清連高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)升級改造設(shè)計.doc

清連高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)升級改造設(shè)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(shè)置和混合交通以及交通安全設(shè)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(wù)水平等方面已無法提供汽車專用公路應(yīng)有的效能。根據(jù)交通調(diào)查及交通量預(yù)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(shè)置與主體工程考慮相配套、相協(xié)調(diào)的隧道通風(fēng)、照明、消防、監(jiān)控、供電等營運管理設(shè)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(shè)備的調(diào)查再利用及新技術(shù)新設(shè)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(shè)置了監(jiān)控設(shè)施，并設(shè)置有石倉嶺隧道管理所和焦沖隧道管理所，內(nèi)設(shè)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(shè)施。監(jiān)控設(shè)備現(xiàn)狀如下：中央控制系統(tǒng)：設(shè)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(wù)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(shè)備運行正常但性能落后）。交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)：在隧道口和洞內(nèi)設(shè)置交通信號燈、車道指示器、車輛檢測器、火災(zāi)疏散指示標志、限速牌、可變情報板等（設(shè)備維修困難或已損壞）。閉路電視系統(tǒng)：隧道外設(shè)帶云臺攝像機，隧道內(nèi)每150m設(shè)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(zāi)報警系統(tǒng)：采用空氣管線型差溫火災(zāi)探測器，手動報警按扭每50m設(shè)1處（故障率高）。緊急電話系統(tǒng)：電纜型抗噪音電話，每150m設(shè)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(shè)置了揚聲器，洞內(nèi)設(shè)置間距500m左右（設(shè)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(shè)計規(guī)范（JTG/T D71-2004），但隨著時間的推移和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原隧道機電系統(tǒng)大部分設(shè)備已經(jīng)陳舊損壞無法維修或技術(shù)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(shè)計施工。自2000年以來，由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，特別是計算機技術(shù)、電子技術(shù)和通信技術(shù)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(shè)備，這些設(shè)備專為隧道惡劣環(huán)境而設(shè)計，技術(shù)成熟，為本工程的改造施工奠定了基礎(chǔ)。二、隧道監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)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(zé)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(zé)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(zé)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(zāi)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(fēng)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(shè)計，設(shè)置完善配套的隧道監(jiān)控設(shè)施；各短隧道也應(yīng)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(shè)置相同規(guī)模的中央控制系統(tǒng)，由容錯服務(wù)器、各系統(tǒng)工作站及網(wǎng)絡(luò)交換機、各系統(tǒng)軟件等組成。各工作站通過服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源共享?，F(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(shè)備材料構(gòu)成。各PLC設(shè)置于各隧道設(shè)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(shè)施的基本控制功能。監(jiān)控室內(nèi)設(shè)備全部采用新設(shè)備。（二）通風(fēng)照明控制系統(tǒng)通風(fēng)照明控制系統(tǒng)由管理所通風(fēng)照明監(jiān)控工作站、各隧道相應(yīng)PLC、CO/VI檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器、亮度檢測器、控制單元和隧道內(nèi)通風(fēng)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(zāi)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(shè)備配電回路的通與斷，從而控制風(fēng)機的運行臺數(shù)、風(fēng)速風(fēng)向、運行時間和照明燈具的開啟回路數(shù)。應(yīng)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(fēng)系統(tǒng)進行了改造，射流風(fēng)機配電有兩種情況：一組（兩臺）風(fēng)機共用一根干線配電電纜和每臺風(fēng)機擁有獨立配電回路，因而對風(fēng)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(shè)備及交通誘導(dǎo)設(shè)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(shè)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(shè)置了兩車道車道指示器，各短隧道也根據(jù)需要在洞口設(shè)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(shè)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(shè)置了閉路電視系統(tǒng)；在短隧道適當位置也設(shè)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(shè)備（各部分設(shè)備均采用新設(shè)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(shè)設(shè)置，基本按照間隔150m左右設(shè)置一臺定焦距固定攝像機，在各隧道進出口設(shè)置一體化球形攝像機。（五）火災(zāi)報警系統(tǒng)因原空氣管線型差溫火災(zāi)探測器故障率高，難以維修，火災(zāi)報警系統(tǒng)改用技術(shù)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(zāi)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(gòu)成。感溫光纜在隧道內(nèi)通長布設(shè)，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(shè)。在接收到火災(zāi)信息后，可聯(lián)動火災(zāi)發(fā)生區(qū)段的攝像機進一步確認災(zāi)情并自動錄像，同時在操作工作站上顯示發(fā)生火災(zāi)的區(qū)段，并通過音響裝置告知值班人員，采取相應(yīng)的對策。另外中央控制系統(tǒng)可根據(jù)該火災(zāi)信號快速啟動消防水泵，自動改變交通誘導(dǎo)信號，引導(dǎo)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(shè)備、現(xiàn)場分機和傳輸設(shè)備三部分組成。管理所控制臺設(shè)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(fēng)等。石倉嶺隧道管理所和焦沖隧道管理所各設(shè)置一套緊急電話廣播系統(tǒng)，石倉嶺隧道管理所負責(zé)石倉嶺隧道的緊急電話廣播業(yè)務(wù)，焦沖隧道管理所負責(zé)焦沖隧道和六甲洞隧道的緊急電話廣播業(yè)務(wù)。 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(shè)，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(shè)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。（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(guān)，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(shè)置一套智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本一致，采用設(shè)備分散設(shè)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(shè)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(luò)通訊。系統(tǒng)同時監(jiān)控高壓（10kV）和低壓（0.4kV），系