公路隧道控制中心集成软件平台设计及应用

2012-01-22高波

铁道标准设计 2012年3期

高波

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

1 概述

以武汉、南京长江隧道为代表的城市快速路隧道为确保车辆安全快速通过以及监控设备的长期正常运行,对于隧道监控系统提出了严格的技术要求。隧道监控系统统一管理和监控隧道中各机电子系统的正常运转,通过采用先进的数字化数据采集技术、通信技术、数据存储技术、智能化技术以及一体化监控集成软件平台,从整体上提升系统的运行效率和安全管理水平,完善运营管理和服务。

隧道监控系统为实时数据管理系统,系统对数据的实时性及安全性要求较高。其集成软件平台必须满足可靠性、安全性、易用性、可扩展性、互联性的需求,提供的整体解决方案具有广泛的兼容能力,可以支持不同的系统平台、数据格式和多种连接方式,要求在企业级网络环境下,实现对多系统的接入、各系统的松散耦合、跨平台、与语言无关、与特定接口无关的对各种应用程序的可靠访问。

2 隧道监控系统组成

监控系统一般包括中央计算机系统、交通监控系统、设备监控系统、通信系统、火灾自动报警(FAS)系统；根据工程的实际需求,可以设置结构体健康监测系统等其他辅助监控系统。系统构成如图1所示。

图1 监控系统总体结构架构

其中,控制中心的中央计算机系统通过统一集成平台将各系统操作界面加以集成,通过统一数据库系统收集和管理所有监控信息,以提高运行效率,实现信息共享。

3 集成软件平台的功能需求及组成

3.1 功能需求

(1)信息采集。监控系统应实时收集到各相关监控子系统通过主控网络传输上来的各种信息,也可以由运营操作人员手工输入相关事件事故信息。

(2)数据处理。主要数据处理对象包括：视频监测系统及交通监控系统提供的各种数据；环境参数监测器、设备监控系统提供的各种数据；火灾报警系统提供的各种数据；以及各种外场设备工作状态的反馈信息。

(3)事件响应。监控系统获取所需信息后,按一定模式运作、存档、制表及显示,并通过所制定的控制模式提出决策建议及发布控制指令。

(4)事件处理。根据所发生事件的类型和严重程度,对火灾及交通事件采取分类处理,提出相应的控制及设备运行提案。

(5)图形、图表显示。中控室大屏幕显示屏、闭路电视监视工作站及控制台上的显示器相结合,实时、动态、直观地显示交通、设备、电力、火灾、隧道结构安全等的运行状况、模拟图及处理预案,并可对某一局部予以放大或对某些信息列表显示。

(6)统计查询及数据存档。可显示和打印交通、事故事件、紧急电话使用情况、发布命令、设备工作状态、值班员值班记录、交通量趋势等各种图表；能完成系统每日检测的原始数据的备份及重要文件的存档；可复制每日的数据或调出历史数据进行各种统计和分析工作。

(7)信息共享。监控系统的所有图像、数据信息可与上级及同级主控中心共享,主控中心连接公路网监控中心主干通信网,可以提供隧道相关的实时路况监视图像及相关的交通数据信息,同时可以获取相关路段的路网交通信息。

3.2 集成软件平台的组成

根据以上功能需求,集成软件平台可划分为数据采集控制模块、画面显示模块、集中报警模块、策略编辑模块、综合管理模块和数据库模块。监控集成软件平台功能构成如图2所示。

图2 监控集成软件平台结构

4 监控集成软件平台设计要求

(1)模块化要求

集成软件平台应按实现功能划分子模块,每个模块的研发和改进都独立于其他模块的研发和改进,每个模块所特有的信息处理过程都被包含在模块的内部,通过通用的标准界面与系统或其他模块相互连接。

(2)参数化

软件应尽量使用参数化设置完成对各种设备的控制及检测的功能及性能要求。

(3)可扩展性

功能性和性能：能够提供更好的性能、更多的功能。

成本伸缩：系统扩展的代价必须是合理的。

可兼容性：用户原有的程序在不作变动或只作少量的变动后仍可以使用,新增加的部分应能够与系统的其余部分相兼容。

(4)可用性

当软件某部分工作不正常时,应具有保障措施来保证系统的不间断运作。

(5)可移植性

数据库、通讯中间件和应用程序应可以在多种操作系统平台上运行,具有良好的移植性。

(6)可重用性

软件应可共用相同功能的子程序,如安全管理模块和数据传输模块等。

(7)可维护性

软件系统应能适应错误的更正、环境的变动、需求变动的改进。

(8)冗余性

软件方面,数据库采用多种备份方案的冗余备份,保证系统的可靠性。

(9)开放性

系统软件应遵循开放式系统结构的工业标准。程序调用应不需要特别硬件的支持。

5 监控集成软件平台体系架构

(1)C/S结构

3层C/S模式由客户端、应用服务器、数据库服务器组成,用户界面层、应用逻辑层和数据库管理层分别位于不同的平台上。客户端只需要安装应用程序；应用程序服务器集中处理应用逻辑,接收客户端应用程序的请求,将该请求转换为数据库请求后与数据库服务器交互,再将结果传送给客户端应用程序。

3层C/S模式是实时系统最常用的结构,具有业务规则集中、执行效率高、良好的可扩展性、安全性高、容错及负载平衡能力强的特点。3层C/S结构的主要问题包括客户端用户界面不标准,不易于Internet的使用及管理等。

(2)B/S结构

B/S模式是基于Web的新型网络结构。客户端只需安装通用浏览器,将处理请求提交给Web服务器。Web服务器响应用户的请求,若用户请求中包括数据存取,Web服务器需与数据库服务器协同完成该处理工作。B/S模式主要优点为：客户端安装简便,界面通用统一,使开发、维护、升级、使用、培训非常简单；特别适合在网上发表信息。缺点是：交互能力及实时性比C/S结构要差。

(3)混合模式

由于3层C/S和B/S模式都有各自的优缺点,为了满足隧道监控平台复杂的业务功能和复杂的处理模式,采用把两者相结合的混合模式作为系统的体系结构。对于数据采集、网络通信、数据事件处理等监控管理平台均采用C/S模式；对于数据报表处理、查询、检索和公告发布等服务,采用B/S模式来处理。混合模式克服了C/S和B/S模式各自的弊端,使系统的体系结构与处理逻辑相对应,提高了系统的伸缩性和灵活性。

6 监控集成软件平台应用

采用以上体系架构的监控集成软件平台在武汉、南京长江隧道监控系统工程中得到良好的应用。

武汉长江隧道监控系统集成了中央计算机系统、交通监控系统、设备监控系统、通信系统、火灾自动报警(FAS)等系统,控制中心采用了上海宝信软件股份有限公司的iCentroView集成软件平台,一体化实现了水泵风机等设备监控、环境参数检测及监控、交通信号指示和交通诱导指示监控、CCTV闭路电视系统及监控、紧急电话系统及监控、无线通讯系统及监控、大屏幕投影监控、消防报警监控、网络通信监控、UPS监控、供配电系统监控、隧道照明监控等等,有机的组合各种应用和联动机制,通过多子系统功能联动、统一调度以适应隧道的管理需要。

该软件为专用监控软件平台,具备有限的组态功能,通过面向对象的模块化开发方式,建立起健壮性和稳定性较强的软件架构,程序代码可继承性较强,开发效率较高。但采用这种专用开发平台,开发周期较长,对开发人员要求高,主要取决于集成商的开发和集成能力,缺乏标准的评估手段。

南京长江隧道监控系统除了集成常规的弱电系统外,还集成了收费系统及结构健康监测系统。控制中心集成软件平台是基于iFix组态软件开发的,使用灵活的组态方式,提高了开发效率,开发时间短；人机界面友好；性能稳定；具有较高的可靠性。

以上两个工程是两种隧道监控软件集成平台的典型。由于隧道监控软件平台对于实时性、安全性和稳定性的要求较高,且很多工程都存在着开发时间短、调试时间紧的问题,需要从易开发、系统稳定性、代码可重用等方面综合考虑。建议采用组态与非组态结合的方式进行开发,与PLC关系紧密的硬件采用组态软件来控制,综合管理等功能采用非组态软件来开发。这样开发出的系统性能稳定,同时可以大大节约开发时间。