隧道机电设备管理和维护系统
1．隧道机电设备监控子系统
负责对隧道内各机电设备实施24小时不问断的智能监控，并能远程控制隧道各机电设备，实时收集各设备的状态信息，据此产生相应的操作记录、事件记录、报警记录、设备运行记录和大量日志。
2．隧道机电设备管理维护子系统
根据监控系统提供的数据和操作员输入数据建立GIS 隧道机电维护管理数据库功能，研究出一套系统的设备管理、设备维护、设备工作状态等解决方案，并产生相应的管理维护报表、管理维护方案等。子系统还建立模型，为机电设备的选型和设备原型更新提供辅助决策。
3．监控、管理维护一体化子系统
实现两系统数据的相互参考，即隧道机电设各监控系统收集的设备工作数据和设备操作数据作为隧道机电设备管理和维护系统的数据来源，而隧道机电设备管理和维护系统的分析数据则作为隧道机电设备智能监控系统的控制参考和建议。
系统设置的目的如下：
·保证隧道内机电设备的定期维护和检修，确保各种设备，如风机、CO ＼VI 检测仪、供电设施等的安全有效运行，提高服务水平，增强隧道的通行能力；
使隧道内的设备信息一目了然，一旦设备发生故障，显示设备空间信息、图纸、维护信息、连接分析等，方便及时抢修，避免造成交通阻塞或火灾，提高隧道的运营管理水平；
·结合多级模糊综合评判给出了设备管理效绩评估的实现方法，为维护方案提供有益的参考；保证隧道运营的高效和节能。延长隧道内部机电设备的使用期 限，提高总体经济效益和社会效益。
这样设计的好处是：
监控与管理维护两大系统具有不同的用户控制和操作界面，在具体功能和操作上具有独立性。监控系统是实时系统，使它独立于设备管理维护系统，一方面，保障了通讯的安全和可靠，避免二者揉和在同一系统产生资源管理、内存管理等
问题。另一方面，两系统的相互独立有利于各个系统的独立升级与维护。两系统同时又保持着密切联系。在实际中，一方面，集中监控是集中维护的基础。维护人员在一定程度上需通过监控系统来了解设备运行情况，发现并判断故障情况，然后确定维护位置、方式，及时对设备进行维护；也会根据设备监控记录，决定设备是否需要维护。另一方面，对设备的监控操作如果参考设备管理维护数据，会进一步提高设备管理的质量。例如对隧道风机的控制：通风是长大隧道运营中的关键一环，隧道通风不仅保证了隧道的环境卫生，而且在隧道发生阻塞和火灾时，风机的运行对救灾、减灾起到非常关键的作用。风机是易损设备且价格昂贵。长大隧道内一般安装有多台风机，正常通车情况只需要开启其中的几台风机。像鹧鸪山隧道这样的单孔双向行车隧道，开启左右隧道对等位置安装的风机具有相同的通风效果。现今，国内的隧道监控系统在通风控制方面没有考虑风机的运转平衡问题，造成了运营成本增加和不必要的浪费。如果将风机的累计运行时间等设备管理信息作为风机控制的参考数据，优先开启累计运行时间短的风机，可以合理的控制风机的运转平衡，延长风机寿命。监控、管理维护一体化子系统就完成了监控子系统和管理维护子系统的互联和数据参考。使监控和管理维护两子系统可以相互提供数据并具有可约束性联系。一体化系统从监控系统获得设备的运行状况信息，管理维护人员可及时查询设备运行状况，掌握设备状况和故障信息，为快速制定维护计划提供数据依据。
隧道机电设备管理与维护功能结构
—系统根据功能可划分为：机电设备管理与维护模块和基于GIS 的功能模块，两大功能模块相辅相成，共同负责系统的整体运作．
根据子系统的总体需求与功能，将系统合理地分为一下几个模块：
1．GIS 模块：
提供GIS 应用接口，对地理背景图和设备进行快速、直观查询。包括：GIS 基本操作、设备属性查询、专题图和鹰眼四个子模块。GIS 基本操作子模块实现了地图的显示、放大、缩小、漫游、选择、自动标注等GIS 基本功能。设备属性查询子模块实现了设备的空问数据与属性数据的双向查询。专题图子模块可以根据设备属性中不同主题信息生成专题图。鹰眼子模块实现系统地图的鹰眼导航。系统基于GIS 的主要功能模块：地图控制、地图查询、地图输出、属性数据管理．
2．设备管理模块：
包括备品管理、配件管理、工具仪器管理、台账管理和购置管理。其中备品、配件、工具仪器三个子模块又分为：入库、盘点、报废遗失、领用和退库几部分。台账管理有台账管理和报警预警两个模块。购置管理分购置计划和计划审批两部分。
3．设备维护模块：
包括维护管理、故障管理、报修管理、报废管理四个子模块。维护管理子模块中管理内容有：维护计划、维护登记，日周维护。故障管理包括故障登记、审批和处理。保修管理与报废管理类似故障管理，都包括登记、审批和处理三部分。
4．系统管理模块：
负责系统用户管理、数据字典管理和日志管理。
5．决策分析模块：
负责隧道机电设备决策分析：包括对机电设备选型的决策分析和设备原型更新的决策分析。
公路隧道群机电设备智能化管理主要内容包 括：隧道群基础数据信息化，隧道群机电设备基础 数据信息化，机电设备日常检查维护信息化，机电 设备维护工作人员资料以及所做工作信息化，最后 还包括信息化后的数据进行集中管理分析，进行预 警和评估，用以改善信息化的管理水平。
系统需求如下：
(1)隧道群机电设备基础数据网络共享。隧道 群机电设备基础数据包括：隧道群的基本信息和地 理信息、机电设备空间位置数据、机电设备历史数据、监控系统获取的实时数据、隧道设备分布图等。
(2)隧道群机电设备数据分布式操作。通过 ArcGIS Server平台构建基于B ／S 架构的webGIS 系统，设置不同角色进行不同级别的操作，管理员 进行集中管理和维护，不同角色的用户给予分布式 数据采集、上传以及相应权限的管理。
(3)隧道群机电设备集中管理。对隧道群机电 设备时空数据进行一体化的采集、加工处理、管理 及维护，全面实现隧道设备基本数据、运行状态数 据、维修维护数据等的信息化管理。
(4)隧道群机电设备空间信息可视化。将隧道 群空间地理分布和机电设备在其隧道中的分布实 现空间可视化。
(5)实现隧道群机电设备预警评估功能， 并拥有一定的辅助决策的能力。 系统功能设计
本系统的设计目标是建立一套基于webGIS 的完善的隧道群设备智能化管理系统，实现隧道 设备的规范化、自动化、可视化管理与维护，以及 智能预警等具有一定的辅助决策的分析功能。根 据用户需求，该系统可分为8个功能模块，如图1 所示。
系统管理模块实现用户管理、权限管理、备份管理和日志管理；数据管理模块实现隧道和机电设备数据检查、存取、更新和剔除，并提供了对最新数据和历史数据的查询；可视化模块实现对隧道群地理分布图和机电设备在隧道中的空间位置 进行计算机显示，并提供对机电设备的空间信息查询和设备查找导航；设备管理模块实现备品备 件管理、工具仪器管理、报废管理等；设备统计模块实现按指定条件对设备进行分类统计；维护业务模块实现维护管理、保修管理、维修管理；分析预警模块通过对机电设备分析，实现对可能出现故障的机电设备进行报警；决策分析模块主要是提供专家分析模块，通过对机电设备状态评定，自动制定维护计划，维护人员可以按照计划为设备实施维护。
设备管理与维护功能描述：
系统设备管理与维护功能主要分为：维护业务、设备管理、系统管理、图纸管理、数据库管理。
维护业务
维护业务主要包括：维护管理、故障管理、报修管理、报废管理。
设备管理
设备管理主要包括：各品管理、配件管理、工具仪器、台帐管理、购置管理。 系统管理
系统管理主要包括：用户管理、日志管理、数据字典、附件管理。
图纸管理
图纸管理主要包括设备图纸自查找、更新、输入、输出、打印等．由于MapX 的支持，系统能够以JPG 、GIF 、BMP 、TIF4种图形格式进行输出和发表图纸。 设备综合分析建立了设备管理的评估指标体系，结合多级模糊综合评判给出了设备管理效绩评估的实现方法，为维护方案提供有益的参考．
道机电设备管理和维护系统的设计原则：
实用性与先进性；
本系统是针对隧道机电设备管理的专业性软件的特点，采用成熟的网络技术，GIS 技术和大型数据库技术．结合隧道机电系统的特点，在保证该系统可靠、实用、稳定的基础上尽量采用目前国内外的先进技术．
开放性与标准化：
系统的设计采用开放性的网络体系，以方便同隧道土建维护系统相连接，并制定统一的隧道机电维护标准、隧道机电维护规程和隧道机电维护制度，以实现机电维护系统的标准化．
可靠性与安全性：
系统建设尽量采用主流产品，以保证系统的高质量和稳定性，在设计上，强化权限管理，所有操作都有严格的口令验证机制，做到所有操作都有据可查，保证系统的安全性。
经济性与可扩充性。
采用国际、国内计算机软、硬件行业统一的标准来进行设计，采用标准的设计模式和统一的接口，使系统具有良好的扩充性，并预留与其他隧道信息管理系统的接口．充分利用隧道的通信网络和现有设备确保系统的经济性。
任何类型设备的管理都希望能实现两个目标．一是设备完好，并发挥最大效率，二是维护成本最小和设备损失最小，要在两者矛盾中寻求平衡和最佳．
隧道智能监控系统主要由如下图所示的几个子系统组成：
1、中央控制系统
中央控制系统设置于隧道控制中心工作站，工作站的控制室内设置了一套现场计算机系统，配合监控中心计算机软件，实现了该中央控制系统．中央控制系统是隧道智能监控系统的核心，它负责整个隧道运营管理系统各部分信息的采集，处理，控制模式的确定和控制指令的下达．集中协调控制隧道通风系统、隧道照明系统、隧道交通系统等子系统。确保隧道内的交通安全和畅通。中央控制系统采用局域网技术，把各个数据点通过局域网连成一体，达到数据共享，通过光缆，交换机将监控上位机系统、监控下位机系统连成一个以太网络系统。
2、隧道通风系统
该子系统主要负责通风控制与环境的检测。主要功能如下：
1．当隧道内发生火灾事故时，系统应具有排烟功能，控制烟雾和热量的扩 散，为逗留在隧道内的司乘人员、消防人员提供一定的新风量，以利用人员和车辆的安全疏散。
2．在任何交通状况下，保证隧道内车辆产生的尾气浓度都不超过人体所能 够承受的程度。系统能够根据具体情况，更改适宜的通风方式，当VI 、CO 值越限时，显示报警信号，并提供有关预案，超过时间限制(一般设为3分钟) 尚未人工千预，则自动执行预案等．
通风系统的主要机电设备：射流风机、轴流风机和隧道环境参数检测器等， 环境参数检测器包括CO 检测器、Ⅵ检测器和风速风向仪．交通流量，CO 、Ⅵ和风速风向的检测值作为通风方式改变的依据．
3、隧道照明系统
隧道照明系统的主要功能是：不问断地检测隧道IZI 处实际光线亮度值，并 把检测值传至监控计算机系统进行综合处理，产生控制方案，对变电所现场控制端下达控制命令，实现对照明的控制，可达到保障安全、节约-能源的目的．
照明系统主要机电设备：控制台、地图板、光强检测仪(亮度检测仪) 、照明灯具、变电所的综合控制柜等．
4、隧道交通系统
隧道交通系统将采集到的交通数据(车辆数、车辆速度、车辆占有率) 通过现场总线网络系统以及隧道现场控制网络预处理后，通过现场PLC 控制终端直接控制车辆检测器、车道指示器、三显示或四显示信号机、可变情报版、可变限速标志的显示．同时把采集的各种交通数据传至远程监控中心，综合处理各种信息，确保对进出隧道的车辆提供正确的引导，保障车辆正确和安全的通过隧道．
隧道交通系统的主要机电设备：外场的车道控制检测柜、车辆检测器、可 变情报板、可变限速标志、三显示或四显示信号灯、环形线圈、车道表示器等．
5、隧道火灾系统
隧道火灾系统周期采集并显示火灾检测数据和曲线，火灾报警时，可在控制台和地图板上实时显示并进行声光报警，自动通过视频计算机提供离事发点最近的摄像机编号，并将视频图像切换到大屏幕。火灾报警被确认后，操作员通过火灾报警处理预案或手动、联动通风控制系统、广播系统、交通控制系统等进行火灾事故处理。并将火灾地点、时刻、操作等有关信息记录入数据库。
隧道火灾系统的主要机电设备：集中火灾报警控制器、隧道内差温火灾探测器、手动报警按钮、设备室及变电站设备室的光电感烟探测器等．
6、其他子系统
隧道紧急电话系统主要负责显示摘机报警区段信号，并启动摄像机监控报警区段；隧道广播系统主要负责紧急情况时通过有限广播进行报警；CCTV(Closrxi CircuitTelevision) 系统主要负责监控摄像机通道故障及调用信息，并遥控录像机开启；隧道电力系统负责UPS 电源系统的控制，停电后启动备用电源和应急照明灯等．
隧道智能监控系统(cMcs)是基于分布式和现场总线技术的网络监控系统，负责对隧道内部进行实时监控，主要包括以下几个子系统；通风控制与环境检测系统，交通检测控制系统，火灾报警控制系统，照明控制系统，视频监控系统，有线广播与紧急电话系统．
隧道机电设备管理和维护系统(CDMS)基于GIs 技术和空间数据库技术，利用电子地图的形式形象化的表现各种机电设备的基本属性、空间分布规律、空间位置等信息，并且以接口的形式展现设备之间的连接关系，方便了对隧道内部设备及交通信息资料的存贮、更新、分析、查询等管理过程，实现了图文互查、综合分析，提高了设备空间分析的时间效率．
隧道通风控制子系统、隧道照明控制子系统、隧道交通控制子系统、隧道 电力子系统共享区域控制器，共用系统骨干网传输信息，在区域控制器及中心 控制器中共用系统平台，实现系统在低端的集成．隧道火灾子系统、隧道紧急 电话子系统、隧道广播子系统、CCTV(ClosedCircuit Television)子系统，在 监控中心通过系统主机连接中心局域网，在系统高端进行连接，通过Sc 舡IA 监控软件实现系统问的互联．
隧道照明系统
隧道照明系统的主要功能是：不问断地检测隧道IZI 处实际光线亮度值，并 把检测值传至监控计算机系统进行综合处理，产生控制方案，对变电所现场控 制端下达控制命令，实现对照明的控制，可达到保障安全、节约能源的目的． 照明系统主要机电设备：控制台、地图板、光强检测仪(光强检测仪) 、照明 灯具、变电所的综合控制柜等．
照明系统图层：照明控制柜、平导照明灯具、横通道照明灯具、加强照明 灯具，配电回路．
设备管理与维护功能描述：
系统设备管理与维护功能主要分为：维护业务、设备管理、系统管理、图纸管理、数据库管理。
维护业务
维护业务主要包括：维护管理、故障管理、报修管理、报废管理。 设备管理
设备管理主要包括：各品管理、配件管理、工具仪器、台帐管理、购置管理。 系统管理
系统管理主要包括：用户管理、日志管理、数据字典、附件管理。