高 波

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

1 概述

以武漢、南京長(zhǎng)江隧道為代表的城市快速路隧道為確保車輛安全快速通過以及監(jiān)控設(shè)備的長(zhǎng)期正常運(yùn)行,對(duì)于隧道監(jiān)控系統(tǒng)提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求。隧道監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理和監(jiān)控隧道中各機(jī)電子系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),通過采用先進(jìn)的數(shù)字化數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、智能化技術(shù)以及一體化監(jiān)控集成軟件平臺(tái),從整體上提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全管理水平,完善運(yùn)營(yíng)管理和服務(wù)。

隧道監(jiān)控系統(tǒng)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性及安全性要求較高。其集成軟件平臺(tái)必須滿足可靠性、安全性、易用性、可擴(kuò)展性、互聯(lián)性的需求,提供的整體解決方案具有廣泛的兼容能力,可以支持不同的系統(tǒng)平臺(tái)、數(shù)據(jù)格式和多種連接方式,要求在企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,實(shí)現(xiàn)對(duì)多系統(tǒng)的接入、各系統(tǒng)的松散耦合、跨平臺(tái)、與語言無關(guān)、與特定接口無關(guān)的對(duì)各種應(yīng)用程序的可靠訪問。

2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)組成

監(jiān)控系統(tǒng)一般包括中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警(FAS)系統(tǒng)；根據(jù)工程的實(shí)際需求,可以設(shè)置結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等其他輔助監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)架構(gòu)

其中,控制中心的中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過統(tǒng)一集成平臺(tái)將各系統(tǒng)操作界面加以集成,通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收集和管理所有監(jiān)控信息,以提高運(yùn)行效率,實(shí)現(xiàn)信息共享。

3 集成軟件平臺(tái)的功能需求及組成

3.1 功能需求

(1)信息采集。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)收集到各相關(guān)監(jiān)控子系統(tǒng)通過主控網(wǎng)絡(luò)傳輸上來的各種信息,也可以由運(yùn)營(yíng)操作人員手工輸入相關(guān)事件事故信息。

(2)數(shù)據(jù)處理。主要數(shù)據(jù)處理對(duì)象包括：視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及交通監(jiān)控系統(tǒng)提供的各種數(shù)據(jù)；環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)器、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提供的各種數(shù)據(jù)；火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)提供的各種數(shù)據(jù)；以及各種外場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)的反饋信息。

(3)事件響應(yīng)。監(jiān)控系統(tǒng)獲取所需信息后,按一定模式運(yùn)作、存檔、制表及顯示,并通過所制定的控制模式提出決策建議及發(fā)布控制指令。

(4)事件處理。根據(jù)所發(fā)生事件的類型和嚴(yán)重程度,對(duì)火災(zāi)及交通事件采取分類處理,提出相應(yīng)的控制及設(shè)備運(yùn)行提案。

(5)圖形、圖表顯示。中控室大屏幕顯示屏、閉路電視監(jiān)視工作站及控制臺(tái)上的顯示器相結(jié)合,實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、直觀地顯示交通、設(shè)備、電力、火災(zāi)、隧道結(jié)構(gòu)安全等的運(yùn)行狀況、模擬圖及處理預(yù)案,并可對(duì)某一局部予以放大或?qū)δ承┬畔⒘斜盹@示。

(6)統(tǒng)計(jì)查詢及數(shù)據(jù)存檔?？娠@示和打印交通、事故事件、緊急電話使用情況、發(fā)布命令、設(shè)備工作狀態(tài)、值班員值班記錄、交通量趨勢(shì)等各種圖表；能完成系統(tǒng)每日檢測(cè)的原始數(shù)據(jù)的備份及重要文件的存檔；可復(fù)制每日的數(shù)據(jù)或調(diào)出歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)和分析工作。

(7)信息共享。監(jiān)控系統(tǒng)的所有圖像、數(shù)據(jù)信息可與上級(jí)及同級(jí)主控中心共享,主控中心連接公路網(wǎng)監(jiān)控中心主干通信網(wǎng),可以提供隧道相關(guān)的實(shí)時(shí)路況監(jiān)視圖像及相關(guān)的交通數(shù)據(jù)信息,同時(shí)可以獲取相關(guān)路段的路網(wǎng)交通信息。

3.2 集成軟件平臺(tái)的組成

根據(jù)以上功能需求,集成軟件平臺(tái)可劃分為數(shù)據(jù)采集控制模塊、畫面顯示模塊、集中報(bào)警模塊、策略編輯模塊、綜合管理模塊和數(shù)據(jù)庫模塊。監(jiān)控集成軟件平臺(tái)功能構(gòu)成如圖2所示。

圖2 監(jiān)控集成軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)

4 監(jiān)控集成軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)要求

(1)模塊化要求

集成軟件平臺(tái)應(yīng)按實(shí)現(xiàn)功能劃分子模塊,每個(gè)模塊的研發(fā)和改進(jìn)都獨(dú)立于其他模塊的研發(fā)和改進(jìn),每個(gè)模塊所特有的信息處理過程都被包含在模塊的內(nèi)部,通過通用的標(biāo)準(zhǔn)界面與系統(tǒng)或其他模塊相互連接。

(2)參數(shù)化

軟件應(yīng)盡量使用參數(shù)化設(shè)置完成對(duì)各種設(shè)備的控制及檢測(cè)的功能及性能要求。

(3)可擴(kuò)展性

功能性和性能：能夠提供更好的性能、更多的功能。

成本伸縮：系統(tǒng)擴(kuò)展的代價(jià)必須是合理的。

可兼容性：用戶原有的程序在不作變動(dòng)或只作少量的變動(dòng)后仍可以使用,新增加的部分應(yīng)能夠與系統(tǒng)的其余部分相兼容。

(4)可用性

當(dāng)軟件某部分工作不正常時(shí),應(yīng)具有保障措施來保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)作。

(5)可移植性

數(shù)據(jù)庫、通訊中間件和應(yīng)用程序應(yīng)可以在多種操作系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行,具有良好的移植性。

(6)可重用性

軟件應(yīng)可共用相同功能的子程序,如安全管理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊等。

(7)可維護(hù)性

軟件系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)錯(cuò)誤的更正、環(huán)境的變動(dòng)、需求變動(dòng)的改進(jìn)。

(8)冗余性

軟件方面,數(shù)據(jù)庫采用多種備份方案的冗余備份,保證系統(tǒng)的可靠性。

(9)開放性

系統(tǒng)軟件應(yīng)遵循開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。程序調(diào)用應(yīng)不需要特別硬件的支持。

5 監(jiān)控集成軟件平臺(tái)體系架構(gòu)

(1)C/S結(jié)構(gòu)

3層C/S模式由客戶端、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成,用戶界面層、應(yīng)用邏輯層和數(shù)據(jù)庫管理層分別位于不同的平臺(tái)上?？蛻舳酥恍枰惭b應(yīng)用程序；應(yīng)用程序服務(wù)器集中處理應(yīng)用邏輯,接收客戶端應(yīng)用程序的請(qǐng)求,將該請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求后與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器交互,再將結(jié)果傳送給客戶端應(yīng)用程序。

3層C/S模式是實(shí)時(shí)系統(tǒng)最常用的結(jié)構(gòu),具有業(yè)務(wù)規(guī)則集中、執(zhí)行效率高、良好的可擴(kuò)展性、安全性高、容錯(cuò)及負(fù)載平衡能力強(qiáng)的特點(diǎn)。3層C/S結(jié)構(gòu)的主要問題包括客戶端用戶界面不標(biāo)準(zhǔn),不易于Internet的使用及管理等。

(2)B/S結(jié)構(gòu)

B/S模式是基于Web的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。客戶端只需安裝通用瀏覽器,將處理請(qǐng)求提交給Web服務(wù)器。Web服務(wù)器響應(yīng)用戶的請(qǐng)求,若用戶請(qǐng)求中包括數(shù)據(jù)存取,Web服務(wù)器需與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器協(xié)同完成該處理工作。B/S模式主要優(yōu)點(diǎn)為：客戶端安裝簡(jiǎn)便,界面通用統(tǒng)一,使開發(fā)、維護(hù)、升級(jí)、使用、培訓(xùn)非常簡(jiǎn)單；特別適合在網(wǎng)上發(fā)表信息。缺點(diǎn)是：交互能力及實(shí)時(shí)性比C/S結(jié)構(gòu)要差。

(3)混合模式

由于3層C/S和B/S模式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),為了滿足隧道監(jiān)控平臺(tái)復(fù)雜的業(yè)務(wù)功能和復(fù)雜的處理模式,采用把兩者相結(jié)合的混合模式作為系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。對(duì)于數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)事件處理等監(jiān)控管理平臺(tái)均采用C/S模式；對(duì)于數(shù)據(jù)報(bào)表處理、查詢、檢索和公告發(fā)布等服務(wù),采用B/S模式來處理。混合模式克服了C/S和B/S模式各自的弊端,使系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與處理邏輯相對(duì)應(yīng),提高了系統(tǒng)的伸縮性和靈活性。

6 監(jiān)控集成軟件平臺(tái)應(yīng)用

采用以上體系架構(gòu)的監(jiān)控集成軟件平臺(tái)在武漢、南京長(zhǎng)江隧道監(jiān)控系統(tǒng)工程中得到良好的應(yīng)用。

武漢長(zhǎng)江隧道監(jiān)控系統(tǒng)集成了中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警(FAS)等系統(tǒng),控制中心采用了上海寶信軟件股份有限公司的iCentroView集成軟件平臺(tái),一體化實(shí)現(xiàn)了水泵風(fēng)機(jī)等設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境參數(shù)檢測(cè)及監(jiān)控、交通信號(hào)指示和交通誘導(dǎo)指示監(jiān)控、CCTV閉路電視系統(tǒng)及監(jiān)控、緊急電話系統(tǒng)及監(jiān)控、無線通訊系統(tǒng)及監(jiān)控、大屏幕投影監(jiān)控、消防報(bào)警監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控、UPS監(jiān)控、供配電系統(tǒng)監(jiān)控、隧道照明監(jiān)控等等,有機(jī)的組合各種應(yīng)用和聯(lián)動(dòng)機(jī)制,通過多子系統(tǒng)功能聯(lián)動(dòng)、統(tǒng)一調(diào)度以適應(yīng)隧道的管理需要。

該軟件為專用監(jiān)控軟件平臺(tái),具備有限的組態(tài)功能,通過面向?qū)ο蟮哪K化開發(fā)方式,建立起健壯性和穩(wěn)定性較強(qiáng)的軟件架構(gòu),程序代碼可繼承性較強(qiáng),開發(fā)效率較高。但采用這種專用開發(fā)平臺(tái),開發(fā)周期較長(zhǎng),對(duì)開發(fā)人員要求高,主要取決于集成商的開發(fā)和集成能力,缺乏標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估手段。

南京長(zhǎng)江隧道監(jiān)控系統(tǒng)除了集成常規(guī)的弱電系統(tǒng)外,還集成了收費(fèi)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。控制中心集成軟件平臺(tái)是基于iFix組態(tài)軟件開發(fā)的,使用靈活的組態(tài)方式,提高了開發(fā)效率,開發(fā)時(shí)間短；人機(jī)界面友好；性能穩(wěn)定；具有較高的可靠性。

以上兩個(gè)工程是兩種隧道監(jiān)控軟件集成平臺(tái)的典型。由于隧道監(jiān)控軟件平臺(tái)對(duì)于實(shí)時(shí)性、安全性和穩(wěn)定性的要求較高,且很多工程都存在著開發(fā)時(shí)間短、調(diào)試時(shí)間緊的問題,需要從易開發(fā)、系統(tǒng)穩(wěn)定性、代碼可重用等方面綜合考慮。建議采用組態(tài)與非組態(tài)結(jié)合的方式進(jìn)行開發(fā),與PLC關(guān)系緊密的硬件采用組態(tài)軟件來控制,綜合管理等功能采用非組態(tài)軟件來開發(fā)。這樣開發(fā)出的系統(tǒng)性能穩(wěn)定,同時(shí)可以大大節(jié)約開發(fā)時(shí)間。

7 結(jié)論

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的推進(jìn),城市道路中大型隧道的建設(shè)越來越多,其中部分城市初步形成了隧道群,隧道監(jiān)控系統(tǒng)越來越復(fù)雜,對(duì)隧道的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)管理要求越來越高,建立統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化、跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)的隧道監(jiān)控集成軟件平臺(tái)是隧道監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的主要任務(wù)之一。

隧道監(jiān)控集成軟件平臺(tái)應(yīng)具有可靠、安全、易用、可擴(kuò)展、互聯(lián)性高的系統(tǒng)架構(gòu)；能充分整合各種監(jiān)控信息、采用一體化HMI 監(jiān)控管理、各子系統(tǒng)功能聯(lián)鎖控制,在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享,以全面提高綜合調(diào)度的優(yōu)勢(shì)。

在工程實(shí)施過程中,必須注意針對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和系統(tǒng)對(duì)安全性的要求,加強(qiáng)對(duì)安全性的處理,以滿足隧道監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)可靠性和可維護(hù)性的要求。

[1] 魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.

[2] 楊志偉,羅宇飛.高速公路機(jī)電系統(tǒng)管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3] 趙祥模,靳引利,張洋.高速公路監(jiān)控系統(tǒng)理論及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2003.

[4] 張聚,蔣一波.現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化軟件設(shè)計(jì)-原理與應(yīng)用實(shí)例[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.

[5] 呂康成.公路隧道運(yùn)營(yíng)管理[M].人民交通出版社,2006.

[6] 劉萬里.高速公路運(yùn)營(yíng)管理[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[7] 李建偉,郭宏.監(jiān)控組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].冶金工業(yè)出版社,2007.

[8] 高鳴燕,陸文.城市軌道交通綜合監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)[J].城市軌道交通研究,2003(1)：22-25.