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基于昆石高速公路的智能隧道监控系统方案研究
xiao_xiao1 发表于 2009/10/14 12:20:08 608 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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图1 地图板显示图
图1 地图板显示图
随着我国经济的快速发展，高速公路及高速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，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。欧洲、美国、日本等西方发达国家早从60年代开始就相继开始研究先进的隧道监控系统，由于多种原因，国内关于隧道监控系统的研究才刚刚起步，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，使我国自己研制和生产的隧道监视与控制系统高速信息共享成为可能。
本文针对隧道运营中的车道引导、交通信息采集、照明、通风，火灾、环境、供电、事故监视等功能的需求，以昆石高速公路隧道监控系统为基础，设计和实施了一种基于Ethernet和Profibus-DP总线技术的先进监控系统。
昆石监控系统釆用西门子PLC可编程控制器作为控制中心，Profibus-DP总线完成控制信息级的控制，MPI总线完成PLC与控制中心的通讯，控制中心与外界的通讯用以太网完成，用视频检测技术完成对隧道的交通信息及安全监视与控制，系统功能完备，集成度高，系统包括可变情报板、通风、照明、闭路电视、火灾检测与报警、电话紧急呼救、中央管理与控制、环境监测、交通信息检测与诱导、供电消防、防雷及接地等十几个子系统，并集中在大屏幕系统中显示操作画面，可以完成：
? CO的监测、可见度及风速、风向测量；
? 洞内、外光强度测量；
? 通风、照明系统控制；
? 供电、火警、紧急电话的控制、水泵控制、水位的显示；
? 事故视频监测及报警指示、隧道和车道的运行和封闭、限速指示；
? 高度控制、车道引导、SOS(语音提示)；
? 交通数据测量(车速测量、车辆计数，车道占有率、车辆分类等)。
二、系统组成及系统结构设计
系统设计采用双环光缆冗余结构的工业以太网结构为主干通讯控制网络，速率10-100Mb/s。控制部分釆用Profibus-DP总线网络与各子站通信，并在两个长隧道变电所安装界面友好的中文手操屏实现本地控制，速率为1.5Mb/s；管理部分釆用以太网连接路上大屏幕、公路MIS、GIS、GPS、收费系统及各监视操作站，速率10-100Mb／s，实现信息的共享：模块化结构，友好中文人机界面，方便的人机对话模式，是世界各国普遍采用和认可的领先的设计和实施方式。
图2 长隧道控制拓扑图
图2 长隧道控制拓扑图
三、系统的功能设计
1、 监控中心
采用2个冗余的服务器结构，双机热备，保证数据的真实性与完整性，对所有的系统数据进行实时生成、管理、分配及综合调度；隧道现场利用Profibus-DP控制总线与子站通讯，利用冗余的光纤环网与中央控制器通讯；利用以太网与公路的主控系统或MIS、GIS、GPS、收费系统等通讯；同时利用以太网将系统的运行状态送入LCD大屏幕进行显示，大屏幕控制器采用分时画面分割功能轮换显示视频检测器传入的隧道运行的交通监控图像信息和交通数据（车速、车流量、占有率等），发现交通事故以声、光两种方式报警，同时回放事故录像，对停车系统、电话系统、呼救系统、消防火警系统作出相应的联锁响应；电力监测；CO等污染物的监测；能见度及风速、风向测量；地下水位、通风系统控制；水泵控制；照明的控制；报警控制；车道的开启控制；视频检测及呼救电话控制；电话通信；报警及报表的打印等。
系统提供自主研发的组态及监控软件包，可以实现系统的监控组态、控制组态、操作组态、画面组态等功能。实现任意图形、曲线、报表的生成；动态画面组态支持系统内的各种数据，包括实时监测数据、历史数据、人工录入等，可以打印输出。
2、操作站
监视系统运行；隧道当前状态显示；综合或分类信号切换；信息显示、存贮；数据保存、记录；用户管理；交通控制；照明控制；紧急电话控制；高度控制；视频监视；火灾报警等。操作站画面显示包括：电源分布及使用参数显示，照明系统显示，通风系统显示，监控系统显示，泵站显示，交通信息显示，交通视频图像显示，报警画面，呼救画面，专业设备的运行状态，隧道的总貌图等。按权限进行相应的操作、修改等。
3、管理站
按照操作权限，根据隧道运行情况，及时调整隧道运行参数和控制参数，对系统的资源、通讯和设备进行设定、修改等。
4、可变情报板
指挥中心可以根据当时的情况编辑和发送交通信息、运营指令、路况资料、报警信息等多幅信息循环播放显示，同时在大屏幕上进行循环显示。
5、照明系统
利用光强度检测仪器，检测洞口及