李朝霞

(山西省交通科學(xué)研究院，山西太原 030006)

0 引言

隧道作為高速公路路網(wǎng)的咽喉地段，其監(jiān)控系統(tǒng)在整個(gè)高速公路的運(yùn)營(yíng)和管理以及緊急預(yù)案處理中發(fā)揮著極其重要的作用。近年來，隧道監(jiān)控系統(tǒng)逐漸趨于信息化、智能化，具有界面友好、穩(wěn)定性高、易于維護(hù)的上位機(jī)系統(tǒng)成為隧道監(jiān)控的研發(fā)重點(diǎn)。

目前，隧道監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)模式一般都是“上位機(jī)系統(tǒng)+下位機(jī)系統(tǒng)”的組合模式，上位機(jī)系統(tǒng)為中央控制室的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，根據(jù)開發(fā)模式的不同主要可分為組態(tài)軟件開發(fā)和非組態(tài)開發(fā)兩種。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，提供使用腳本語言進(jìn)行二次開發(fā)的功能，是一個(gè)能使用戶快速建立自己的人機(jī)界面的軟件工具。一個(gè)具有隧道監(jiān)控系統(tǒng)控制邏輯知識(shí)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以在較短的工期內(nèi)，通過少量代碼的編寫完成一套界面豐富的監(jiān)控系統(tǒng)軟件。另外，由于組態(tài)軟件一般為適應(yīng)工業(yè)控制而形成的特定的開發(fā)平臺(tái)，經(jīng)受過長(zhǎng)期的工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用的考驗(yàn)，且與工業(yè)控制領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展保持了良好的同步關(guān)系，具有較高的可靠性。

我省地理環(huán)境比較復(fù)雜，高速公路建設(shè)中隧道數(shù)量較多，特長(zhǎng)隧道群建設(shè)逐年增加。由于特長(zhǎng)隧道群監(jiān)控具有監(jiān)控設(shè)備眾多、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量大、聯(lián)動(dòng)方案復(fù)雜等突出特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來技術(shù)難度較高。從易開發(fā)性、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面綜合考慮，利用組態(tài)軟件進(jìn)行隧道監(jiān)控上位機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)，可縮短開發(fā)周期、提高開發(fā)效率并實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互界面。

1 系統(tǒng)概況

本文結(jié)合汾陽至邢臺(tái)高速公路平遙至榆社段高速路線中寶塔山隧道、紫金山隧道和北凹山隧道的建設(shè)，使用King SCADA組態(tài)軟件進(jìn)行特長(zhǎng)隧道群監(jiān)控上位機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)。按照隧道監(jiān)控等級(jí)的劃分，寶塔山隧道(左洞10 190 m，右洞10 480 m)和紫金山隧道(左洞4 382 m，右洞4 511 m)均為特長(zhǎng)隧道，北凹山隧道(左洞1 554 m，右洞1 427 m)為長(zhǎng)隧道，三個(gè)隧道組成特長(zhǎng)隧道群。隧道內(nèi)需控制風(fēng)機(jī)152臺(tái)，車道指示標(biāo)志64套，照明回路150路，攝像機(jī)307臺(tái)，可變情報(bào)板12套，消防系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)均有大量的設(shè)備參與系統(tǒng)控制。

系統(tǒng)需對(duì)三個(gè)隧道進(jìn)行集中監(jiān)控，需及時(shí)、準(zhǔn)確地采集整個(gè)管理區(qū)段內(nèi)的交通狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)，以及所有監(jiān)控設(shè)備的反饋信息，并能通過先進(jìn)的監(jiān)控和管理手段對(duì)隧道進(jìn)行控制，以確保整個(gè)路段和隧道達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。

2 系統(tǒng)功能概述

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)包括交通監(jiān)控子系統(tǒng)、通風(fēng)控制子系統(tǒng)、照明控制子系統(tǒng)、消防監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、電話廣播子系統(tǒng)、報(bào)表曲線子系統(tǒng)、報(bào)警事件子系統(tǒng)和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)，如圖1所示。系統(tǒng)需對(duì)隧道機(jī)電設(shè)備、交通狀況、安全指標(biāo)、環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行24 h不間斷可靠監(jiān)控，根據(jù)采集到的信息對(duì)隧道運(yùn)行進(jìn)行有效的智能化管理，并提供事故預(yù)處理方案，提高管理效率，確保行車安全，為積極預(yù)防、處理事故提供可靠的保障。

隧道監(jiān)控上位機(jī)系統(tǒng)的基本功能如下:

1)數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換包括了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制命令的下發(fā)，通過軟件的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。軟件的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)即負(fù)責(zé)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通訊，并采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和控制現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的模塊，采集系統(tǒng)由通訊鏈路、設(shè)備、數(shù)據(jù)塊組成。數(shù)據(jù)塊是指設(shè)備中一段連續(xù)的地址空間，一個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含多個(gè)變量，同一個(gè)數(shù)據(jù)塊中的變量放在一個(gè)數(shù)據(jù)幀中采集，如果事先規(guī)劃好數(shù)據(jù)塊，可以節(jié)省變量生成采集包的時(shí)間，大大提高采集的效率。

2)數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)與存儲(chǔ)。系統(tǒng)對(duì)所收集的各種信息進(jìn)行分析處理，以判斷交通狀況是否擁擠、隧道CO/VI值是否超標(biāo)、洞內(nèi)外照明所處等級(jí)以及事故發(fā)生情況，并且根據(jù)分析結(jié)果對(duì)所判斷的事件進(jìn)行處理。另外，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)和存儲(chǔ)，可方便實(shí)現(xiàn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)、報(bào)警提示、趨勢(shì)曲線繪制等功能。

3)畫面顯示。將采集到的外場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息形象地顯示于監(jiān)控畫面，可方便監(jiān)控中心及時(shí)了解整個(gè)高速公路設(shè)備的運(yùn)行情況。組態(tài)軟件提供了強(qiáng)大的界面圖形編輯工具，內(nèi)置大量的圖庫供用戶選擇，實(shí)現(xiàn)起來較為方便。

4)控制模式。系統(tǒng)控制模式可分為單控模式、群控模式和自動(dòng)控制模式，用戶既可以單獨(dú)控制某個(gè)設(shè)備，也可以對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行集中控制，如可針對(duì)整個(gè)隧道或隧道的單洞、某區(qū)段實(shí)施群控，同時(shí)系統(tǒng)也提供自動(dòng)控制方案，如根據(jù)CO/VI等級(jí)對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)施控制的通風(fēng)自動(dòng)控制方案，根據(jù)季節(jié)、時(shí)間、天氣、光照度對(duì)照明回路實(shí)施控制的照明自動(dòng)控制方案等。

5)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是為了保證高速公路行車安全，提高行車效率，在緊急事件發(fā)生時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案，經(jīng)過人工對(duì)所發(fā)生事件的判斷后，系統(tǒng)根據(jù)最后確定的控制預(yù)案對(duì)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。隧道應(yīng)急聯(lián)動(dòng)控制功能涉及事件檢測(cè)、報(bào)警確認(rèn)、預(yù)案設(shè)置、應(yīng)急處置等功能。

6)WEB發(fā)布功能。監(jiān)控系統(tǒng)具備基于B/S架構(gòu)的功能模塊，通過對(duì)監(jiān)控畫面的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，使管理層的計(jì)算機(jī)在不需要額外安裝軟件的情況下，使用IE瀏覽器即可查看到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的畫面，進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)視、報(bào)警查看、報(bào)表查詢等功能，并在相應(yīng)權(quán)限下進(jìn)行操作。

3 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

首先，為了保證監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性，用戶需要進(jìn)行登錄操作才可進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)提供了基于用戶的安全管理體系，根據(jù)事先規(guī)定的用戶使用權(quán)限和范圍設(shè)置了各級(jí)用戶允許或禁止的操作內(nèi)容，用戶登錄界面如圖2所示。

系統(tǒng)需對(duì)三個(gè)隧道進(jìn)行集中監(jiān)控，因此登錄系統(tǒng)后將首先進(jìn)入隧道選擇畫面，用戶可在三個(gè)隧道間進(jìn)行任意切換。

點(diǎn)擊隧道選擇畫面中任一隧道名稱即進(jìn)入對(duì)應(yīng)的監(jiān)控主畫面。用戶可通過切換按鈕在交通監(jiān)控、通風(fēng)監(jiān)控、照明監(jiān)控、消防監(jiān)控、視頻監(jiān)控、電話廣播、報(bào)表曲線、報(bào)警事件、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等子畫面進(jìn)行切換。

畫面中每一設(shè)備圖標(biāo)都實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)設(shè)備反饋的當(dāng)前狀態(tài)，用戶不僅可以通過不同圖示信息來觀察設(shè)備狀態(tài)及其基本信息(如設(shè)備名稱、描述、樁號(hào)等)，還可點(diǎn)擊圖標(biāo)在彈出的控制畫面中對(duì)設(shè)備發(fā)布控制命令。

各子畫面布局與主畫面布局基本類似，除了對(duì)設(shè)備的監(jiān)控功能外，還包含了群控模式和自動(dòng)控制模式按鈕，用戶可根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的控制模式。

另外，系統(tǒng)在檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)(如火災(zāi)報(bào)警、CO/VI超標(biāo)報(bào)警等)時(shí)能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息并彈出報(bào)警畫面，以提示監(jiān)控人員對(duì)故障進(jìn)行確認(rèn)。在報(bào)警信息被確認(rèn)后，系統(tǒng)還會(huì)繼續(xù)彈出應(yīng)急預(yù)案引導(dǎo)畫面，方便及時(shí)實(shí)施預(yù)案措施。

4 應(yīng)用及結(jié)論

本文使用King SCADA組態(tài)軟件開發(fā)的高速公路特長(zhǎng)隧道群監(jiān)控系統(tǒng)已于2012年9月應(yīng)用于平榆高速公路特長(zhǎng)隧道群監(jiān)控，截至目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，易于操作，實(shí)現(xiàn)了預(yù)先的研發(fā)目標(biāo)，滿足了對(duì)特長(zhǎng)隧道群的監(jiān)控要求。系統(tǒng)在保證監(jiān)測(cè)和控制的高度可靠性和實(shí)時(shí)性基礎(chǔ)上，還具備如下的特點(diǎn):

1)易維護(hù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化組態(tài)設(shè)計(jì)，可根據(jù)設(shè)備數(shù)量方便地進(jìn)行內(nèi)容增減，提供可擴(kuò)展、可修改的隧道控制畫面，以滿足不同隧道對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)展性的要求，容易維護(hù)。

2)控制模式多樣化。系統(tǒng)提供各子系統(tǒng)的單控模式、群控模式和自動(dòng)控制模式，且能夠?qū)崿F(xiàn)各子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制，能提供智能化的分析提示和控制參考功能。

3)綜合性高。系統(tǒng)能綜合隧道內(nèi)所有機(jī)電設(shè)備、各串口設(shè)備(如可變情報(bào)板、可變限速標(biāo)志、車輛檢測(cè)器等)及電力設(shè)備、各子系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)(如火災(zāi)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、視頻監(jiān)控計(jì)算機(jī)、事件檢測(cè)計(jì)算機(jī)等)，提供全方位綜合化控制，以適應(yīng)隧道監(jiān)控全方位的要求。

總之，該特長(zhǎng)隧道群監(jiān)控系統(tǒng)具有界面友好、易于操作、穩(wěn)定性高、開放性好等特點(diǎn)，可為高速公路特長(zhǎng)隧道群的安全運(yùn)營(yíng)提供可靠的保障。

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