國省道公路隧道管理系統的設計與實現

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隨著我國對地方國、省道各等級公路交通工程的不斷改建，交通環境得到了大大改善。然而，公路隧道在國、省道各等級公路建設中的占有比重越來越大，隧道大都分布在群山群嶺地帶，分布地域廣。公路隧道機電系統的設備配置也越來越齊全、越來越先進。在一個行政縣、一個行政市內的國、省道各等級公路隧道都有十幾座，甚至幾十座。由于隧道分布地域廣，將各隧道機電系統聯網集中運行管理，需要鋪設幾十公里，甚至幾百公里的光纖通信線路，且需要專業維護管理人員，造價高。因此，地方國省道的公路隧道機電系統大都是單個隧道獨立運行。然而，公路隧道運行管理都是移交給當地公路管理局。地方公路管理局沒有設置專業的機電運行管理的機構和專業人員，管理力量薄弱，運行管理手段簡單、不科學，全靠管理人員平時開車巡邏查看。隧道機電設備運行狀況，如照明燈具是否開啟、通風風機是否正常運轉等情況，不能及時反映給管理者。從而造成設備檢修、維護滯后，影響隧道安全運行。如何對國省道公路隧道機電系統進行有效的管理，提高管理機構的效率，健全管理機制、提高管理技術水平、降低管理成本。設計一種基于國省道公路隧道遠程監控管理系統顯得尤為重要。系統能對所有公路隧道進行集中遠程管理，及時反映隧道機電系統的運行狀況，能及時提供設備維護保養的技術數據，可以降低管理人員的勞動強度，可以降低管理成本，保證隧道內行車、行人的安全。

1系統架構

公路隧道遠程監控系統架構主要包括現場控制器、無線通信網絡、遠程監控管理終端三部分，圖1為系統架構圖，圖2為系統功能結構圖?，F場控制部分，主要包括通風控制器、照明控制器、配電綜合管理器、交通監控控制器四部分。風機現場控制器對隧道風機進行變頻控制，采集風機運行狀況數據、設備故障數據等信息。照明現場控制器對隧道的各照明回路進行關停、調光控制，采集洞外亮度數據、洞內照度數據、車輛通行等數據。配電綜合控制器對隧道供配電系統進行控制，采集變壓器、工作電流、工作電壓、用電功率、用電量等數據。交通監控器對隧道內交通信號燈、車道指示器、可變信息標志等進行控制，并采集設備的工作狀況數據。無線通信網絡，現場控制器采用RS485總線與通信管理器進行通信。通信管理器接收到現場設備運行數據，然后將數據打成IP包，通過GPRS無線通信模塊接入GPRS網絡，再通過各種網關和路由將數據發送到遠程監控管理終端進行數據處理。遠程監控管理終端通過GPRS無線通信模塊與現場通信管理器進行通信實現對各控制對象的遠程控制與管理。遠程監控管理終端采用B/S網絡架構，設置數據服務器、Web服務器、通信服務器以及視頻服務器。數據服務器存儲系統的基本配置信息和隧道機電系統運行的歷史記錄信息，如亮度、工作電流、電壓、用電功率、車流量、設備工作狀態、設備故障信息等。同時，承擔自現場控制器發送的控制對象實時狀態信息的解析任務；Web服務器提供平臺的瀏覽、數據顯示及對對象監控操作；通信服務器通過GPRS和TCP/IP通信，連接遠程服務器和現場控制器。視頻服務器為用戶提供視頻調用和監控服務。在瀏覽器端，用戶通過IE等瀏覽器即可進行實時數據監控。

2系統實現

2.1隧道通風控制

系統對隧道風機實現需風量變頻節能控制，通過采集隧道內煙霧、有害氣體濃度數據，如二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮等，通風控制器將數據與預先軟件設定的規范值進行比較分析，做出風機啟動控制指令，并傳輸至遠程監控管理終端。本地通風控制器根據有害氣體濃度數據，通過變頻器控制風機的轉速和風量，從而實現按需開啟風機，并能及時排除隧道內的有害氣體。這樣可以實現隧道風機轉速的動態變化，達到節能效果，其控制框圖如圖3所示。

2.2交通監控

國省道公路隧道交通監控設備主要包括車輛檢測器、車道指示器、交通信號燈、可變信息標志等。根據隧道交通實際運行情況，通過車輛檢測器采集隧道內車流量信息，計算隧道的車輛通行率，并判斷隧道通行擁堵情況。從而通過交通監控控制器自動（或遠程操作）對車道指示器、交通信號燈、可變信息標志等設備進行控制，起到交通疏通與誘導的作用。保證車輛安全通行?？刂平煌ㄐ盘栄b置的狀態,實現隧道內的安全、高效行車，其控制框圖如圖4所示。

2.3隧道照明控制

照明控制總的原則是：“安全行車，按需照明”。采用智能雙控式照明節能控制，系統采集和分析洞外光照強度參數，設定隧道內照明亮度折減系數，調節隧道照明燈具的輸出光通量；采集隧道內車輛通行參數，判斷隧道內是否有車通行，調節照明燈具的輸出光通量。無車時以低功率、低光通量維持隧道內行人通行的低照度要求的照明即可；有車時，根據采集到的洞外環境光強，實時匹配隧道內的照明亮度，調節照明燈具的光通量。其控制框圖如圖5所示，圖6為照明控制軟件流程。圖6中，依據有車、無車，晴天、陰天，白天、夜間等具體情況，進行本地和遠程監控，輸出PWM脈寬調制信號，控制燈具輸出功率和輸出光通量。

2.4配電管理

系統在配電設備中增設一種電力綜合控制儀表，將配電系統工作的電壓、電流、功率、設備工作狀態等數據采集，并通過本地配電綜合控制器傳輸至遠程監控管理終端。管理終端通過無線通信管理系統可以實時反映隧道配電系統的運行狀態，可以遠程操作控制配電設備。其控制框圖如圖7。

3總結

通過無線遠程監控管理系統在麗水市國省道公路隧道公路中的應用，實現了隧道管理的信息化、集成化、智能化以及遠程操控管理等。遠程監控系統能及時發現隧道機電系統運行情況，能提高管理響應時間，能及時正確判斷隧道內突發事件，能大大減少管理成本，提高公路隧道的管理技術水平。通過加強對大規模國省道公路隧道通風、照明節能和安全行車的集中管控，能大大節約隧道能耗和管養成本，提高隧道行車安全指數和隧道通行率。無線遠程監控管理系統在國省道公路隧道應用后，在節能、降耗和提高管理技術水平、降低管理成本方面效果顯著，如更廣泛推廣后將具有更大的經濟和社會價值。

作者:陳志軍 李承廣 傅長榮 諸葛申 單位: 麗水市海威光控科技有限公司 麗水市公路管理局

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