公路隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)交通領(lǐng)域的發(fā)展

一、概述

隨著交通工程建設(shè)和交通事業(yè)的發(fā)展，我國所建交通隧道的里程迅速延長，不斷增長的交通流量、路況改善以及運(yùn)輸物品的復(fù)雜性，增加了交通隧道的火災(zāi)和隧道污染等的風(fēng)險，引發(fā)了不少嚴(yán)重的災(zāi)難性事故，尤其是火災(zāi)事故，它不僅嚴(yán)重威脅到人的生命和財產(chǎn)安全，而且對交通設(shè)施、人類的生產(chǎn)活動造成巨大的損壞。隧道的智能化監(jiān)控顯得越來越重要。

隨著計算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)和總線技術(shù)突破了原有的技術(shù)瓶頸，為公路隧道的智能化監(jiān)控提供了一個行之有效的最佳解決途徑，它滿足了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們文明生活的高標(biāo)準(zhǔn)的要求，為人類的出行創(chuàng)造了一個安全、方便、快捷、舒適、經(jīng)濟(jì)、高效的交通與生活環(huán)境。

二、隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)

隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)采用分級管理的模式，通過建立多平臺、多系統(tǒng)下的統(tǒng)一管理平臺，實現(xiàn)對所有系統(tǒng)內(nèi)的分監(jiān)控中心、監(jiān)控主機(jī)及監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一有序的協(xié)調(diào)、管理。各分監(jiān)控中心在服從總監(jiān)控中心調(diào)度指揮的同時，能在自己職能范圍內(nèi)管理和調(diào)度其所管轄各隧道內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備，從而達(dá)到集中與分散相結(jié)合的多級用戶管理模式。

隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：隧道內(nèi)實時視頻監(jiān)控、車流量、流速檢測、變配電參數(shù)檢測、火災(zāi)自動報警、照明、通風(fēng)、緊急電話、環(huán)境監(jiān)測、交通控制等子系統(tǒng)。其中隧道網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建立，可實時對隧道內(nèi)交通流量和交通運(yùn)行狀況的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取應(yīng)急措施，確保隧道高速、安全、舒適、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)營。

（一）中央控制中心

中央監(jiān)控中心是整個隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)的核心，由中心服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、視頻工作站、電子地圖、報警主機(jī)、數(shù)字矩陣主機(jī)、電視墻等組成，其功能主要包括：信息采集功能、信息處理與發(fā)布功能、控制功能、告警處理功能、報表統(tǒng)計與打印功能、查詢功能、自動數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)恢復(fù)功能、自動后備功能、聯(lián)網(wǎng)功能及網(wǎng)絡(luò)管理等功能。實現(xiàn)對隧道引道區(qū)、隧道區(qū)及出入口區(qū)的信號燈、可變情報板、綜合交通信息板、限速信號板、火災(zāi)自動報警、應(yīng)急廣播等的控制功能，達(dá)到分流、啟閉車道、引導(dǎo)車輛改道等作用，對車輛的運(yùn)行實施動態(tài)管理和控制。

1、系統(tǒng)控制模式

控制是實現(xiàn)隧道監(jiān)控系統(tǒng)目的的根本手段。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮，系統(tǒng)控制應(yīng)從集散式控制系統(tǒng)逐步發(fā)展為現(xiàn)場控制，從而提高系統(tǒng)的可靠性、維護(hù)操作的方便性與降低工程造價，應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)，由FCS（無中心控制）代替現(xiàn)在的DCS（集散式控制）和PLC（可編程控制）是發(fā)展的必然趨勢；現(xiàn)場總線作為一種開放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，近年來得到了迅猛的發(fā)展和應(yīng)用，具有協(xié)議簡單開放、容錯能力強(qiáng)、實時性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點，在隧道智能化監(jiān)控中得到了廣泛的應(yīng)用。

目前所應(yīng)用的現(xiàn)場總線，模塊化分布式控制系統(tǒng)，主要分為三個系列：

（1）基于以太網(wǎng)和Modbus通訊協(xié)議的Openline系列；

（2）基于Optomux和Modbus通訊協(xié)議的MicroDAC,OpenDAC,OpenLT系列；

（3）基于現(xiàn)場總線Lonworks,Device,Profibus的Microlon,DacNet系列。

2、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式

為確保隧道智能化監(jiān)控系統(tǒng)的安全和高可靠性，應(yīng)采用自愈環(huán)網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)形式，自愈環(huán)網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)優(yōu)點突出，如果在環(huán)網(wǎng)的某處發(fā)生斷路，它將自動重新配置網(wǎng)絡(luò)使通訊得以繼續(xù)。

3、設(shè)備控制

根據(jù)隧道內(nèi)外的交通狀況、天氣狀況、車流情況，對隧道內(nèi)各交通控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通過中央控制中心傳送到現(xiàn)場的PLC；現(xiàn)場的PLC根據(jù)中央控制中心的操作指令進(jìn)行各種操作，將操作信息實時返回給中央控制中心。各PLC能在控制中心出現(xiàn)故障的情況下，獨立進(jìn)行系統(tǒng)控制，由于使用了環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，各PLC之間查相互通信，實時掌握各PLC的運(yùn)行狀況。設(shè)備控制還包括通信、廣播、消防等設(shè)備的監(jiān)控。

4、狀態(tài)監(jiān)視

在中央控制中心的顯示器上，通過電子地圖，直觀反應(yīng)出隧道內(nèi)的圖像資料，實時顯示出隧道內(nèi)所有交通控制設(shè)備、消防設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、變配電設(shè)備的工作狀態(tài)和隧道內(nèi)交通狀況的畫面。

5、故障報警

在系統(tǒng)檢測到故障信息后能立即彈出故障窗口，以閃爍的方式在電子地圖上顯示出相應(yīng)的故障信息、故障點和故障時間；同時，自動將該故障信息存入故障信息數(shù)據(jù)庫。

6、文檔生成

對系統(tǒng)內(nèi)各項信息自動進(jìn)行歸納、分析和整理，生成所需的各種報表，如操作記錄，報警記錄，日報、月報、季報和年報等。

7、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

對系統(tǒng)內(nèi)測量的模擬信息記錄到模擬量歷史數(shù)據(jù)庫中，同時根據(jù)用戶的需要，將記錄在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計與分析，以生成實時趨勢圖和歷史趨勢圖。

（二）PLC控制技術(shù)

PLC是實現(xiàn)整個隧道智能化監(jiān)控的最關(guān)鍵設(shè)備之一，一臺或多臺PLC控制器配置一套工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，交換機(jī)配置雙光口雙電口。各個PLC控制器通過位于CPU上的10M／100M以太網(wǎng)接口與交換機(jī)電口相聯(lián)。各個交換機(jī)之間采用雙環(huán)光纜組成100Mbps速率的光纖冗余環(huán)網(wǎng)。中央控制器室設(shè)備同樣通過以太網(wǎng)交換機(jī)接入光纖冗余環(huán)網(wǎng)。利用PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)分布式采樣，即在被控點附近設(shè)置采樣單元，就近完成被控點的狀態(tài)采樣和控制輸出，完成該采樣單元內(nèi)部各控制信號的聯(lián)鎖，在各采樣單元之間，通過工業(yè)控制以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，實現(xiàn)相互協(xié)調(diào)、相互控制的功能，實現(xiàn)對隧道內(nèi)設(shè)備、交通狀況的監(jiān)控。

（三）視頻檢測功能

對隧道內(nèi)視頻車輛檢測器所采集的視頻信號，進(jìn)行數(shù)字化處理和數(shù)學(xué)模型運(yùn)算，過濾出事故報警；實現(xiàn)對隧道內(nèi)交通的實時監(jiān)控、事后分析、檢測報警（如擁堵、逆行、棄物及停止等）、交通測量（流量、占有率、平均速度等）。視頻車輛檢測器具有檢測視頻圖像中每一車道和同一行駛方向上所通過的車流量、瞬時速度、車頭時距、道路占有率、車輛長度識別、檢測區(qū)域?qū)挾鹊裙δ堋?/FONT>