工程设计
低压电器(2008 16) 现代建筑
电气篇
隧道监控系统设计方案
姬卫东
(上海电器科学研究所(集团) 有限公司, 上海! 200063)
摘! 要:从隧道监控系统的三级控制模式设计和数据传输网络的结构等方面阐述了隧道监控系统的总体控制方案。并简单介绍了区域控制器、隧道监测设施、隧道交通控制及诱导设施等隧道监控系统的外场设备的主要功能及具体配置。该隧道监控系统可以较好地满足智能交通管理的要求。
关键词:智能交通; 隧道监控系统; 三级控制; 区域控制器; 交通诱导
中图分类号:TU 99∀TP273! 文献标识码:B ! 文章编号:1001 5531(2008) 16 0059 04
姬卫东(1970 ), 男, 工程师, 研究方向为智能交通、轨道交通、智能楼宇、给排水领域的系统
D esign Sche m e of TunnelM onitori ng Syste m
JI W eidong
集成。
(Shanghai E lectricalApparatus Research I nstitute(Group) Co . , Ltd . , Shanghai 200063, Ch i n a)
! ! Abstract :T he overa ll contro l sche m e o f t unne lm onitor i ng system w as g iven , the t hree c lass contro l mode o f the syste m and the struct u re of data trans m iss i on net wo rk w ere expounded . T he outfi e l d equ i p m ent o f the tunne l m ontor i ng syste m, s uch as area contro ll er , t unnel m onitor i ng equ i p m ent , tunnel traffi c contro l and gu i d i ng facility , were briefl y introduced . It had w ellm et the m anage m en t require m en t of i nte lli g ent transportation
K ey words :i n te lligen t tran s portati on; tunnel mon itor i ng syste m; th ree leve l con tro; l area con troll er ; travelli ng i nduc i ng
0! 引! 言
近20年来, 随着我国公路交通事业飞速发展, 公路的等级不断提高, 通车里程逐年攀升, 公路建设已成为带动国民经济增长和地方经济发展的龙头支柱产业。
在山岭和丘陵地区乃至越江过河的公路建设中, 隧道方案以能缩短行车里程、提高线型标准、保障运营安全、保护生态环境等优点, 得到普遍应用, 并且越修越长, 规模越来越大。许多特长隧道、大跨度扁平隧道、双层隧道、沉管隧道、盾构隧道、高海拔隧道、寒区隧道相继建成。在坚持可持续发展、切实保护生态环境和有限的土地资源的战略指导下, 中国已成为世界上隧道最多、最复杂和发展最快的国家。
为尽量减少恶性交通事故, 及时处置突发事件, 在隧道建设中, 有必要对隧道监控系统进行详细设计。
1! 隧道监控系统总体控制方案
为了构架隧道监控系统, 在隧道内配备各类必需的监控设备, 包括洞口摄像机、洞内摄像机、
车道指示器、交通信号灯、可变情报板、风机控制柜、横通门控制柜以及COV I 检测器、光强检测器、车道检测器、视频事件检测器等; 在隧道变电站内设置监控摄像机和电力监控设施。
在隧道内设置区域控制器, 每个区域控制器负责所管辖范围内的现场设备控制和数据采集。隧道内的区域控制器通过通信网络连接在一起, 通过通信网络与管理所计算机系统信息交换。1. 1! 控制分级
隧道监控系统一般按三级控制模式设计, 分为隧道监控室级、区域控制段级、设备手动控制级, 如图1所示。每一级都有自己的控制范围与权限, 因此在控制方案与模式上各不相同。对于规模比较大并且隧道离监控室有相当长距离的隧道监控系统, 为了增加可靠性, 也可在隧道就地增
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络, 其要求是能满足实时通信的要求, 又具有开放协议的标准接口, 能在总线上方便地挂接各种外场设备, 有利于监控系统的未来扩展。
隧道监控系统控制层网络的选用, 国内的隧道工程经历了许多变化。以前的工程实例采用现场总线标准中的某一类, 如Control N et 、Lon W orks 、Profibus 等。随着技术的发展, 工业以太网在提交了可靠性、现场条件适应性、响应速度后, 也被用
图1! 三级控制模式
于控制层网络, 并在隧道监控系统中得到推广使用。现场总线方式的优点是数据传输速度有保证, 缺点是标准不统一, 技术复杂, 成本高; 而工业以太网的优点是其标准为广大技术人员掌握和接受, 设备成本相对低, 开发性、连接性能好, 缺点是数据传输速度没有保证。由于现场总线标准繁多、技术复杂、产品价格高等问题, 近年来隧道监控系统采用冗余光纤工业以太环网比较多。冗余光纤工业以太环网的数据传输速度得到了改善, 比一般以太快。但由于协议本身的特性, 比起速度较快的现场总线方式, 它的数据传输速度还是稍弱。
第三层网络为设备层。在该系统结构中, 隧道现场设备如车道指示灯、信号灯、COV I 检测仪表, 经过硬接线或RS-485现场总线与区域控制器连接, 构成数据采集通路。
变电站高低压柜的微机保护装置和智能电量变送器通过RS-485总线, 经数据光端机与隧道监控站的通信计算机(或直接与电力监控计算机) 连接, 构成数据传输通路。新型的微机保护装置可带以太网口, 可直接连接到以太网上。
现场各摄像机的视频信号经视频光端机直接与隧道管理所构成数据通道。
加一级隧道实施就地集中监控, 这级监控由设置在隧道某个适当的区域控制器上的触摸显示屏来操作。可在隧道与远离隧道的监控室之间的网络通信中断时进行应急控制。
! ! 在隧道机电系统的每一套重要设备的控制屏上, 都应设置控制按钮, 供操作人员在现场对设备进行操作。控制屏上同时设置就地/遥控切换开关, 可以进行就地/遥控切换。通常情况下, 设备手动控制级优先级最高, 当设备控制屏被工程师设置到现场手动控制模式下, 设备控制屏将不接收远端控制的任何指令; 同样, 区域控制器也可以进行就地/遥控切换, 当区域控制器被设置到现场手动控制模式下, 区域控制器将不接收计算机系统的任何指令, 直到现场解除该模式, 而在监控中心与隧道监控室都将出现提示。当整个网络通信正常情况下, 隧道监控站级优先级最高。当区域控制器与隧道监控站通信中断情况下, 隧道监控站将报警, 同时区域控制器自动进入区域控制器独立控制模式, 承担对其所管辖的隧道监控设备的监控职能。在设备调试或区域控制器的网络通信发生故障情况下, 可在设备端进行就地控制。1. 2! 数据传输网络
数据传输网络的第一层为信息层。主要负责大量信息及不同厂家不同设备之间的信息传输, 根据当前的技术水平及工程实际使用情况, E ther net 网为目前最常用的信息网络。在隧道监控室的各计算机之间及隧道管理所与高速公路监控分中心之间采用E ther net 网络。其特点是实时性要求不高, 但信息量大, 包括各种交通流量信息、各传感器数据等大量历史数据信息。
第二层为控制层。将隧道区域控制器之间及区域控制器与隧道监控站计算机之间构成通信网
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2! 外场设备
2. 1! 区域控制器
区域控制器是监控系统中的关键设备, 向下连接该区域的现场设备, 接收现场设备的状态信号, 向现场设备发布控制命令, 执行一定的控制算法, 提供通信通道; 向上与上一级监控层构成通信网络。现场设备种类和分布、网络形式、控制要求和控制分层不同, 导致对区域控制器的要求、形式、具体结构和内容不同。区域控制器往往是隧道监控系统中最灵活和变动最大的部分, 也确定
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了监控系统的整体性能指标。隧道监控系统中的区域控制器沿隧道分布, 太密会导致总数量太多, 太稀疏会导致现场设备与区域控制器的信号/控制电缆线太长, 一般控制在400~500m, 前后各200~250m 的现场设备连接到该区域控制器。若采用现场总线方式, 则区域控制器的间隔可以更大些。区域控制器除对交通控制设备进行监控之外, 还对通风机、照明灯、横通门等隧道机电设备进行监控。隧道机电设备布设的特点是沿隧道成线状布设, 各个设备之间的距离比较远, 设备到区域控制器间的信号传输最适合用总线方式连接。但目前的工程实施中普遍采用触点间的硬线连接方式。2. 2! 隧道监测设施
隧道交通监测设施由超高检测器、光强检测器、能见度/CO检测器、风速风向检测器构成。2. 2. 1! 超高检测器
在隧道接地点之前100m 设置超高检测器, 车辆超高检测器检测车辆是否超高, 把车辆超高信息传递给后台控制设备, 后台控制器控制现场声光报警器向司机和值班人员示警, 通过将交通信号灯切换至红灯状态或值班人员拦截超高车辆, 防止发生超高事故。
通常设计中采用激光超高检测器, 检测数据由监控室计算机系统进行收集、处理、分析并存储, 为交通控制提供依据。2. 2. 2! 光强检测器
光强检测器布设在隧道入口的内外, 用来检测洞内外光照亮度, 检测数据经过计算机系统分析比较后, 为照明系统提供控制依据。
在隧道左、右线进洞口内20m 、外50m 各设置一套, 共4套光强检测器。2. 2. 3! 能见度/CO检测器
能见度/CO 检测器布设在隧道内, 用来对隧道的环境指标进行检测, 对比洞内环境卫生标准值, 同时结合进出洞口的交通量, 经过计算处理后制订控制方案, 给出控制命令。
2. 2. 4! 风速/风向检测器
风速/风向检测器布设在隧道中间, 用来对隧道的风速/风向指标进行检测, 对比洞内环境卫生标准值, 结合进出洞口的交通量, 经过计算处理后制订控制方案, 给出控制命令, 控制风机的运行。
2. 3! 隧道交通控制及诱导设施
隧道交通诱导设施由门架式可变情报板、可变限速标志、车道指示器及交通信号灯构成。2. 3. 1! 门架式可变情报板
在隧道接地点处设置可变情报板。可变情报板必须具有充分的可视距离和信息传递能力, 以便驾驶员看到字幕后即可掌握隧道内情况, 并能在行驶中作出适当处理。平时可显示各种信号, 事故发生时显示火灾、车祸、施工、停电等信息, 可通知后续车辆停止进洞。
可变情报板采用高分辨率LED 显示, 字体大小、规格按照交通部#高速公路交通安全设施的研究∃中的标准执行。2. 3. 2! 可变限速标志
在隧道进口接地点处各设置一块可变限速标志, 共2套。平时显示限速信息, 异常情况时由中控室发布车辆诱导信息。同样采用高分辨率LED 显示, 字体大小、规格按照交通部#高速公路交通安全设施的研究∃中的标准执行。
2. 3. 3! 车道指示器
在隧道进出口、车行横洞前各设置一组车道指示器, 隧道内每200m 左右设置一组车道指示器, 共6组。车道指示器底部应在隧道限高之上, 采用600mm %600mm 规格, 车道指示器红色表示本车道禁止通行, 绿色表示车道放行, 黄色表示注意转向行驶。2. 3. 4! 交通信号灯
在隧道及匝道进口处各设置一套交通信号灯, 共3套。交通信号灯由红、黄、绿三色组成。根据隧道内采集到的各种信息, 如堵塞或其他异常情况, 对准备进入隧道的车辆数进行调节, 均衡交通流。如遇有事故, 关闭隧道或显示&∋(符号, 引导车辆通过转换车道, 以达到交通控制的目的。正常运行时信号灯为绿色, 隧道内发生异常情况时须关闭隧道, 信号灯为红色, 需要提醒司机注意时信号灯为黄色。信号灯应密封良好, 显示清晰, 色片符合国际CI E 标准, 色片直径为300mm , 使用AC 220V 50W 灯泡。交通控制对于各种交通状态, 计算机系统应综合各种检测信息制订相应的信号反应方案来处理各种可能的交通流。隧道内的本地控制器存储有针对所控设备的相关控制程序, 各变电所附近的本地控制器具有对洞内
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工程设计
各控制器的联动控制功能。
) 参考文献∗
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业月刊, 2005, 18(7) :66 67.
收稿日期:2008 07 04
3! 结! 语
对隧道监控系统的研究一直是公路界关注的一个焦点。在隧道监控系统的设计中如包含了以上几点要领, 则可使隧道交通管理更上一个台阶。
(上接第28页)
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IEEE
T ransacti ons on Evo l u ti onary Co m puta tion , 2007, 11
(上接第54页)
用分散的管理方法, 不但会增加更多的管理人员费用、设备维护的成本, 而且给管理人员造成维护
困难。医院的集成管理系统是利用计算机及其网络对医院的各个建筑物、各个医疗管理生产部门进行现代化的管理, 使医院的楼宇设备管理工作达到统一化、规范化和自动化的管理, 以提高工作效率和响应时间。集成管理系统能对医院所有建筑设备、机房故障和报警信息, 手术室、病房和有关重要场所的使用情况、调度安排、收费和设备折旧等进行全面、有效的管理。集成管理系统还能够与楼宇自控系统、安全防范系统、停车场管理系统、电子文告发布系统、H I S 系统等相关系统进行必要的信息集成, 以获取所需的各类信息。集成管理系统可以对医院设备运行信息、固定资产管理、设备维修管理、综合服务管理实行高效的组织与调配, 使医院运作在一个反应机敏、资料齐全、决策科学的层次上, 从而使&为病人服务(的宗旨有了可靠的、科学的保障, 为整个管理提供了有效的方法。
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5! 结! 语
随着国内医院智能化水平的不断发展, 各种智能化系统将逐步渗透到医院的各个环节。为了建成国际上先进、国内领先的智能化建筑, 这就要求从整体上结合医院智能化建设的现状与长远规
划, 既要满足现阶段发展的需要, 又要为今后的拓展留有适当的接口和扩展空间, 这样才能建成代表国内先进水平的现代化智能医院, 真正实现一流的环境、一流的管理、一流的人才、一流的服务。
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