趙向南

(山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)力日漸強(qiáng)大，國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)如火如荼，便捷的交通又能帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，助力國(guó)力提升。在公路建設(shè)中，隧道橋梁建設(shè)溝通了自然屏障，確保了道路一路暢通。當(dāng)下我國(guó)的交通現(xiàn)狀是管理部門眾多，調(diào)度地點(diǎn)分散，而公路隧道的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，已儼然成為日常維護(hù)工作的主要障礙。公路隧道具有以下幾個(gè)缺點(diǎn):1) 工作空間狹小，現(xiàn)場(chǎng)交通疏導(dǎo)與控制及其不便，危險(xiǎn)性高；2) 隧道的半封閉特性，要求準(zhǔn)確的通風(fēng)控制，以保證隧道內(nèi)空氣流通和及時(shí)排除偶發(fā)的火災(zāi)煙霧；3) 隧道進(jìn)洞口內(nèi)外光強(qiáng)照度差異巨大，影響通行司機(jī)視線，容易引發(fā)交通事故，需要具備較高控制水平的照明系統(tǒng)。

因此，在信息化與網(wǎng)絡(luò)化不斷創(chuàng)新的趨勢(shì)下，公路管理部門首要的工作是設(shè)計(jì)研發(fā)公路智能隧道安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)，只有將監(jiān)控系統(tǒng)與通信系統(tǒng)及信息系統(tǒng)相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)公路智能隧道全程監(jiān)控的管理與控制，提高管理效率的同時(shí)又減少及避免發(fā)生事故，保障交通參與者的人身和財(cái)產(chǎn)安全。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

公路智能隧道安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一款集數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、信息管理為一體的規(guī)范化交通指揮控制系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)采集服務(wù)，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，隧道監(jiān)控子系統(tǒng)，信息發(fā)布子系統(tǒng)，報(bào)表查詢及打印子系統(tǒng)等六大功能，并具備聯(lián)網(wǎng)控制。

它可以根據(jù)決策實(shí)現(xiàn)對(duì)公路隧道交通運(yùn)行的宏觀管理，充分發(fā)揮交通監(jiān)控的路徑誘導(dǎo)、多路徑交通流量調(diào)控的功能，提升和優(yōu)化公路網(wǎng)絡(luò)的車輛通行能力。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 公路智能隧道安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 軟件開發(fā)平臺(tái)選擇

公路智能隧道安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)方式主要包括組態(tài)軟件和高級(jí)語(yǔ)言編寫。

2.1 組態(tài)軟件開發(fā)模式

組態(tài)軟件是一種工業(yè)控制專業(yè)軟件，主要用于過(guò)程控制和數(shù)據(jù)采集，用戶通過(guò)拖拽圖形和綁定數(shù)據(jù)可以快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要優(yōu)點(diǎn)包括人機(jī)交互界面友好，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、開發(fā)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)在于組態(tài)軟件不具備靈活的二次開發(fā)功能，另外，利用組態(tài)軟件開發(fā)綜合監(jiān)控系統(tǒng)所需的后臺(tái)管理和報(bào)表查詢及打印功能難度大，且難以重復(fù)使用腳本語(yǔ)言，代碼重復(fù)使用率比較低。

2.2 高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)模式

高級(jí)語(yǔ)言主要是通過(guò)C#、VB等編程實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)面向?qū)ο蟮哪K化開發(fā)方式，使得功能代碼擁有了繼承性，開發(fā)效率顯著提高。但是高級(jí)語(yǔ)言的編寫開發(fā)難度也比較大，需要高水平技術(shù)人員。

在高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)模式下，上位機(jī)監(jiān)控程序通過(guò)中間件OPC來(lái)實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)交互，OPC是基于OLE和DCOM的通信程序，其架構(gòu)為C/S。盡管通過(guò)OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互速度略微慢，但是目前市場(chǎng)上的主流PLC均提供有標(biāo)準(zhǔn)的通用OPC接口，增加了開發(fā)的便利性。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)選擇

根據(jù)公路智能隧道安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)的使用場(chǎng)景和周圍環(huán)境情況，全面考慮綜合監(jiān)控軟件的運(yùn)行穩(wěn)定性、易開發(fā)性、使用便利性、代碼復(fù)用性及流暢性等因素，我們選擇高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)模式，即利用C#編寫綜合監(jiān)控系統(tǒng)用戶操作界面和OPC與數(shù)據(jù)庫(kù)的通信工具，梯形圖編寫PLC終端控制程序[1]。

3 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

公路智能隧道安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)采集服務(wù)，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，隧道監(jiān)控子系統(tǒng)，信息發(fā)布子系統(tǒng)，綜合業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，報(bào)表查詢及打印子系統(tǒng)六大功能模塊。數(shù)據(jù)交互流為綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制界面到數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)OPC到PLC控制器；采集數(shù)據(jù)通過(guò)OPC到數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶界面[2]，控制界面具備兩種數(shù)據(jù)接入方式。

3.1 數(shù)據(jù)采集服務(wù)

數(shù)據(jù)采集服務(wù)主要功能是采集隧道內(nèi)外的檢測(cè)設(shè)備(包括車流量、光照強(qiáng)度、CO/VI、風(fēng)速風(fēng)向等)及其終端控制設(shè)備的數(shù)據(jù)信息及設(shè)備工作狀態(tài)。隧道各PLC控制器通過(guò)光纖組成光環(huán)網(wǎng)，任何一組終端控制器離線都不影響系統(tǒng)采集其余設(shè)備數(shù)據(jù)。

3.2 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)對(duì)公路隧道內(nèi)兩側(cè)安裝的攝像機(jī)視頻調(diào)用、監(jiān)視、保存、歷史查看，控制矩陣可以對(duì)監(jiān)控視頻進(jìn)行大屏切換顯示等。

3.3 隧道監(jiān)控子系統(tǒng)

1) 交通監(jiān)控：交通控制是對(duì)隧道口的交通信號(hào)燈和隧道內(nèi)車道指示燈進(jìn)行控制和狀態(tài)顯示的功能。交通控制的主要作用是協(xié)助疏導(dǎo)交通，給司機(jī)提供正確信息，保證道路安全通暢，提高路網(wǎng)的整體通行能力。

2) 照明控制：照明控制是對(duì)隧道內(nèi)照明燈具的開關(guān)進(jìn)行控制和狀態(tài)顯示的功能。根據(jù)系統(tǒng)采集的洞內(nèi)外光強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)光照條件判斷開啟隧道照明(引道照明、基本照明或加強(qiáng)照明等)。隧道照明控制包括本地控制和遠(yuǎn)程控制兩種方式，只有照明控制處于遠(yuǎn)程控制狀態(tài)時(shí)，才能通過(guò)監(jiān)控室綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)照明進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3) 通風(fēng)監(jiān)控：通風(fēng)控制是對(duì)公路隧道內(nèi)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制和狀態(tài)顯示的功能。對(duì)于長(zhǎng)隧道來(lái)說(shuō)，良好的通風(fēng)環(huán)境是安全舒適行車的重要指標(biāo)，也是處置火災(zāi)等突發(fā)情況必備的功能。風(fēng)機(jī)控制包括本地控制和遠(yuǎn)程控制兩種方式，只有風(fēng)機(jī)控制處于遠(yuǎn)程控制狀態(tài)時(shí)，才能通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)界面對(duì)風(fēng)機(jī)開關(guān)進(jìn)行控制。風(fēng)機(jī)狀態(tài)包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)和故障四種。

4) 消防監(jiān)控：消防監(jiān)控是對(duì)消防水泵、防火卷簾門、火災(zāi)報(bào)警光纖進(jìn)行狀態(tài)顯示和控制的功能。

5) 報(bào)警預(yù)案及聯(lián)動(dòng)控制：事故報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制是對(duì)隧道內(nèi)部各種異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，觸發(fā)多種設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制的功能。當(dāng)隧道內(nèi)部有異常事件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音，同時(shí)界面也會(huì)顯示報(bào)警圖案。常見(jiàn)異常事件包括：交通堵塞、火災(zāi)、機(jī)械設(shè)備故障等。具體觸發(fā)的預(yù)案類型及開啟設(shè)備可根據(jù)用戶需要另行增加[3]。

3.4 信息發(fā)布子系統(tǒng)

可變情報(bào)板信息發(fā)布控制是對(duì)可變信息標(biāo)志、信息發(fā)布屏顯示信息進(jìn)行增加、刪除、編輯、保存和發(fā)布，對(duì)信息發(fā)布標(biāo)志當(dāng)前顯示信息進(jìn)行查看和控制。綜合監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)化的可變信息情報(bào)板通信接口，可兼容不同廠商的設(shè)備，規(guī)范控制數(shù)據(jù)格式，如圖2所示。

圖2 信息發(fā)布子系統(tǒng)

3.5 綜合業(yè)務(wù)子系統(tǒng)

綜合業(yè)務(wù)子系統(tǒng)即系統(tǒng)管理模塊，管理公路智能隧道安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)所有資源。包括設(shè)備增刪查改管理、用戶權(quán)限管理、隧管站管理及隧道管理等。

3.6 報(bào)表查詢及打印子系統(tǒng)

報(bào)表查詢及打印子系統(tǒng)可對(duì)CO/VI等環(huán)境信息、情報(bào)板發(fā)布信息、指令下發(fā)信息、報(bào)警信息、故障信息、操作日志信息等進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計(jì)，可以分析各類數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)，生成和打印報(bào)表、圖表，如圖3所示。

圖3 一氧化碳詳情查詢報(bào)表

4 結(jié)語(yǔ)

公路智能隧道安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)OPC與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互達(dá)到了對(duì)隧道機(jī)電設(shè)備高效穩(wěn)定的控制。綜合監(jiān)控界面具有數(shù)據(jù)庫(kù)與WCF兩種采集數(shù)據(jù)接入方式，實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性均得到了保障。系統(tǒng)內(nèi)部采用并行數(shù)據(jù)處理與指令下發(fā)方式，具有高吞吐量，高并發(fā)和高性能的優(yōu)勢(shì)。