中隧道监控系统是现代城市建设标志性工程之一，随着计算机技术、图像处理技术、通讯技术、控制技术的发展，以太网技术和总线技术突破了原有的技术瓶颈，使隧道的监视与控制系统高速信息共享成为可能。其系统响应约为30－60秒，采用二级计算机网络、下级网络选用双环光网，响应时间＜10秒，并设有电力、交通、CCTV、收费、广播、无线通讯、调度电话、火灾报警、模拟屏显示等九个子系统，在中央计算机系统的统一指挥下有机协调运作。本系统包括电力监控和数据采集系统，交通监控及数据采集系统、双机设备、模块化软件设计、MTBF指标达到106小时以上。收费效率提高30％以上，营运能力提高20％，经济效益明显提高。
二、系统结构
由于xx高速公路隧道群监控系统，在监控区域上较分散且较偏远，行政组织管理结构上又涉及到多个部门，多级领导，同时，又要满足省护路办的集中管理和统一调度，因此，在方案设计时，首先就要考虑到整个系统的架构。
采用分级管理模式，建立多平台，多系统下的统一管理平台，能够通过总监控中心对所有系统内的分监控中心以及各本地监控室的主机及监控设备进行统一有序的调配、管理。而分监控中心在服从总监控中心调度指挥的同时，也在自己职能范围内管理和调度其所管辖各车站内的监控设备，从而达到集中与分散相结合的多级用户管理模式。
注：一级监控中心安装紫金桥服务器网络版软件；
二级监控中心安装紫金桥网络版软件；
三级监控中心安装紫金桥通用软件；
三、系统目的
中央计算机系统能在各种情况下准确、可靠、迅速做出反应，及时处理、
● 协调各系统工作，达到实时监控的目的。
● 设备监控系统承担隧道通风、水泵、照明等设备的监视、控制与检测，设备发生故障时告警，并在正常与非正常情况下采取相应控制措施。
● 交通临控系统应具有完备、实用、可行的交通监测与控制功能，能快速、准确检测出各项交通参数并及时处理，保证隧道安全畅通。
● 防灾报警监控系统应能迅速地检测出隧道内险情，如火灾、车祸等，自动联动相关设备，在中央计算机统一指挥下，协调各系统采取相应的紧急措施，防止灾情蔓延。
● 闭路电视监控系统应能对全隧道及道口实现全范围、全断面的监视。通信监控系统实现隧道内外以及相关区域或交通线的信息交流。
●广播系统应能进行日常业务广播和紧急疏散、急救广插，与火灾报警系统联动广播，当隧道发生阻塞、交通事故或火灾事故等紧急情况时，中控室操作人员能通过本系统对有关人员发布通知，进行调度、组织和疏散工作。
四、解决方案
（一） 隧道监控中心
要实时对本路段隧道交通运行及安全救援的管理和调控，集中控制辖区内隧道的机电设施：变配电、照明、通风、安全、火灾、交通运行、电视监视等检测控制的自动运行，调度各隧道救援维护组织，转发信息，下达控制命令，为现场调试维护隧道设备及火灾紧急现场救援提供便利。监控中心内设监控室，监控室配备设备主要有服务器、工作站、计算机、主区域控制器，火灾报警主机、紧急电话主机、视音频控制设备、通信网络设备、打印机、光盘刻录、硬盘录像机、大屏幕无缝拼装投影屏、UPS 等外围设备。
（二） 计算机监控系统及功能
隧道监控室控制系统是本系统的中央指挥计算机主控系统，各隧道设备管理微机及ACU网络则是各部分职能计算机分系统。
1．主控计算机系统
系统组成：系统由系统主机(紫金桥服务器)、隧道管理软件系统、交通监控软件系统、照明及通风监控软件系统、控制台终端软件系统 等软件系统组成，采用基于紫金桥组态软件开发，监控计算机的网络拓扑为星形结构，各系统通过主计算机交换数据，网络资源共享。
①系统主机(紫金桥服务器)：负责网络操作和各进程的管理与运行，储存监控系统所有数据；保证系统的安全性，建议采用紫金桥双机热备服务器；
②隧道管理软件系统：管理计算机接收处理，运算有关隧道报警、火灾检测、CO、VI 检测，亮度检测各类数据。同时还接收来自于紧急电话控制火灾事故确认信号等。
③交通监控软件系统：交通监控计算机对其相关的各种数据进行处理、运算。这些数据来源于各隧道分系统信息包括：
● 隧道车辆检测检测并给予处理的隧道交通信息。
● 并由紧急电话控制台传来的隧道交通信息。
● 隧道CO、VI 检测并预处理的空气质量数据。
● 火灾报警及自动检测并给予处理的隧道火灾信息。
● 隧道维护管理部门有关隧道维护区段的信息。
● 隧道闭路电视监视系统对隧道事故，火灾的确认信息。
● 可变情报板，可变限速标志及车道指示器的显示反馈信息。
④照明及通风监控软件系统：
照明，通风监控计算机经网络采集隧道内外亮度检测器预处理更换信息及一氧化碳含量、亮度检测器、风速风向仪预处理的信息，综合交通状态及火灾报警信息，分别处理运算得到不同等级的照明，通风控制方案。
⑤控制台终端软件系统：
控制台终端计算机接收从交通监控计算机、安全监控计算机、照明及通风监控计算机分别结束的信息。如交通状况信息，紧急电话有线广播信息。交通控制方案，可变情报板，车道指示灯显示信息，隧道火灾事故报警信息，一氧化碳含量及能见度信息，隧道照明及通风机运行信息，摄像机监视区段信息，经计算机处理可进行以下几项操作：
● 模拟图形显示：对隧道交通状况进行模拟显示；
● 模拟火灾现状及发展趋势显示；
● 上述各类检测信息的图表及变化曲线显示；
2．系统信息的采集及传输
①原始信息的采集；隧道监控原始信息来自于现场各类检测设备，如火灾报警，火灾探测，紧急电话，车辆检测，空气检测，亮度检测，设施状态检测等，上述信息经隧道现场设置的ACU 光纤工业控制网传输通道，RS485 通道等传输至设备室微机系统。控制信息经上述通道反向传输至设备。
②基层控制单元信息的采集传输：隧道设备室微机系统作为隧道基层控制单元，可根据原程序自动运行，并整理数据信息向隧道监控站传送及接收修改控制指令，需通过ACU 的以太网、I/O、A/D、RS232/422/485 等板卡接口进行。
五、总结
设计一套完善、先进、可靠的隧道监控系统十分重要，一旦有预案发生各子系统会自动综合联动，能在最短的时间内有效地处理事故。