浅谈公路隧道监控系统的设计

周华

摘要：随着我国交通事业的快速发展，公路隧道的发展速度也不落后。在公路隧道内，为了使人们的行车安全得到保障，同时也为部门能有效处理突发事故提供便利，对于公路隧道监视管理方面受到了足够的重视。文章从系统、功能、硬件、软件等方面具体设计了一个基本的公路隧道监控系统，并展望和阐述了公路隧道监控系统的发展。

关键词：公路；隧道监控系统；设计；发展

一、前言

近年来，我国经济飞速发展，公路建设取得重大突破，公路设计中常常需要穿过山岭等凸起地带，因此，隧道成为公路的重要组成部分。由于隧道里光线相对较弱、空气流动性不好等特点，与外面相比，隧道内更容易发生交通事故，因此，隧道里的行车安全已成为隧道建设需要考虑的重大问题。隧道监控系统在约束隧道里的行车行为、解决交通事故纠纷方面发挥着重大作用。

二、系统结构

高速公路隧道监控系统主要监视隧道交通状况，对交通参数进行检测和统计，并对隧道内的各种交通设施进行监控和管理，以保证高速公路的行车安全和畅通。根据隧道系统各个部分控制的对象不同，可以将隧道监控系统分为计算机控制系统、交通监控系统、照明控制系统、通风控制系统、消防控制系统、紧急电话系统、供配电系统等子系统。隧道监控系统一般采用分布式控制模式，监控中心对现场设施不直接进行控制，而是由现场的区域控制器进行控制。分布式控制模式的网络结构一般分为3个层次：上层为监控中心的计算机系统，中间是由各PLC组成的控制层，下层为各种检测和控制设备组成的设备层。

三、系统功能

1.组态软件功能

系统采用组态软件来完成整个隧道的监控界面。主要负责从区域控制器收集检测信息，并对信息进行处理；对交通信号灯、车道指示器、照明设备、风机、防火门等设备进行合理控制，其中对设备的控制命令可以是监控人员手动发出的，也可以是系统根据预案自动发出的；动态显示交通状况和各种设备运行状态；对超出上限值的模拟量进行实时报警；可进行历史数据查询、报表打印等。

2.区域控制器功能

隧道区域控制器主要对隧道内的信息进行采集及控制，其主要功能为：

（1）收集本区段管辖的检测设备的检测信息。

（2）对收集的信息进行预处理，将存储单元中处理的信息上传给监控中心的上位机。

（3）接收上位机的各种控制命令，发给执行设备。

（4）当与上位机的通讯中断时，所有采集的信息存储在PLC中；通讯恢复后将存储在本地PLC中的信息上传至上位机。

四、监控系统设计

监控系统软件主要包括上位机力控组态软件和下位机软件。

1.上位机软件设计

上位机管理及监控系统采用力控组态软件实现软件编程，力控组态软件是运行在Window环境下的一种组态软件，是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趨势曲线、报警等）对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以大大缩短自动化工程师的系统集成的时间，提高了集成效率。监控主界面能够显示隧道内各种设备的安装位置，同时可以在静态画面中动态地显示环境检测值（车辆检测值、风速风向检测值、CO/VI检测值、光照度检测值、消防水泵等）以及各种设备的运行状况。当设备出现故障时，系统利用不同颜色来显示不同级别的报警状态，同时发出声音报警，以引起监控人员的注意。

2.下位机软件设计

通过软件用户可以进行系统配置和程序的编写、调试、仿真、在线诊断PLC 硬件配置状态、控制PLC 的运行状态和I /O 通道的状态等。根据隧道监控设备的要求，下位程序使用软件的梯形图方法进行编程。首先通过CPU 的USB 接口连接PC 机，在软件中对PLC 进行配置网络地址并写入，建立PC 机与PLC 之间的通信，然后新建工程，配置I /O设备信息，创建全局变量和本地变量，编程梯形图程序。程序编程完成后，即可通过RJ-45 接口建立网络连接并将程序写入PLC 进行运行调试。

3.下位机区域控制器设计

经过对隧道内各种机电设备、环境因素分析，并且考虑到监控系统的可靠性，隧道区域控制器选用PLC来接收上位机的指令并将现场设备的信息发送给上位机，以便很好的对现场设备进行控制。本系统区域控制器PLC以及CPU，分别组成冗余和单机型两种结构的控制系统，以满足不同需求。这种PLC是组合式的，它将CPU模块、输入模块、输出模块、智能I/O模块、通讯模块、电源模块等分别做成相应的电路板或模块，然后将各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。这种组合式的PLC配置灵活，应用起来十分方便。PLC控制系统的梯形图程序是根据软件编写的。通过输入正确的IP地址后将程序写入PLC，来实现对隧道各种机电设备的控制。

4.隧道监控系统的控制功能

通过上位机与下位机的结合，就建立了完整的隧道监控系统，可以在监控中心实时监控隧道内的交通状况，并通过网络通信远程控制机电设备。系统有自动控制和人工干预控制两种方式。正常情况下，系统处于自动控制状态。在异常情况下，由交通控制管理人员根据隧道内实际情况，通过设在隧道控制室的交通控制计算机控制隧道交通、指挥调度车辆行驶。系统能连续检测隧道内的出、入口的交通数据。并按日、周、月打印统计报表。交通监控系统当隧道正常交通状态和有交通事故、火灾以及施工等特殊情况时的交通控制，系统可通过车辆检测器、火灾报警子系统、紧急电话子系统、闭路电视子系统等警告的信息，对信号系统发布指令，合理地控制交通，以达到减少事故，充分有效地使用隧道的目的。系统能不间断地定时检测系统内各设备的工作状态，及时发现故障并显示、报警。

五、公路隧道监控系统的发展

对于公路隧道智能化控制的发展，当前应着重解决公路隧道信息不能有效利用的问题以及控制模式与控制软件问题，使软件应用国产化并初步走向智能化。应用网络技术是控制发展的必然趋势，控制是实现公路隧道管理目标的根本手段。

从系统结构考虑，国内公路监控系统在管理体制上主要是三级管理，即管理中心、管理分中心和管理所。系统控制应从集散式控制系统逐步发展为现场控制，从多级控制发展为二级控制，采用互联网技术进行现场控制，通过互联网进行数据交换、信息共享与区域协调控制。从系统设备考虑，应提高检测设备的水平，大力发展数字化与智能化仪器仪表，发展无线通讯与控制产品，实现遥测、遥讯、遥控，如通过图像处理检测器检测交通参数等。

从系统功能考虑，火灾报警系统应达到自动检测与消防实现联动，通风控制系统应实现前馈式智能控制，交通控制系统应能自动判别交通状态、异常自动检测与处理。在可靠性方面，监控计算机及任一控制点的失效不会影响正常智能节点对现场设施实施控制，它具有较高的系统容错能力。公路隧道智能控制的关键技术，主要包括公路隧道的通风控制、交通控制、通讯网络以及综合控制等，还有隧道照明的智能控制以及对设备的智能化检测等，最后，将这些适合国情的研究成果综合成一套完整的监控软件，以开发民族工业与促进交通管理的进步。

六、结束语

如今隧道监控系统已成为公路安全管理的重要组成部分，其功能及设计还在不断的发展和完善中，随着技术的发展相信隧道监控系统会越来越好的为人们服务。

参考文献：

[1]王志伟，杨超. 高速公路隧道监控系统的现状与发展[J]. 现代隧道技术，2009，06：8-16.

[2]张吉同. 万开高速公路隧道监控系统的设计与实现[D].西南交通大学，2009.