清連高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)升級改造設計.doc

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 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。根據交通調查及交通量預測結果，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）?；馂膱缶到y(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)：洞外和洞內均設置了揚聲器，洞內設置間距500m左右（設備運行正常）。從上述內容可看出，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)內日常的交通數(shù)據采集、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，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。（一）中央控制系統(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，實現(xiàn)資源共享。現(xiàn)場控制系統(tǒng)由各隧道內的可編程控制器PLC、工業(yè)以太網交換機、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)控室內設備全部采用新設備。（二）通風照明控制系統(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。（三）信號控制系統(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洞內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，在洞口和洞內橫洞處設置了兩車道車道指示器，各短隧道也根據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。（五）火災報警系統(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感溫光纜及信號線纜構成。感溫光纜在隧道內通長布設，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。（六）緊急電話和廣播系統(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（內置廣播功放和控制模塊）設置在緊急電話洞室內，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動揚聲器，緊急電話也從廣播功放引電。（七）供配電系統(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絡通訊。系統(tǒng)同時監(jiān)控高壓（10kV）和低壓（0.4kV），系