摘要：闡述了基于易控2009組態軟件實現道路隧道集成監控系統的基本方法，并以廣西馬梧高速公路隧道集成監控系統為例，著重分析了集成監控分布式控制技術在隧道監控系統中的應用，就當前我國隧道監控系統的構成，提供了對于單隧道和隧道群的具體解決方案。本文分析了馬梧隧道中集成監控系統整體解決方案以及上位集成方與各監控子系統之間的緊密關系，著重介紹了系統結構構成、各基本監控功能的具體實現以及系統緊急預案管理系統的分析等。

一、引言
公路隧道不同于鐵路隧道，需要**的交通誘導、人性化的照明、通風設施，更需要一整套合理、周密的緊急事件救助方案。隨著我國經濟的持續快速發展，近年來交通運輸量更是迅猛增加，行經隧道的車輛如果較為密集或者行駛緩慢時，會造成污染物(如CO)的增加，能見度的下降。公路隧道在整個路段屬于特殊構造段，因為隧道空間小，密閉性強，一旦發生火災、事故、交通擁堵，隧道內的環境會發生急劇惡化，直接影響到司乘人員的健康和生命**，因此，對隧道監控系統提出了更高的要求。

二、背景
廣西桂林至梧州公路馬江至梧州段是國家規劃西部開發阿榮旗至北海公路中南寧—梧州—桂林支線的重要組成路段，是廣西公路網主骨架的重要組成部分。全線設有武嶺互通、倒水互通、梧州互通、蒼梧互通以及平浪等5處互通立交，設有茶子腳隧道、朝塘隧道、河尾沖隧道、方埇隧道、葉板埇隧道、大柚埇隧道以及飛田等7處隧道。
本路開通5年后茶子腳隧道監控等級為A級、朝塘監控等級為C級，其余隧道均為B級。按照隧道劃分標準，其中茶子腳隧道為特長隧道，朝塘隧道為短隧道，其他隧道為中隧道。方埇隧道、葉板埇隧道、大柚隧道構成隧道群。
隧道監控系統采用易控(INSPEC)2009上位組態軟件開發，分為《馬梧隧道茶子腳監控系統》和《馬梧隧道蘇屋監控系統》兩套上位集成監控系統，分別對馬梧隧道中的茶子腳隧道以及蘇屋隧道進行上位集成監控。
該項目上位監控系統由北京九思易自動化軟件有限公司設計開發。

三、監控系統簡介
廣西馬梧隧道監控系統采用分層多級控制，控制界別包括局監控總中心-平浪監控分中心-隧道管理所-本地控制器。其中局監控總中心不在本次設計范圍內。系統架構圖如下：
 

現場采集數據經外場設備采集至本地控制器，然后經由工業以太網傳送至隧道管理所，再由隧道管理所經以太網傳送至平浪監控分中心，*終傳送至局監控總中心。在隧道入口變電所、隧道管理所和平浪監控分中心分別具有對其所管轄范圍內設備的本地監測和控制功能。
隧道監控系統由九個子系統構成：交通監控子系統、閉路電視監視子系統、火災自動報警子系統、隧道通風控制子系統、隧道照明控制子系統、電力監控子系統、緊急電話子系統、指令電話子系統、有線廣播子系統。其中交通監控、閉路電視監視、火災自動報警、緊急電話、指令電話、有線廣播子系統為獨立的子系統，通風控制、電力監控、隧道照明控制在邏輯上相對獨立，在系統構成上則合成一體。九個子系統之間既避免由于某個子系統出故障而影響其它子系統的運行，又可保證整個系統的聯動運行；當隧道監控室設備出現故障時，通過本地控制器可完成現場控制，每座隧道的所有本地控制器相連，其中有一個本地主控制器，可控制整個隧道的正常運行。
1.系統總體框架
本監控系統采用C/S網絡架構模型，由數據服務器、客戶端工作站構成,通過光纖環網進行數據交互。服務器工程實時采集隧道外場所有設備數據信息，自行進行數據分析和存儲，并為客戶端工程提供所有實時數據和歷史數據；客戶端工程提供人機交互界面，操作員通過客戶端工程向服務器工程發送請求監視和控制隧道內的所有設備。
監控系統總體框架示意圖如下：
 
系統中，包含數據服務器、視頻服務器、工作站以及其他各獨立子系統(消防子系統、電話子系統、CCTV子系統、網絡子系統、電力子系統等)，實現對隧道內所有外場設備的實時數據采集和命令下發。
2.系統運行模型
本系統具體運行模型如下圖：
 
3.各集成監控子系統
1>交通子系統
交通監控子系統主要由交通檢測與交通信號控制兩部分組成。
在茶子腳隧道、方埇隧道-葉板埇隧道-大柚埇隧道群、飛田隧道出入口設置車輛檢測器，主要用于交通流量、平均車速、占有率等交通參數的檢測，并判斷隧道內的堵塞情況，也是通風和隧道照明控制子系統的基本數據。檢測參數包括交通流量、平均車速、占有率、車頭時距。
交通信號控制主要是用于協助疏導交通、給司機提供信息，以保證道路**暢通，提高路網整體通行能力,通過在接線道路區、引道區、隧道及其出入口區的信號指示，達到分流、啟閉車道、脅迫車輛改道等作用。
本系統由交通監控計算機、隧道工業以太網交換機、隧道本地控制器、外場設備以及傳輸通道等組成。本地控制器系統通過檢測交通及隧道環境參數收集、存儲和管理外場設備數據，監視外場設備工作狀態，報告給監控室，并且接受監控室命令對外場設備進行控制；另外它還具有本地自動控制的功能，在維修或測試等需要時可由隧道內的本地主控制器作為中心進行控制。
交通信息除傳送至隧道管理所外，還將通過網絡傳送至平浪監控分中心，并接受來自監控中心的控制指令。
交通子系統可實時監控交通信號燈、車道指示器、車輛檢測器、可變情報板等外場設備。可監視或控制交通信號燈紅燈、黃燈、綠燈、轉向燈四種狀態；車道指示器正面綠箭反面綠箭、正面綠箭反面紅叉、正面紅叉反面綠箭、正面紅叉反面紅叉四種狀態(根據現場車道設計，系統中已禁止使用正面綠箭反面綠箭此狀態，禁止出現雙面通行的交通誤導)；可實時獲取任意車輛檢測器的各項交通數據(車流量、平均車速、占有率等等)，同時可自行根據各項數據計算出此路段的交通擁堵情況，并在監控畫面中以紅(擁堵)、黃(緩慢)、無色(正常)三種狀態反饋給監控人員；可實時動畫模擬現場所有情報板所發布的文字、圖片等信息，同時可下發指令給情報板控制器，下發任意文字、圖片信息進行交通信息誘導。
交通子系統亦結合預案系統，當隧道出現任意事故時，調動各外場設備進行聯動控制，保障隧道交通正常運行。
2>消防子系統
茶子腳隧道、河尾沖隧道、方埇隧道-葉板埇隧道-大柚埇隧道群、飛田隧道洞內均設置手動報警按鈕。手動報警按鈕設在消防洞附近的預留洞室內，約每50米一個，通過總線與火災報警控制器連接。在緊急情況下人工按動報警按鈕，即可將信號傳到隧道管理所，再配合閉路電視監視子系統確認事件性質。
消防子系統為獨立子系統。本次設計采用光纖光柵感溫探測系統，光纖光柵傳感是通過對光纖內部寫入的光柵反射或者折射光譜的檢測實現對火災的檢測。本子系統由隧道管理所火災報警工作站、隧道火災報警控制器、隧道內手動報警按鈕、光纖光柵火災探測器、光纖光柵感溫火災探測信號處理器以及傳輸通道等組成，可及時、準確的反映出隧道內火災發生的地點。
消防子系統，在隧道出現火災事故時，及時結合預案管理系統，由管理所監控人員人工執行火災預案，控制隧道內的射流風機的啟停、各卷簾門相應的開啟或關閉，同時，結合現場情況，及時關閉事故路段入口的交通信號燈，相應的更改本路段上的所有車道指示器，結合可變情報板，誘導隧道內事故路段或其他路段的所有車輛**駛離事發路段，保證現場所有車輛的行車**。本子系統同時控制照明系統，將隧道內所有照明設備開啟到*大范圍和強度的照明，并控制CCTV系統捕獲火災事發地三路視頻信號以及本隧道入口處的一路視頻信號自動切換至監控主機中，供管理所內監控人員及時處理現場事故。
3>電話子系統
緊急電話在長隧道出入口和隧道內每200米設置一套，用于司機在緊急情況時進行呼救求援；指令電話設在隧道口變電所以及隧道管理所內，利用程控交換機的專線和會議電話功能實現本路的指令電話系統，指令電話子系統主要用于隧道內防災、電力以及交通管理方面的集中服務通信。
在隧道管理所設有緊急/指令電話控制臺，用于處理司機的救援信息。通過控制臺的接口，可以在工作站上顯示緊急電話的號碼與位置等信息。
本子系統可實時檢測隧道內任意一部電話的呼叫狀態，如有電話呼叫求救時，管理所的監控畫面上將自動切換出電話呼叫位置，并用相應的動畫閃爍來描述報警類型，同時，系統會控制CCTV系統，將報警點處的三路實時視頻信號以及當前隧道入口處的一路視頻信號自動切換至監控主機中，供管理所內監控人員及時了解現場的情況。
4>通風子系統
由于隧道內汽車排放的廢氣、行駛時帶起路面上的煙氣和粉塵不易擴散，對人體非常有害，也影響行車**，因此隧道內保持良好的空氣是行車**的必要條件。通風控制子系統可以根據檢測到的環境數據、交通量信息控制風機的運行臺數、風向、運行時間，并且能實現節能運行和保持風機較佳壽命的控制運行，并在發生火災時根據不同地點，進行相應的火災排煙處理，以保證隧道的**及運行環境的舒適性。
對風機的控制通過通風監控子系統來實現，通風監控設備與隧道內的本地控制器相連，由監控室或本地控制器根據隧道內的交通及環境狀況制定相應的控制方案，由本地控制器相應模塊控制風機軟啟動器供電回路，進而控制隧道通風。
通風控制子系統由交通監控計算機、隧道本地控制器、風機、CO/VI檢測器以及傳輸通道等組成。通風控制分為自動控制和手動控制兩種方式，其中人工控制優先權高于自動控制。系統中帶有火災發生后排煙控制方案提示，經人工修正后可以對風機進行控制，也可以進行人工控制。
由于消防系統為一獨立系統并且具有一定的優先性，當發生火災時，隧道通風系統將由消防系統予以控制。
5>照明子系統
由于隧道內、外的亮度差別較大，因此司機在進出隧道時會產生種種特殊的視覺問題，因此如何使駕駛員適應隧道內外的亮度差，以保證行車**，節約用電，是隧道照明控制子系統的重要目的。
在茶子腳隧道入口洞內/外設置光強檢測器共4套，其檢測數據作為對隧道的照明回路實施控制的依據，對于出口段的照明可參照入口進行控制，不再設置光強檢測器。除朝塘隧道外，茶子腳隧道、河尾沖隧道等六個隧道均設置照明回路設施，包括每個單洞設置4路加強燈、2路全日燈、1路洞口路燈等。
本路隧道的照明系統是由隧道變電站集中供電的，其控制也是通過變電站來集中控制。因此，對隧道內照明系統的控制可通過控制洞口變電所內低壓柜的相應回路來實現。變電所工控機通過獲取的光強監測器參數自動調節隧道照明亮度，通過工業以太網將有關信息傳送至上級隧道管理所，并接受來自上級隧道管理所的控制指令。
照明子系統提供根據光強檢測值來控制照明和通過時間/季節變換來控制照明，以保證省電、有效的控制照明系統。
6>電力子系統
電力監控子系統，通過變電站內的各個電力設備監控單元對電力設備進行數據的采集和監控，以保證各個電力設備可靠穩定運行（除UPS設備監控集成于本系統中，其余電力設備監控均由電力監控工作站獨立完成，不在本次設計范圍之內）。
本系統實現對茶子腳隧道中的2套UPS設備以及蘇屋隧道群中的6套UPS設備的各項數據進行實時監控，在隧道管理所中的監控畫面中，可實時查看任意UPS設備的運行狀態。包括輸入/輸出電壓、輸入頻率、電池電壓、環境溫度、UPS類型、UPS故障等等設備具體信息。
7>CCTV子系統
閉路電視監視子系統（簡稱：CCTV子系統）用以直觀、及時地觀測隧道內的交通運行情況和事故現場，對特殊事件進行確認，為救災排險提供**手信息。對隧道通道實行全范圍、全段面的人工監視，以便于中心管理值班人員清楚了解整個隧道及出入口的基本情況，并及時獲得意外情況的信息。
茶子腳隧道、方埇隧道-葉板埇隧道-大柚埇隧道群、飛田隧道洞內按每150米左右（在緊急停車帶根據實際情況適當增設）間距安裝固定攝像機，順車輛行駛方向設置，保證整個隧道內無盲點；在隧道兩端入口前設置室外型彩色遙控攝像機，在無人職守隧道變電所設置室內型彩色遙控攝像機。
本子系統是由隧道管理所視頻以太網交換機、網絡視頻服務器、監控主機等設備組成。任意一路圖像均可在監控主機上實時顯示，隧道管理所可對隧道外場遙控攝像機進行控制，并對隧道視頻圖像進行循環編碼存儲，當有事件時，有觸發信號保存事件前后的錄像。
閉路電視系統為獨立系統，采用獨立的視頻網絡傳送視頻圖像數據。在平浪監控分中心和隧道管理所內，工作站可以通過視頻編碼器獲取實時視頻圖像信號，并使用監控系統工作站中的模擬云臺控制臺對矩陣CPU卡下發命令來控制帶云臺攝像頭的上/下/左/右、放大/縮小、變焦等操作。本子系統可同時切換一路、兩路、四路三種模式視頻信號，保證可隨意查看隧道各個攝像頭的視頻信號。
8>網絡子系統
本子系統可實時監測茶子腳隧道管理所局域網中19部網絡光交換機和蘇屋隧道管理所局域網中的17部網絡光交換機的通信狀態以及報警狀態，實時監測各個光交換機的電端口、光端口的通信狀態，以及主電源輸入、從電源輸入、自愈環狀態的通信狀態。
9>事件錄入子系統
本子系統可在系統中結合實際需要，輔助操作員錄入各種類型的事故信息，并配合報表、曲線查詢統計出各種類型的事故信息。
系統在事故發生后可記錄事故的發生時間、事故類型、發生點起始樁號、事故描述、事故解除時間等等信息，并存入數據服務器的數據庫中，以便以后事故的歷史記錄查詢。同時，用戶可由事件錄入子系統來觸發預案管理子系統，當隧道內發生緊急交通事故時，由監控員通過視頻圖像確認現場事故后，通過事件錄入子系統確認緊急事故，激活預案管理子系統，預案子系統會根據事故點的位置和類型提供給操作員可使用的緊急預案，由操作員確認預案可操作性后選擇下發并執行，以在*快的時間內有效處理隧道內的緊急事故。
10>預案管理子系統
預案管理子系統為本監控系統的一套輔助子系統，分為預案管理器和預案執行器兩大模塊。
預案管理器，為外部應用程序，可放置局域網內的任意工作站上，由隧道管理所系統管理員進行監控系統預案的編制、編輯和刪除操作。管理員可根據監控系統中提供的報警點，針對每一個獨立的報警點，制定一系列緊急事故處理預案；在預案中，管理員可編制各種執行步驟和執行動作，具體到指定預案中按指定順序對監控系統中的指定數據庫變量進行預控制值的設定，便于預案執行器的相關預案動作的執行。
預案執行器，為本監控系統的內部嵌入組件，根據預案的相應的條件判斷，來觸發預案執行器。當隧道內發生緊急事故時，本監控系統可自動檢測出事故發生地點、事故類型等信息，同時在監控畫面的相應事故點以動畫閃爍方式向操作員告警，如果事故點并不在當前監控畫面中，則系統自動切換當前事故點畫面為當前畫面，將事故點*為明%E