厦门环岛干道厦大隧道通信监控系统设计与实现
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摘要：本文以厦门环岛干道厦大隧道为依托，从系统总体构成和集成子系统的构成方案对隧道通信监控系统进行详细的分析，以现场环境的实际情况为背景，对PLC控制系统、交通事件检测系统、交通信号控制方案、视频监控系统、通风检测控制系统、照明检测控制系统、火灾报警系统、紧急电话及有线广播系统进行设计。
关键词：城市隧道；通信监控；监控中心；控制预案
中图分类号：F291.1 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
厦门环岛干道厦大隧道左线全长1479.00 m，右线全长1491.69 m，隧道内设有4处人行横洞，1处车行横洞。隧道路段采用50 Km /h的设计标准，双向4车道。
隧道监控设施的构成大致分为9个部分：包括PLC控制系统、交通事件检测系统、交通信号控制系统、视频监控系统、通风检测控制系统、照明检测控制系统、火灾报警系统、电力监控系统、紧急电话及有线广播系统。9个系统之间相互联系，既避免由于某个子系统出故障而影响其它系统的运行，又可保证整个系统的联动运行。在隧道外场设备的布设中，厦大隧道按A级设计，监控外场设备配置完整。
2系统总体构成
厦大隧道监控设施主要由监控中心和监控外场设备构成。
隧道监控中心主要由计算机系统和CCTV系统构成。根据厦大隧道的管理需求，监控中心计算机系统主要以三层以太网交换机为节点构成局域网，服务器和客户端、紧急电话及有线广播控制台、激光多功能一体机分别与以太网交换机相连。计算机系统根据外场设备采集的数据分析处理后，制定各种控制策略，以提高管理水平。
图3.1监控中心系统构成图
闭路电视子系统主要包括视频矩阵控制器、控制键盘、数字硬盘录像机、控制信号分配器、视频分配器、一体化显示屏、级联光端机、主监视器等室内设备，以及光端机、前端摄像机等室外设备。
图1.2监控中心CCTV系统图
厦大隧道外场设备按A级设计，监控外场设备配置完整，主要包含摄像机、交通信号灯、车道控制灯、火灾报警按钮、车辆检测器、CO/VI检测器、WS检测器、火灾探测器、光强检测器、可变情报板、PLC、配电箱、紧急电话、有线广播等。
4系统构成方案
4.1 PLC控制系统
厦大隧道PLC控制系统采用10/100MbpsTCP/IP快速工业以太网结构，根据隧道长短将隧道上、下行线分别分为若干个区段，每个区段配备一台控制器。隧道内的各种检测信息如： CO/VI检测器信息、风速风向检测器信息、光强检测器信息、电力监控数据等，经过PLC预处理后，上传监控中心。PLC驱动各终端控制器实现本地控制：隧道风机运行状态、隧道照明灯具、车道控制灯、可变情报板等,并可经由电力监控智能电表,读取各低压回路的运行状况及设备用电情况。当中央控制计算机系统或通信系统发生故障时，每个PLC仍可继续工作，保证其管辖内的小区域正常运行。每个PLC既能独立运行完成本地控制也能保证整条隧道协调一致运行。
4.2 交通事件检测系统
由于本隧道为城市主干道，交通量比较大，因此对隧道采用视频交通事件自动检测技术，对隧道内的所有固定摄像机图像显示的覆盖范围内，进行各种交通事件事故的自动检测，包括：交通量、车速、交通事故、交通拥堵、遗弃物、车辆停驶、停止的明显团雾、行人、车辆逆行、火灾、重大灾难等及交通数据的采集。
该系统具有联动功能，当系统检测到交通事件、事故时，系统能够快速自动报警和自动录像并自动弹出事故画面在显示器、大屏幕投影上进行实时地显示；管理人员可根据画面对现场进行临时调度，并及时改变可变情报板显示内容，进行提前预告。为道路交通安全管理和道路运营的交通异常实时检测提供帮助，是道路全程监控的技术核心。
4.3 交通信号控制方案
交通信号控制主要是用于协助疏导交通、给司机提供信息，以保证道路安全畅通，提高整个路网的整体通行能力。该系统主要包括交通信号灯、车道控制灯、可变情报板等。
4.4 视频监控系统
隧道闭路电视系统实现了对隧道全部路段进行完全可视化监视。平时用以掌握交通状况，以利交通控制；紧急时用以确认通报上传的信息，及监视消防活动、疏散行动等状况。尤其是用于监视隧道内各种防灾设备和对火灾报警的确认。视频监控系统接受来自管理分中心计算机和火灾报警系统的报警信息，对摄像机进行选择控制，自动显示报警区段及相邻区段的图像，并自动进行数字硬盘录像，将时间、摄像机号码记录在录像资料上，作为处理事故的依据。
4.5 通风检测控制方案
隧道通风除了要考虑一氧化碳浓度、交通事故、火灾外，还要考虑风机运转平衡，延长设备寿命。正常情况下，配合交通高低峰时间设定不同的控制程序。当一氧化碳浓度检测值及风速风向检测值浓度上升或下降至《公路隧道通风照明设计规范》规定的限值时变换通风级别，增加或减少风机群组数。当发生交通异常时，参考车流量情况做“前馈和后馈相结合的复合式”控制，以应付突发的交通事故。火灾时，能自动或人工开启风机，具体方案根据火灾工况预案进行，进入排烟救灾控制程序。
图4.1通风控制方案图
4.6 照明检测控制方案
隧道照明系统采用“以时序控制为主，光强检测器控制为辅”的控制方式对照明系统进行控制。即根据洞内外光强检测值，适当调整隧道内照明灯具，使驾驶员在进入隧道的过程中，享受到一个人性化的视觉适应环境，以减少事故发生的几率。隧道照明控制根据隧道照明布设方式提供相应的控制方案。
图4.2隧道照明监控系统图
4.7 火灾报警系统方案
由于隧道空间狭小，存在潜在的交通事故危险，尤其是火灾危险，一旦发生火灾，没有合理的检测及控制方案，将会产生不堪设想的后果。厦大隧道采用光纤式火灾报警方案，该火灾报警系统可无间隙、不间断、在任何时刻和无人干预的情况下对隧道内的火灾状况进行自动监测。当火灾报警控制器接收到报警信号并对其进行预处理后上传管理中心，并对隧道内的排烟风机进行联动控制，同时控制视频矩阵将报警地点现场图像自动输出到投影屏上，报警地点的广播也自动进行紧急预案的广播，隧道入口处的可变情报板也自动显示火灾报警动态文字。利用该系统的十几项联动功能将最大程度地减少火灾影响。
4.8 紧急电话及有线广播系统
隧道内按每200m左右设置一对紧急电话分机，距每个隧道洞口外约10米处，设置一台紧急电话分机。为处理隧道内紧急情况，及时向道路使用者提供信息，在隧道内设置有线广播系统。每隔50m左右设置一台扬声器，在隧道外置一台有线广播扬声器。
紧急电话及有线广播采用合一的方案，即共用传输光缆，共用控制台，控制台设置在隧道监控中心。
系统控制预案
表5.1系统控制预案表
6数据视频传输方案
隧道监控外场设备所采集的数据均通过PLC收集，PLC利用工业以太网交换机构成以太网自愈环网，通过隧道口管理机房内的工业以太网交换机上传监控中心；PLC同时转发管理中心下发的控制命令，同时控制车/人行横洞卷帘门、车道控制灯、交通信号灯、隧道照明、风机等。隧道图像采用每3-4路1台光端机多路级联时分复用的方式上传监控中心。