国省道公路隧道管理系统的设计与实现

随着我国对地方国、省道各等级公路交通工程的不断改建，交通环境得到了大大改善。然而，公路隧道在国、省道各等级公路建设中的占有比重越来越大，隧道大都分布在群山群岭地带，分布地域广。公路隧道机电系统的设备配置也越来越齐全、越来越先进。在一个行政县、一个行政市内的国、省道各等级公路隧道都有十几座，甚至几十座。由于隧道分布地域广，将各隧道机电系统联网集中运行管理，需要铺设几十公里，甚至几百公里的光纤通信线路，且需要专业维护管理人员，造价高。因此，地方国省道的公路隧道机电系统大都是单个隧道独立运行。然而，公路隧道运行管理都是移交给当地公路管理局。地方公路管理局没有设置专业的机电运行管理的机构和专业人员，管理力量薄弱，运行管理手段简单、不科学，全靠管理人员平时开车巡逻查看。隧道机电设备运行状况，如照明灯具是否开启、通风风机是否正常运转等情况，不能及时反映给管理者。从而造成设备检修、维护滞后，影响隧道安全运行。如何对国省道公路隧道机电系统进行有效的管理，提高管理机构的效率，健全管理机制、提高管理技术水平、降低管理成本。设计一种基于国省道公路隧道远程监控管理系统显得尤为重要。系统能对所有公路隧道进行集中远程管理，及时反映隧道机电系统的运行状况，能及时提供设备维护保养的技术数据，可以降低管理人员的劳动强度，可以降低管理成本，保证隧道内行车、行人的安全。

1系统架构

公路隧道远程监控系统架构主要包括现场控制器、无线通信网络、远程监控管理终端三部分，图1为系统架构图，图2为系统功能结构图。现场控制部分，主要包括通风控制器、照明控制器、配电综合管理器、交通监控控制器四部分。风机现场控制器对隧道风机进行变频控制，采集风机运行状况数据、设备故障数据等信息。照明现场控制器对隧道的各照明回路进行关停、调光控制，采集洞外亮度数据、洞内照度数据、车辆通行等数据。配电综合控制器对隧道供配电系统进行控制，采集变压器、工作电流、工作电压、用电功率、用电量等数据。交通监控器对隧道内交通信号灯、车道指示器、可变信息标志等进行控制，并采集设备的工作状况数据。无线通信网络，现场控制器采用RS485总线与通信管理器进行通信。通信管理器接收到现场设备运行数据，然后将数据打成IP包，通过GPRS无线通信模块接入GPRS网络，再通过各种网关和路由将数据发送到远程监控管理终端进行数据处理。远程监控管理终端通过GPRS无线通信模块与现场通信管理器进行通信实现对各控制对象的远程控制与管理。远程监控管理终端采用B/S网络架构，设置数据服务器、Web服务器、通信服务器以及视频服务器。数据服务器存储系统的基本配置信息和隧道机电系统运行的历史记录信息，如亮度、工作电流、电压、用电功率、车流量、设备工作状态、设备故障信息等。同时，承担自现场控制器发送的控制对象实时状态信息的解析任务；Web服务器提供平台的浏览、数据显示及对对象监控操作；通信服务器通过GPRS和TCP/IP通信，连接远程服务器和现场控制器。视频服务器为用户提供视频调用和监控服务。在浏览器端，用户通过IE等浏览器即可进行实时数据监控。

2系统实现

2.1隧道通风控制

系统对隧道风机实现需风量变频节能控制，通过采集隧道内烟雾、有害气体浓度数据，如二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮等，通风控制器将数据与预先软件设定的规范值进行比较分析，做出风机启动控制指令，并传输至远程监控管理终端。本地通风控制器根据有害气体浓度数据，通过变频器控制风机的转速和风量，从而实现按需开启风机，并能及时排除隧道内的有害气体。这样可以实现隧道风机转速的动态变化，达到节能效果，其控制框图如图3所示。

2.2交通监控

国省道公路隧道交通监控设备主要包括车辆检测器、车道指示器、交通信号灯、可变信息标志等。根据隧道交通实际运行情况，通过车辆检测器采集隧道内车流量信息，计算隧道的车辆通行率，并判断隧道通行拥堵情况。从而通过交通监控控制器自动（或远程操作）对车道指示器、交通信号灯、可变信息标志等设备进行控制，起到交通疏通与诱导的作用。保证车辆安全通行。控制交通信号装置的状态,实现隧道内的安全、高效行车，其控制框图如图4所示。

2.3隧道照明控制

照明控制总的原则是：“安全行车，按需照明”。采用智能双控式照明节能控制，系统采集和分析洞外光照强度参数，设定隧道内照明亮度折减系数，调节隧道照明灯具的输出光通量；采集隧道内车辆通行参数，判断隧道内是否有车通行，调节照明灯具的输出光通量。无车时以低功率、低光通量维持隧道内行人通行的低照度要求的照明即可；有车时，根据采集到的洞外环境光强，实时匹配隧道内的照明亮度，调节照明灯具的光通量。其控制框图如图5所示，图6为照明控制软件流程。图6中，依据有车、无车，晴天、阴天，白天、夜间等具体情况，进行本地和远程监控，输出PWM脉宽调制信号，控制灯具输出功率和输出光通量。

2.4配电管理

系统在配电设备中增设一种电力综合控制仪表，将配电系统工作的电压、电流、功率、设备工作状态等数据采集，并通过本地配电综合控制器传输至远程监控管理终端。管理终端通过无线通信管理系统可以实时反映隧道配电系统的运行状态，可以远程操作控制配电设备。其控制框图如图7。

3总结

通过无线远程监控管理系统在丽水市国省道公路隧道公路中的应用，实现了隧道管理的信息化、集成化、智能化以及远程操控管理等。远程监控系统能及时发现隧道机电系统运行情况，能提高管理响应时间，能及时正确判断隧道内突发事件，能大大减少管理成本，提高公路隧道的管理技术水平。通过加强对大规模国省道公路隧道通风、照明节能和安全行车的集中管控，能大大节约隧道能耗和管养成本，提高隧道行车安全指数和隧道通行率。无线远程监控管理系统在国省道公路隧道应用后，在节能、降耗和提高管理技术水平、降低管理成本方面效果显著，如更广泛推广后将具有更大的经济和社会价值。

作者:陈志军 李承广 傅长荣 诸葛申 单位: 丽水市海威光控科技有限公司 丽水市公路管理局

参考文献:

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