摘 要：近年來，我國交通道路在迅猛發(fā)展中，其重要的組成部分隧道數(shù)量也在不斷上升。由于我國地理環(huán)境比較復(fù)雜，隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)在公路的運(yùn)營和管理以及緊急預(yù)案處理中發(fā)揮著極其重要的作用。因此，隧道監(jiān)控系統(tǒng)成為工程單位和公路營運(yùn)管理單位共同關(guān)心的問題，建設(shè)穩(wěn)定、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)以及擴(kuò)展性強(qiáng)的監(jiān)控系統(tǒng)成為當(dāng)前道路監(jiān)控的首要目標(biāo)。隨著電子技術(shù)、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，公路交通逐漸走向信息化和智能化的程度。監(jiān)控系統(tǒng)除現(xiàn)場較為成熟的硬件及通信體系外，具有可仿真、易拓展、易維護(hù)及支持多重冗余體系的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)平臺成為隧道監(jiān)控系統(tǒng)的主要軟件平臺，與硬件通信系統(tǒng)接口的整合后共同推動著隧道監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度的發(fā)展。


一、系統(tǒng)組成
　　隧道按長度分為短、中、長隧道，一般中長隧道（>250m及>1km）需要考慮的監(jiān)控設(shè)施會較多，集中監(jiān)控點(diǎn)也較多。中長隧道按國家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求必須要配套監(jiān)控系統(tǒng)以保證隧道內(nèi)行車的安全和通暢。
　　隧道的子系統(tǒng)主要包括：照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、CCTV電視監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、LED顯示系統(tǒng)等。主要涉及到的控制與檢測硬件有PLC控制器（監(jiān)控通風(fēng)、照明、消防水泵、車道/交通指示燈等）、車輛檢測器、亮度/照度檢測儀、風(fēng)速/風(fēng)向檢測儀、一氧化碳/能見度檢測儀、火災(zāi)報警主機(jī)、LED顯示屏、緊急電話、CCTV系統(tǒng)。


　　從計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集方式上主要分為:PLC實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)、CCTV電視監(jiān)控系統(tǒng)、緊急電話/消防報警/廣播系統(tǒng)、LED顯示屏系統(tǒng)及緊急預(yù)案系統(tǒng)，做為計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件平臺是可以將五個子系統(tǒng)都集成在一個平臺上的，但就目前的實(shí)際情況來看，上位軟件與PLC實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的接口最為成熟，其它子系統(tǒng)的通訊接口方式都有其獨(dú)立性的特點(diǎn)，需要進(jìn)行一些定制的接口開發(fā),實(shí)際的數(shù)據(jù)交換是必然的，這樣對組態(tài)軟件平臺就要有良好的開放性、兼容器及可擴(kuò)展性要求。


二、解決方案
　　目前的隧道監(jiān)控系統(tǒng)最重要的指標(biāo)是必須支持良好的C/S架構(gòu)、支持ODBC快速接口、支持OLE接口訪問、SDK開發(fā)包及WEB發(fā)布，力控ForceControl6組態(tài)軟件平臺是完全滿足以上幾項(xiàng)指標(biāo)的，上述指標(biāo)在隧道行業(yè)的功能特點(diǎn)十分明顯，也是解決數(shù)據(jù)通訊及采集的最有效方式。
　　1、所有PLC設(shè)備的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)可以單獨(dú)與上位機(jī)通訊，當(dāng)然也可由主PLC集合所有從PLC的數(shù)據(jù)單獨(dú)與上位機(jī)通訊，上位機(jī)通訊采用單獨(dú)的服務(wù)器與PLC設(shè)備通訊，首先體現(xiàn)的是組態(tài)軟件的特點(diǎn)，建立IO設(shè)備組態(tài)和變量標(biāo)簽，將實(shí)際的IO設(shè)備通道值與變量標(biāo)簽對應(yīng)，這樣現(xiàn)場真實(shí)的數(shù)據(jù)就采集至監(jiān)控中心，然后組態(tài)軟件在服務(wù)器端下一步要做的步驟不是建立組態(tài)工藝畫面，而是進(jìn)行數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享，進(jìn)入運(yùn)行系統(tǒng)后以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器并占用內(nèi)存/CPU使用率最小的方式在后臺運(yùn)行，實(shí)時刷新與存儲需要的歷史數(shù)據(jù)，所有的畫面都不需要打開,依然保持服務(wù)器系統(tǒng)的運(yùn)行。數(shù)據(jù)流是通過局域（廣域）網(wǎng)與客戶端同步方式將數(shù)據(jù)體現(xiàn)于操作員站仿真的工藝畫面中，這樣不同的操作員站可定制不同的工藝畫面，在客戶端有圖形化的自主開發(fā)性能，這樣的C/S架構(gòu)既保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性也減少了交叉控制的沖突率。
　　2、ForceControl6的ODBCROUTER組件適合于交通緊急預(yù)案分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合,將實(shí)時或歷史數(shù)據(jù)以時間間隔方式或以變化率方式存儲至預(yù)案系統(tǒng)所需要的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中,主要以模擬量值與故障報警值為主,向?qū)Х绞皆O(shè)置的過程省去了很多SQL腳本語句的編寫,簡單、方便、快捷的為緊急預(yù)案分析系統(tǒng)提供了原始數(shù)據(jù)。
　　3、OLE接口（DBCOM）訪問適合于目前絕大多數(shù)的高級編程環(huán)境（DELPHI、VB、VC++、.net等）中，直接加載已注冊至系統(tǒng)中的DBCOMOCX控件就能訪問到本地或遠(yuǎn)程的力控實(shí)時數(shù)據(jù)庫（DB）中的數(shù)據(jù)，在預(yù)案分析系統(tǒng)中絕大多數(shù)開關(guān)量數(shù)據(jù)是不需要存儲的，因此直接訪問DB變量的方式來監(jiān)控，效率極高,減少了總是用ODBC來做數(shù)據(jù)通道的繁瑣性，以“ODBC+OLE接口”兩者相結(jié)合的方式優(yōu)化了監(jiān)控系統(tǒng)與緊急預(yù)案分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合。
　　4、具有自身的軟件及通訊協(xié)議的LED顯示系統(tǒng)、車檢系統(tǒng)、緊急電話、消防、CCTV系統(tǒng)，目前所有組態(tài)軟件在交通隧道行業(yè)所包函的此類硬件驅(qū)動都是屈指可數(shù)的，相當(dāng)少，在針對整個監(jiān)控系統(tǒng)集成方案具體實(shí)施時就必須考慮以上幾個子系統(tǒng)的驅(qū)動接口開發(fā)問題，力控SDK包制定了驅(qū)動接口開發(fā)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可由高級語言（VB/VC++）開發(fā)人員定制開發(fā)也可由力控驅(qū)動部定制開發(fā)，硬件接口驅(qū)動解析較為靈活。目前由力控在樓宇項(xiàng)目中的大量應(yīng)用所積累的經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)的CCTV、消防及緊急電話系統(tǒng)已有部分驅(qū)動接口，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際硬件選型情況是否定制開發(fā)，針對車檢數(shù)據(jù)及LED顯示系統(tǒng)是否集成于實(shí)時監(jiān)控平臺中來定制通訊協(xié)議接口的開發(fā)。
　　5、監(jiān)控系統(tǒng)WEB發(fā)布目前在隧道監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用較少，但信息化手段解決交通道路的管理問題終究是交通領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢，軟件的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)必須要先行。
三、網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)
　　1、原交通隧道監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)如下:


　　由上圖可看出初期交通隧道的設(shè)計(jì)都偏重于現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)混合的復(fù)雜通訊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一方面程序設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)場有較大的軟硬件調(diào)試工作量，一方面也增加了整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集難度。在中控室中并未設(shè)計(jì)到其它子系統(tǒng)與實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)之間的整合問題，相互之間都是獨(dú)立的。將車檢器與LED大屏都考慮至現(xiàn)場以PLC的通訊來解決數(shù)據(jù)采集與控制問題，實(shí)際所得到的驗(yàn)證是不可靠、不靈活的，車檢數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)發(fā)與存儲利用PLC的通訊方式很難取到較為準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及LED大屏顯示常常要以ASCII碼的方式寫一些天氣或致詞方面的漢字，由目前的常用的PLC是不能實(shí)現(xiàn)的，只能以調(diào)用已經(jīng)建立好的文字列表，以通訊協(xié)議方式來切換內(nèi)容的列表號，而不能靈活的進(jìn)行漢字的輸入。
　　2、初始硬件通訊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了上位軟件所發(fā)揮的作用較為有限，隨著實(shí)際工程的驗(yàn)證后，目前的通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了較大提升。


　　由上圖可看出硬件通訊結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)集成方案都是全以太網(wǎng)的通訊結(jié)構(gòu)，由上位軟件通過定制的驅(qū)動接口程序直接對車檢器及LED進(jìn)行訪問，PLC硬件的邏輯編寫與調(diào)試也全都在中控室直接下載或上傳，CCTV由矩陣的通訊接口與上位軟件通訊，緊急電話與消防系統(tǒng)可用API、ODBC等數(shù)據(jù)訪問方式獲取數(shù)據(jù)，這樣由客戶端操控的就是所有的隧道監(jiān)控子系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的整合較為完美。
四、管理及維護(hù)
　　1、硬件通訊管理及維護(hù)，就目前的通訊結(jié)構(gòu)來說，所有的硬件或子系統(tǒng)都在一個網(wǎng)段內(nèi)，判斷硬件的通訊是否正常只需要由程序開發(fā)人員對其狀態(tài)動作進(jìn)行組態(tài)即可，由圖形化仿真的形式讓運(yùn)行人員知道硬件設(shè)備的通訊情況，并實(shí)施相應(yīng)的處理方案。
　　2、圖形化界面的維護(hù)，所有交通領(lǐng)域中的圖元都有重復(fù)使用的必然性，因此將某一類做好的圖元轉(zhuǎn)換為圖庫的處理，以便經(jīng)常調(diào)用，在一些關(guān)鍵的控制動作上加安全區(qū)或設(shè)置一定的權(quán)限，由于緊急事件發(fā)生時的預(yù)案系統(tǒng)處理具有著較高的優(yōu)先級，為了避免現(xiàn)場的虛假現(xiàn)象導(dǎo)致大型設(shè)備的自動開啟還需要有人為確認(rèn)的預(yù)警提示信息才可執(zhí)行。
　　3、客戶端是可以進(jìn)行復(fù)制的，但需要將開發(fā)環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的本地IP更改掉才可訪問到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，同時也要注意網(wǎng)絡(luò)服務(wù)端是否有足夠的對遠(yuǎn)程客戶端訪問所限制的數(shù)量。
　　4、ODBC接口主要運(yùn)用于網(wǎng)絡(luò)中用來將實(shí)時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，由預(yù)案系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過DBCOM訪問實(shí)時數(shù)據(jù)庫開關(guān)量點(diǎn)的方式執(zhí)行相在的預(yù)案，如無緊急事件發(fā)生時，預(yù)案系統(tǒng)一直處于待機(jī)狀態(tài)，需要將客戶端與此系統(tǒng)的優(yōu)先級進(jìn)行劃分。
　　5、 由于分段的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)都較多，普遍都能達(dá)到4K點(diǎn)以上，對服務(wù)器的數(shù)據(jù)吞吐量及系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著極大的考驗(yàn)，對系統(tǒng)的優(yōu)化必不可少，介于網(wǎng)絡(luò)的通訊，一些防火墻類程序不太適合運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)中，盡量減少計(jì)算機(jī)的進(jìn)程數(shù)，必須有防毒軟件避免病毒的侵入。
　　6、與PLC系統(tǒng)的通訊，盡量減少IO設(shè)備列表的數(shù)量，即PLC的數(shù)據(jù)通訊的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)非常重要，由上位軟件通過以太網(wǎng)點(diǎn)對點(diǎn)方式去訪問所有PLC的數(shù)據(jù)是不合適的，由于PLC數(shù)量龐大，甚至可達(dá)上百臺的級別，如果建立上百個連接是必會讓系統(tǒng)中增加上百個進(jìn)程，這對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是有風(fēng)險的,目前的方案全都是PLC系統(tǒng)以分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，最終定義的所有的主PLC與上位軟件進(jìn)行通訊，有效減少了IO設(shè)備列表數(shù)量，得到的是高效穩(wěn)定的系統(tǒng)。
結(jié)束語：
　　交通隧道監(jiān)控系統(tǒng)引入組態(tài)軟件已經(jīng)是以后交通隧道管理的必然趨勢，目前大部分隧道系統(tǒng)都利用組態(tài)軟件預(yù)留了數(shù)據(jù)接口供管理層對未來實(shí)施信息化的全方位管理奠定基礎(chǔ)，以力控組態(tài)軟件為核心的信息化平臺也將發(fā)揮其重要的作用。