一、引言
公路隧道不同于鐵路隧道，需要安全的交通誘導、人性化的照明、通風設施，更需要一整套合理、周密的緊急事件救助方案。隨著我國經濟的持續快速發展，近年來交通運輸量更是迅猛增加，行經隧道的車輛如果較為密集或者行駛緩慢時，會造成污染物(如CO)的增加，能見度的下降。公路隧道在整個路段屬于特殊構造段，因為隧道空間小，密閉性強，一旦發生火災、事故、交通擁堵，隧道內的環境會發生急劇惡化，直接影響到司乘人員的健康和生命安全，因此，對隧道監控系統提出了更高的要求。
二、背景
廣西桂林至梧州公路馬江至梧州段是國家規劃西部開發阿榮旗至北海公路中南寧—梧州—桂林支線的重要組成路段，是廣西公路網主骨架的重要組成部分。全線設有武嶺互通、倒水互通、梧州互通、蒼梧互通以及平浪等5處互通立交，設有茶子腳隧道、朝塘隧道、河尾沖隧道、方埇隧道、葉板埇隧道、大柚埇隧道以及飛田等7處隧道。
本路開通5年后茶子腳隧道監控等級為A級、朝塘監控等級為C級，其余隧道均為B級。按照隧道劃分標準，其中茶子腳隧道為特長隧道，朝塘隧道為短隧道，其他隧道為中隧道。方埇隧道、葉板埇隧道、大柚隧道構成隧道群。
隧道監控系統采用易控(INSPEC)2009上位組態軟件開發，分為《馬梧隧道茶子腳監控系統》和《馬梧隧道蘇屋監控系統》兩套上位集成監控系統，分別對馬梧隧道中的茶子腳隧道以及蘇屋隧道進行上位集成監控。
該項目上位監控系統由北京九思易自動化軟件有限公司設計開發。
三、監控系統簡介
廣西馬梧隧道監控系統采用分層多級控制，控制界別包括局監控總中心-平浪監控分中心-隧道管理所-本地控制器。其中局監控總中心不在本次設計范圍內。系統架構圖如下：
現場采集數據經外場設備采集至本地控制器，然后經由工業以太網傳送至隧道管理所，再由隧道管理所經以太網傳送至平浪監控分中心，最終傳送至局監控總中心。在隧道入口變電所、隧道管理所和平浪監控分中心分別具有對其所管轄范圍內設備的本地監測和控制功能。
隧道監控系統由九個子系統構成：交通監控子系統、閉路電視監視子系統、火災自動報警子系統、隧道通風控制子系統、隧道照明控制子系統、電力監控子系統、緊急電話子系統、指令電話子系統、有線廣播子系統。其中交通監控、閉路電視監視、火災自動報警、緊急電話、指令電話、有線廣播子系統為獨立的子系統，通風控制、電力監控、隧道照明控制在邏輯上相對獨立，在系統構成上則合成一體。九個子系統之間既避免由于某個子系統出故障而影響其它子系統的運行，又可保證整個系統的聯動運行；當隧道監控室設備出現故障時，通過本地控制器可完成現場控制，每座隧道的所有本地控制器相連，其中有一個本地主控制器，可控制整個隧道的正常運行。
1.系統總體框架
本監控系統采用C/S網絡架構模型，由數據服務器、客戶端工作站構成,通過光纖環網進行數據交互。服務器工程實時采集隧道外場所有設備數據信息，自行進行數據分析和存儲，并為客戶端工程提供所有實時數據和歷史數據；客戶端工程提供人機交互界面，操作員通過客戶端工程向服務器工程發送請求監視和控制隧道內的所有設備。
監控系統總體框架示意圖如下：
系統中，包含數據服務器、視頻服務器、工作站以及其他各獨立子系統(消防子系統、電話子系統、CCTV子系統、網絡子系統、電力子系統等)，實現對隧道內所有外場設備的實時數據采集和命令下發。
2.系統運行模型
本系統具體運行模型如下圖：
3.各集成監控子系統
1>交通子系統
交通監控子系統主要由交通檢測與交通信號控制兩部分組成。
在茶子腳隧道、方埇隧道-葉板埇隧道-大柚埇隧道群、飛田隧道出入口設置車輛檢測器，主要用于交通流量、平均車速、占有率等交通參數的檢測，并判斷隧道內的堵塞情況，也是通風和隧道照明控制子系統的基本數據。檢測參數包括交通流量、平均車速、占有率、車頭時距。
交通信號控制主要是用于協助疏導交通、給司機提供信息，以保證道路安全暢通，提高路網整體通行能力,通過在接線道路區、引道區、隧道及其出入口區的信號指示，達到分流、啟閉車道、脅迫車輛改道等作用。
本系統由交通監控計算機、隧道工業以太網交換機、隧道本地控制器、外場設備以及傳輸通道等組成。本地控制器系統通過檢測交通及隧道環境參數收集、存儲和管理外場設備數據，監視外場設備工作狀態，報告給監控室，并且接受監控室命令對外場設備進行控制；另外它還具有本地自動控制的功能，在維修或測試等需要時可由隧道內的本地主控制器作為中心進行控制。
交通信息除傳送至隧道管理所外，還將通過網絡傳送至平浪監控分中心，并接受來自監控中心的控制指令。
交通子系統可實時監控交通信號燈、車道指示器、車輛檢測器、可變情報板等外場設備。可監視或控制交通信號燈紅燈、黃燈、綠燈、轉向燈四種狀態；車道指示器正面綠箭反面綠箭、正面綠箭反面紅叉、正面紅叉反面綠箭、正面紅叉反面紅叉四種狀態(根據現場車道設計，系統中已禁止使用正面綠箭反面綠箭此狀態，禁止出現雙面通行的交通誤導)；可實時獲取任意車輛檢測器的各項交通數據(車流量、平均車速、占有率等等)，同時可自行根據各項數據計算出此路段的交通擁堵情況，并在監控畫面中以紅(擁堵)、黃(緩慢)、無色(正常)三種狀態反饋給監控人員；可實時動畫模擬現場所有情報板所發布的文字、圖片等信息，同時可下發指令給情報板控制器，下發任意文字、圖片信息進行交通信息誘導。
交通子系統亦結合預案系統，當隧道出現任意事故時，調動各外場設備進行聯動控制，保障隧道交通正常運行。
2>消防子系統
茶子腳隧道、河尾沖隧道、方埇隧道-葉板埇隧道-大柚埇隧道群、飛田隧道洞內均設置手動報警按鈕。手動報警按鈕設在消防洞附近的預留洞室內，約每50米一個，通過總線與火災報警控制器連接。在緊急情況下人工按動報警按鈕，即可將信號傳到隧道管理所，再配合閉路電視監視子系統確認事件性質。
消防子系統為獨立子系統。本次設計采用光纖光柵感溫探測系統，光纖光柵傳感是通過對光纖內部寫入的光柵反射或者折射光譜的檢測實現對火災的檢測。本子系統由隧道管理所火災報警工作站、隧道火災報警控制器、隧道內手動報警按鈕、光纖光柵火災探測器、光纖光柵感溫火災探測信號處理器以及傳輸通道等組成，可及時、準確的反映出隧道內火災發生的地點。
消防子系統，在隧道出現火災事故時，及時結合預案管理系統，由管理所監控人員人工執行火災預案，控制隧道內的射流風機的啟停、各卷簾門相應的開啟或關閉，同時，結合現場情況，及時關閉事故路段入口的交通信號燈，相應的更改本路段上的所有車道指示器，結合可變情報板，誘導隧道內事故路段或其他路段的所有車輛安全駛離事發路段，保證現場所有車輛的行車安全。本子系統同時控制照明系統，將隧道內所有照明設備開啟到最大范圍和強度的照明，并控制CCTV系統捕獲火災事發地三路視頻信號以及本隧道入口處的一路視頻信號自動切換至監控主機中，供管理所內監控人員及時處理現場事故。
