清連高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)升級改造設計.doc

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清連高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)升級改造設計 作者：林志毅　李宏杰 來源：中國高新網(wǎng) 更新時間：2011年08月17日 　　廣東省清連一級公路道路路面破壞嚴重，路況越來越差，同時由于道路開口設置和混合交通以及交通安全設施的普遍不足，極大地影響了該段公路的行車安全、舒適和暢通，在使用功能與服務水平等方面已無法提供汽車專用公路應有的效能。根據(jù)交通調(diào)查及交通量預測結(jié)果，擬將該公路改造提升為高速公路。 　　清（遠）連（州）一級公路升級改造（高速）工程包含5座既有隧道和9座新建隧道，機電附屬工程將對這14座隧道整體設置與主體工程考慮相配套、相協(xié)調(diào)的隧道通風、照明、消防、監(jiān)控、供電等營運管理設施，使之滿足高速公路行車運營條件。其中對既有隧道的機電改造將涉及對既有設備的調(diào)查再利用及新技術新設備的使用，隧道監(jiān)控系統(tǒng)尤其如此。 一、既有隧道監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)查情況 　　既有隧道包括2座長隧道（石倉嶺隧道和焦沖隧道），1座中隧道（六甲洞隧道），2座短隧道（猴子逕隧道和逕口隧道），原監(jiān)控系統(tǒng)僅在長隧道外場設置了監(jiān)控設施，并設置有石倉嶺隧道管理所和焦沖隧道管理所，內(nèi)設監(jiān)控室，分別對兩個長隧道進行獨立監(jiān)控管理，短隧道無監(jiān)控設施。 　　監(jiān)控設備現(xiàn)狀如下： 　　中央控制系統(tǒng)：設置了緊急電話控制臺、廣播控制臺、CCTV主監(jiān)控臺、監(jiān)視器、服務器、工作站、模擬電子顯示屏等（監(jiān)視器已老化圖像模糊，其它設備運行正常但性能落后）。 交通控制與誘導系統(tǒng)：在隧道口和洞內(nèi)設置交通信號燈、車道指示器、車輛檢測器、火災疏散指示標志、限速牌、可變情報板等（設備維修困難或已損壞）。 　　閉路電視系統(tǒng)：隧道外設帶云臺攝像機，隧道內(nèi)每150m設1處定焦攝像機（老化現(xiàn)象嚴重，且部分光端機和箱體已損壞，部分傳輸光纖也已斷掉）。 　　火災報警系統(tǒng)：采用空氣管線型差溫火災探測器，手動報警按扭每50m設1處（故障率高）。 　　緊急電話系統(tǒng)：電纜型抗噪音電話，每150m設1處（容易損壞且線路已老化）。 　　有線廣播系統(tǒng)：洞外和洞內(nèi)均設置了揚聲器，洞內(nèi)設置間距500m左右（設備運行正常）。 　　從上述內(nèi)容可看出，長隧道原監(jiān)控系統(tǒng)配置較完整，基本符合《公路隧道交通工程設計規(guī)范》（JTG/T D71-2004），但隨著時間的推移和科學技術的發(fā)展，原隧道機電系統(tǒng)大部分設備　已經(jīng)陳舊損壞無法維修或技術落后不能滿足當前隧道運營管理的需求。因此，需對該工程所有隧道進行整體改造，結(jié)合實際情況重新設計施工。 　　自2000年以來，由于科學技術的快速發(fā)展，新技術、新產(chǎn)品層出不窮，特別是計算機技術、電子技術和通信技術的迅速發(fā)展，更加促進了隧道機電系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多適用于隧道的先進設備，這些設備專為隧道惡劣環(huán)境而設計，技術成熟，為本工程的改造施工奠定了基礎。 二、隧道監(jiān)控系統(tǒng)改造設計 　　全線可分為兩個隧道群，延用原隧道管理所。石倉嶺隧道管理所負責猴子徑隧道、橫山仔隧道和石倉嶺隧道的營運和管理工作，焦沖隧道管理所負責杜步嶺段5個短隧道、石潭段3個短隧道、逕口隧道及焦沖隧道、六甲洞隧道的營運和管理工作，各管理所負責轄區(qū)內(nèi)日常的交通數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控以及綜合信息處理，一旦發(fā)生特殊情況（如交通事故、火災等），能在第一時間組織現(xiàn)場救援。 　　兩個管理所的監(jiān)控信息最后通過高速公路通信系統(tǒng)上傳至陽山監(jiān)控中心，由陽山監(jiān)控中心進行全線交通協(xié)調(diào)，統(tǒng)一監(jiān)控全線運營情況。 　　為滿足長隧道升級改造為高速公路后隧道通風控制、照明控制、交通控制等運營管理需要，石倉嶺隧道、焦沖隧道和六甲洞隧道監(jiān)控系統(tǒng)須按A級標準設計，設置完善配套的隧道監(jiān)控設施；各短隧道也應能實現(xiàn)對照明和交通的控制。 　?。ㄒ唬┲醒肟刂葡到y(tǒng) 　　兩個隧道管理所設置相同規(guī)模的中央控制系統(tǒng)，由容錯服務器、各系統(tǒng)工作站及網(wǎng)絡交換機、各系統(tǒng)軟件等組成。各工作站通過服務器交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源共享。 現(xiàn)場控制系統(tǒng)由各隧道內(nèi)的可編程控制器PLC、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、通信線纜等主要設備材料構成。各PLC設置于各隧道設備密集的地方，以光纖冗余環(huán)網(wǎng)方式相連接，傳輸各類檢測信息、控制信號和指令。一旦中央控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，各隧道現(xiàn)場控制系統(tǒng)也可完成對隧道設施的基本控制功能。監(jiān)控室內(nèi)設備全部采用新設備。 　?。ǘ┩L照明控制系統(tǒng) 　　通風照明控制系統(tǒng)由管理所通風照明監(jiān)控工作站、各隧道相應PLC、CO/VI檢測器、風速風向檢測器、亮度檢測器、控制單元和隧道內(nèi)通風機、照明燈具組成。由工作站對隧道環(huán)境檢測信號和交通狀態(tài)、火災報警狀態(tài)的數(shù)據(jù)運算處理后，通過交流接觸器來控制設備配電回路的通與斷，從而控制風機的運行臺數(shù)、風速風向、運行時間和照明燈具的開啟回路數(shù)。應能實現(xiàn)遠程自動控制和現(xiàn)場手動控制兩種控制方式。 　　因機電附屬工程同時對通風系統(tǒng)進行了改造，射流風機配電有兩種情況：一組（兩臺）風機共用一根干線配電電纜和每臺風機擁有獨立配電回路，因而對風機的控制也需分兩種情況。 　?。ㄈ┬盘柨刂葡到y(tǒng) 　　交通信號控制系統(tǒng)由交通監(jiān)控工作站、現(xiàn)場PLC、各種檢測報警設備及交通誘導設備組成。發(fā)生事故的情況下，為了準確及時地實施疏散，交通信號控制可依據(jù)洞內(nèi)報警信號實施自動控制，另外還可手動操作控制。 　　在各長隧道進出口設置了交通信號燈，可變情報板，可變現(xiàn)速標志板，在洞口和洞內(nèi)橫洞處設置了兩車道車道指示器，各短隧道也根據(jù)需要在洞口設置了兩車道車道指示器，以控制進入隧道車輛和車速。洞內(nèi)同時設置了多種電光指示標志。 　　（四）閉路電視系統(tǒng) 　　石倉嶺隧道、焦沖隧道、六甲洞隧道設置了閉路電視系統(tǒng)；在短隧道適當位置也設置了攝像機，以監(jiān)視箱式變電站和隧道情況。隧道閉路電視信號均通過光纜傳輸至隧道管理所，在各管理所集中監(jiān)視視頻信息。 　　閉路電視系統(tǒng)可分為三部分，即監(jiān)控室CCTV控制系統(tǒng)，外場攝像機、視頻及控制信號傳輸設備（各部分設備均采用新設備）。CCTV控制系統(tǒng)包括視頻矩陣切換控制器、智能控制鍵盤、硬盤錄像機等。為減少主體施工的工作量，石倉嶺隧道、焦沖隧道盡量利用原來的布設設置，基本按照間隔150m左右設置一臺定焦距固定攝像機，在各隧道進出口設置一體化球形攝像機。 　?。ㄎ澹┗馂膱缶到y(tǒng) 　　因原空氣管線型差溫火災探測器故障率高，難以維修，火災報警系統(tǒng)改用技術成熟的分布式光纖溫度探測系統(tǒng)，由各隧道管理所監(jiān)控室消防報警監(jiān)控工作站，隧道現(xiàn)場火災報警控制器、DTS光纖檢測主機及隧道內(nèi)感溫光纜及信號線纜構成。 　　感溫光纜在隧道內(nèi)通長布設，將隧道劃分為150m一個報警區(qū)段，一個區(qū)段接一個光纖反饋信號模塊。手動報警按鈕按照50m間距布設。在接收到火災信息后，可聯(lián)動火災發(fā)生區(qū)段的攝像機進一步確認災情并自動錄像，同時在操作工作站上顯示發(fā)生火災的區(qū)段，并通過音響裝置告知值班人員，采取相應的對策。另外中央控制系統(tǒng)可根據(jù)該火災信號快速啟動消防水泵，自動改變交通誘導信號，引導車輛安全疏散。報警信號消除則由操作臺手動控制。 　?。┚o急電話和廣播系統(tǒng) 　　緊急電話和廣播系統(tǒng)改為采用光纖型一體化系統(tǒng)，由管理所控制臺設備、現(xiàn)場分機和傳輸設備　三部分組成。管理所控制臺設備主要包括緊急電話監(jiān)控工作站、緊急電話廣播一體化主機，值班電話、麥克風等。石倉嶺隧道管理所和焦沖隧道管理所各設置一套緊急電話廣播系統(tǒng)，石倉嶺隧道管理所負責石倉嶺隧道的緊急電話廣播業(yè)務，焦沖隧道管理所負責焦沖隧道和六甲洞隧道的緊急電話廣播業(yè)務。 　　隧道內(nèi)緊急電話分機選用光纖型緊急電話，按間距150m布設，傳輸介質(zhì)采用光纖；隧道廣播選用號筒揚聲器，采用近端放大方式，廣播控制箱（內(nèi)置廣播功放和控制模塊）設置在緊急電話洞室內(nèi)，緊急電話分機能輸出隧道廣播控制信號，外接廣播功放能直接驅(qū)動揚聲器，緊急電話也從廣播功放引電。 　?。ㄆ撸┕┡潆娤到y(tǒng) 　　原隧道高壓供電采用傳統(tǒng)的直流屏接觸器遠程控制，繼電器保護裝置，可靠性低、維護困難。低壓配電采用PLC實現(xiàn)計算機遠程控制，但只能控制開關，對用電的參數(shù)，質(zhì)量沒有任何監(jiān)控，必須安排人員現(xiàn)場值班巡查。 　　系統(tǒng)改造后隧道機房擬采用無人值守，因此采用智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)進行供配電系統(tǒng)的改造。根據(jù)隧道管理模式的需求，在石倉嶺和焦沖隧道管理所分別設置一套智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)結(jié)構基本一致，采用設備分散設置、高速光纖通訊，主控室控制、管理和調(diào)度的模式。各變電所和箱式變電站均設智能通信管理機一套，現(xiàn)場的保護和監(jiān)控裝置與智能通信管理機之間采用屏蔽雙絞線連接，并通過RS485口通訊；智能通信管理機與隧道管理所電力監(jiān)控計算機通過光纖通信網(wǎng)絡通訊。系統(tǒng)同時監(jiān)控高壓（10kV）和低壓（0.4kV），系統(tǒng)通過網(wǎng)絡既可遠程監(jiān)控也可本地監(jiān)控。 三、結(jié)語 　　本次隧道監(jiān)控系統(tǒng)的改造充分利用了現(xiàn)有的先進設備，使系統(tǒng)的先進性和可靠性有了很大的提高，同時考慮到升級改造的特點和響應國家節(jié)能環(huán)保的號召，通過在機電系統(tǒng)的改造中對系統(tǒng)可靠性影響不大的設備（如舊燈具）進行維修利用、在逕口隧道中使用節(jié)能效果出色的無極燈等方式，使本次機電改造在保證系統(tǒng)先進性的同時也獲得了較好的經(jīng)濟效益。