维普资讯 http://www.cqvip.com 第１７卷第２期 ２／）０７年４月 安徽冶金科技职业学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０１．１７．Ｎｏ．２ Ａｐｔ．２（Ｘ）７ 智能控制在高速公路隧道交通控制系统中的应用 刘 帅 （中铁电气化局集团第三工程有限公司 河南郑州４５０００５） 摘 要：智能控制是当今控制学领域研究和发展的热点之一，而隧道的监视与控制管理正在成为当今公路隧道安全正常 运行的重要课题，本文主要，ｉ４Ｚ￣了怎样让两者有机的结合在一起。 关键词：智能控制；隧道；交通控制系统 中图分类号：ＴＰ１８文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２—９９９４（２００７）ｏ２—００３７—０４ 随着我国经济的快速发展，高速公路及高速公 度下降。因传统交通控制系统中不包括火灾检测 与报警子系统，只有简单的消防系统，在隧道内发 路隧道的建设项目与日俱增，隧道安全运营问题显 得越来越突出，中、长隧道的监视与控制管理成为 公路隧道安全正常运行的重要课题。随着计算机 技术、图像处理技术、通讯技术、控制技术的发展， 以太网技术和总线技术突破了原有的技术瓶颈，实 生火灾时，控制中心只能通过安装在隧道内的摄像 机或隧道内人员的呼救才能知道隧道内发生火灾。 这样即耽误时问，也不能最大限度的减小损失。 现了我国自己研制和生产的隧道监视与控制系统 高速信息共享，更人性化、更安全、更智能，已经成 为当今国内乃至全球高速公路隧道控制系统发展 的新趋势。 传统高速公路隧道交通控制系统给使用者和 维护人员都带来了很多不便，所以，需要一个更快 捷、更方便、更准确、更智能化和人性化的交通控制 系统。 ｌ传统高速公路隧道交通控制系统的结构 与组成 高速公路隧道按长度可分为短隧道（小于 ５００ｍ，包括５００ｍ）、中长隧道（５００ｍ至ｌｋｍ）、长隧道 （１ｋｍ及ｌｋｍ以上）３种，一般只对中长和长隧道进 行集中的交通控制。传统的交通控制系统主要包 括通风、照明、闭路电视、电话紧急呼救、消防、环境 监测、交通信息检测等几个简单的分系统，而主要 图１传统隧道交通控制结构 控制方法是靠人工对各系统上传的数据进行分析， 根据分析结果做出调整方案，并由人工现场进行相 应的调整和控制。传统隧道交通控制结构见图１。 图１中所示控制方法所需的人力物力都比较 ２智能控制在隧道交通控制系统中的优 占［１］ 、、、 大，其主要的是因为人工进行数据分析所需的时问 比较长，而且人工分析数据和记录数据往往带有主 观性，使得该交通控制系统的及时Ｉ生和准确性大幅 收稿日期：２０ｏ７—０３～２０ 智能控制就是一种控制方式或一种控制系统， 它能够有效地克服被控制对象（过程）和环境所具 有的高度复杂性和不确定性，并且能够达到所期望 的目标，这种控制方式称为智能控制，也称这样的 控制系统为智能控制系统。 作者简介：刘帅（１９８１一），男，中铁电气化局集团第三工程有限公 司。 智能控制系统具有以下几个优点： （１）较强的自适应能力 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ ３８ ・ 安徽冶金科技职业学院学报 ２Ｏ０７年第２期 具有适应受控对象环境特性变化和运行条件 变化的能力。例如：隧道口的情报板显示亮度会随 着阳光强度的大小自动在本身亮度的基础上增强 系统具有较强的在线实时响应能力，能及时准 确的从各个子系统内获得即时信息，并能随时进行 新任务的下达和任务变更； （５）人一机协作性能好 系统具有良好的人机界面，以保证人一机通 （或降低）其亮度，以保证能更清晰的反映当前隧道 情况； （２）较强的容错能力 系统对各类故障具有自诊断、屏蔽和对非硬件 故障的自我恢复能力。例如：当某个子系统因为某 个硬件故障导致进入了死循环后，控制系统会根据 最后一次上传的数据和现有数据进行比对后判断 出故障环节，将故障环节暂时屏蔽，使期于正常系 统能继续正常进行工作，并对故障点做出相应的告 警信息； （３）较强的组织功能 对于复杂的任务和多元的传感信息具有自组 织和协调能力，使系统具有主动陛和灵活性； （４）实时性好 信、人一机互动，协同工作的畅通； （６）可扩展性好 智能控制具有较强的结构变更性和非线性特 点，能对新添加（或变更）的子系统及时进行系统的 调整。 ３智能控制在高速公路隧道交通控制系统 中的应用ｌ２ 浙江某高速公路路段的两个中、长隧道采用的 就是隧道智能交通控制系统，现以其中的一个长隧 道为例，论述智能控制在高速公路隧道交通控制系 统中的实际应用，智能交通控制系统结构见图２。 信息收集 手动报管按钮｝＿＿——， Ｉ Ｉ 信息处理 Ｉ ｌ 信息发布 ｌ ＩＨ防，Ｊ口、 ＿ ＿Ｉ Ｉ医院 △口Ｌ ＿巡逻车 子系统Ｉ Ｉｌ 火灾 报 ｌＩ Ｉ＿＾管 目ｌ ●Ｆ ：＾面 【，壮 Ｉ一氧化碳检测器卜—一通过率检测器Ｉ： ＪＢＸ ｔ Ｉ……．一．．１－ —— Ｉ……卜＿－］“ …… ｒ 一…… １ ｌ ｌ 电力 ｝控子系统Ｉ 光线检测器 Ｉ —＝１Ｉ 隧ｉ 控 照明 Ｉ 静 子系统 Ｉ — 隧道照明灯 摄像机 —ｒ１门１∞ ‘，ｑ ｎ Ｉ ｌ ＝＝＝ ‘… …。｜闭路电 觇监视子系统ｆ…－’ ●，－ ＿ ＿ 鬲， — Ｊｈ Ｈ ，工’ 相收费分中心 ｌ ｌ 。ｌ交通信息｝＝ ｌ处理子系统 Ｉ Ｉ ｌ Ｉ车道指示标志Ｉ ｌ横涧指示标志ｌ Ｉ Ｉ 。Ｉ Ｉ Ｊ ｌ Ｊ 一 型可变信息标 型可变信息标 紧急电话卜］指令电话卜＿ Ｉ ： ：｛有线广播子系统Ｉｌ ｌ指令电话予系统ｌ一 紧急电话子系统ｌ— －Ｉ 指令电话］ 扬声器Ｉ Ｉ 图２智能交通控制系统结构 维普资讯 http://www.cqvip.com 总第３６期 刘帅：智能控制在高速公路隧道交通控制系统中的应用 ・３９・ ３．１系统组成 操作系统主要能实现以下功能： 监视系统运行、隧道当前状态显示、综合或分 类信号切换、信息显示、存贮；数据保存、记录、用户 管理、交通控制、照明控制、紧急电话控制、视频监 该隧道单洞全长１．５ｋｍ，系统应用ＰＬＣ可编程 控制器作为控制中心，Ｐｒｏｉｆｂｕｓ—ＤＰ总线完成控制 信息级的控制，ＭＰＩ总线完成ＰＬＣ与控制中心的通 讯，控制中心与外界的通讯用以太网完成，用视频 视、火灾报警等。一般操作人员能从系统提供画面 中得到：电源分布及使用参数显示、照明系统显示、 检测技术完成对隧道的交通信息及安全监视与控 制，系统功能完备，集成度高，系统包括可变情报 板、通风、照明、闭路电视、火灾检测与报警、电话紧 急呼救、隧道广播、管理与控制、环境监测、交 通信息检测与诱导、供电消防、防雷及接地等十几 个子系统，并集中在大屏幕系统中显示操作画面可 以完成。 （１）ＣＯ的监测、可见度及风速、风向测量； （２）洞内、外光强度测量； （３）通风、照明系统控制； （４）供电、火警、紧急电话的控制； （５）事故视频监测及报警指示、隧道和车道的 运行和封闭、限速指示； （６）交通数据测量（车速测量、车辆计数、车道 占有率等）。 ３．２系统功能 （１）控制中心 采用２个冗余的服务器结构，双机热备，保证 数据的真实性与完整性。对所有的系统数据进行 实时生成、管理、分配及综合调度，隧道现场利用 Ｐｍｆｉｂｕｓ—ＤＰ控制总线与子站通讯，利用工业以太 网和冗余的光纤环网与控制器通讯，同时利用 以太网将系统的运行状态送入地图屏进行显示，并 生成各系统相应的报表，可随时打印，地图屏两侧 的视频监视器采用分时画面分割功能轮换显示现 场摄像机传人的隧道运行的监控图像。 当发现交通事故时，以声、光两种方式报警，同 时主监视器自动切换至事故路段最近的摄像机，并 开始单独录像。对有线广播系统、交通信息处理系 统、隧道照明控制系统、通风控制系统、火灾报警系 统做出相应的连锁响应。 系统采用自主研发的组态及监控软件包，可以 实现系统的监控组态、控制组态、操作组态、画面组 态等功能。实现任意图形、曲线、报表的生成，动态 组态支持系统内的各种数据，包括实时监测数据、 历史数据、人工录入等，并可以打印输出。 （２）操作与管理系统 通风系统显示、监控系统显示、泵站显示、交通信息 显示、交通视频图像显示、报警画面、呼救画面、专 业设备的运行状态，隧道的总貌图等。 而具有管理权限的人员将能根据隧道运行情 况，及时调整隧道运行参数和控制参数，对系统的 资源、通讯和设备进行设定、修改等，并对用户进行 管理。 （３）信息可变情报板 信息可变情报板主要是为控制中心根据当时 的道路情况所编辑和发送的交通信息、运营指令、 路况资料、报警信息等多幅信息进行显示及循环播 放，并在地图屏上有对应显示信息。 （４）闭路电视监视及控制系统 主要通过视频图像全天候监视隧道内的运行 状态，并做记录。在接到交通事故报警信号后，能 自动切换至事故路段现场摄像机，并对事故录像进 行单独保存，以方便日后取用。 （５）照明控制系统 照明控制系统主要是通过安装在隧道口的光 强度检测器，检测洞口及洞内的光照度值，根据不 同的光照度值控制隧道内照明灯的数量，以消除玄 光和黑洞效应，保证车辆通行的正常照明，并在电 力监控系统服务器上显示照明灯的数量及状态。 另外，还可根据一年四季的日照时间的差别，自动 实现照明控制系统的经济照明模式。 （６）通风控制系统 通风是保证隧道内行车安全的重点之一，系统 通过安装在隧道不同路段的一氧化碳／透过率检测 器（ｃｏ／ｖｉ）来检测隧道内各路段的ＣＯ浓度与粉尘 浓度，及风速检测器所测量的风速，计算出当前隧 道内的环境参数，根据优化的隧道运行参数，决定 自动风机的开或关和组数及车道的开或关。 （７）信号灯控制系统 信号灯是反映当前隧道开启或关闭的另一醒 目的提示标志，由控制中心的其他系统根据隧道内 当前状态对交通信息处理系统发送控制指令，以控 维普资讯 http://www.cqvip.com ・４０・ 安徽冶金科技职业学院学报 ２００７年第２期 制信号灯的开关及时问的长短，运行的状态。 隧道智能交通控制系统，通车运营以来，智能化的 （８）电力监控系统 交通控制系统的优越性体现在：使过去复杂的子系 对隧道内的照明、通风和信号等等电力设备实 统与主系统之间的信息交换及通讯简单化、智能 现ＳＣＡＤＡ功能，即通过已有的光纤网络和变电站 化，也使得整个系统具有更高的安全性和稳定性， 内的各个电力设备监控单元对电力设备进行数据 使无故障运行时间显著增加。而更完善的控制方 的采集和监控，配合其他系统的联合控制。 案和灵活的控制策略以及各系统的相对性，使 （９）火灾报警系统 得系统更具有可扩展性和更方便的维修性，也给原 备有火灾手动和声光报警器及感温光缆火灾 本需要投入庞大人力物力的高速公路使用单位减 报警系统，当报警时执行关闭隧道、打开风机和照 少运营成本，扩大了利润空间。 明、启动消防水泵等动作。 （１Ｏ）紧急电话及有线广播系统 参考文献 ．对火灾、交通事故，采用热线方式，直通计算机 ［１］蔡自兴．智能控制一基础与应用［Ｍ］．北京：国防工业 主机，并进行录音。控制中心接到报警后，即可通 出版社，１９９８ 过期于系统的辅助信息进行事故的确认，并在确认 ［２］倪国玉．高速公路监控通信系统运行质量控制与检测 后通过隧道内的有线广播系统发布告警信息，以减 维修综合管理实务全书［Ｍ］．吉林：吉林电子出版社， ２ｎ０５ 小人员伤亡及财产损失。 ４结语 浙江某高速公路路段的两条中、长隧道采用的 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｆｉｆｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ ＵＵ Ｓｈｕａｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｔ ｓｐｏｔｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｉｅｌｄ ｔｏｄａｙ，ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌｓ ｔｕｒｎ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ ｔａｓｋ ｏｎ ｓａｆｅｔｙ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌｓ．１ｈｅ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｈｏｗ ｗｉｌｌ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆｔｕｎｎｅｌｓ ｂｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｔｕｎｎｅｌ；眦曲ｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
