恩黔隧道监控设计说明.docx
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恩黔隧道监控设计说明
隧道监控系统竣工说明
1.概述
本路段隧道路线线形按行车速度80km/h设计。
隧道建筑限界以外，隧道净空断面以内的空间，设置隧道监控、通风、照明、供电和消防等各项附属设施。
沿线各隧道具体情况详见下表：
隧道一览表
序号
隧道名称
起迄桩号
长度（m）
1
李家槽隧道
左线
ZK37+327.0
1059.0
ZK38+386.0
右线
YK37+320.0
1098.0
YK38+418.0
2
大岩坝隧道
左线
ZK41+222.0
1337.691
ZK42+559.691
右线
YK41+232.0
1333.00
ZK42+565.0
3
椿木槽隧道
左线
ZK52+899.0
484.00
ZK53+383.0
右线
YK52+917.0
476.00
YK53+393.0
4
牛塘隧道
左线
ZK64+454.0
484.0
ZK64+938.0
右线
YK64+492.0
453.0
YK64+945.0
5
茶园坡隧道
左线
ZK66+616.6
1073.4
ZK67+690.0
右线
YK66+629.0
1062.0
YK67+691.0
6
吴家湾号隧道
左线
ZK68+665.0
787.0
ZK69+452.0
右线
YK68+657.0
780.0
YK69+437.0
7
廖家坡号隧道
左线
ZK70+345.0
476.0
ZK70+821.0
右线
YK70+362.0
434.0
YK70+796.0
8
花果山隧道
左线
ZK94+362.0
3254.0
ZK97+616.0
右线
YK94+365.0
3221.0
YK97+586.0
9
白岩脚隧道
左线
ZK97+973.0
393.0
ZK98+366.0
右线
YK97+977.0
412.0
YK98+389.0
10
熊家槽隧道
左线
ZK99+401.0
901.0
ZK100+302.0
右线
YK99+389.0
903.0
YK100+292.0
11
马鞍山隧道
左线
ZK101+598.0
1056.0
ZK102+654.0
右线
YK101+591.0
1061.0
YK102+652.0
2.实施标准及规范
●《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）
●《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）
●《公路隧道交通工程工程设计规范》（JTG/TD71—2004）
●《高速公路隧道监控系统模式》（GB/T18567—2001）
●《民用闭路电视监视系统工程技术规范》（GB50198-94）
●《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）
●《计算机房防雷设计规范》（GB50174-93）
●《公路隧道通风照明技术标准》（JTJ026.1—1999）
●《供配电系统设计规范》（GB50052—2009）
●《低压配电设计规范》（GB50054—2011）
●《10KV及以下配电房设计规范》（GB50053—94）
●《工业与民用电力装置的接地设计规范》（GBJ65—83）
●《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）
●《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
●《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
●《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）
●《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》（JTGD80-2006）
3.竣工图编制依据
（1）《JDSG-1恩黔隧道监控系统机电工程施工图设计详图》；
（2）设计变更通知单；
（3）系统工程量确认单；
（4）隐蔽工程验收记录；
（5）系统工程主要设备及材料报验单；
（6）系统工程培训资料；
4.隧道监控系统
4.1施工内容
1、隧道监控系统的构成；
2、隧道管理所设备的安装；
3、隧道监控外场设备的布设；
4.2系统目标
l、通过对隧道的监控，能使管理部门及时处理突发事件，防止交通阻塞，减少交通延误；
2、在发生交通意外事故时，能及时处理事故，防止二次事故的发生，并能在重点位置对事故进行取证；
3、保护重要交通设施的安全，降低其受破坏的机率；
4、能够监控隧道的交通情况和路产路权状况，保证行车安全和路产路权的安全。
4.3管理体制
本项目采用分中心---隧道管理所---现场设备三级管理体制，本项目根据湖北省规划接入恩施区域分中心，区域分中心对隧道进行宏观管理和调度。
由于本路段隧道数量多，长度长。
根据实际地形条件，为了能对隧道进行集中的监控和管理，在本路段路段设置1处隧道管理所--咸丰隧道管理所，与咸丰匝道收费站同址合设。
椒园隧道管理所管理本路段李家槽、大岩坝、椿木槽、牛塘、吴家湾、茶园坡、廖家坡、花果山、白岩脚、熊家槽隧道及马鞍山共11条隧道；所有隧道闭路电视视频信号采用远端接入设备上传至所辖隧道管理所，再选择10路图像通过通信系统上传至恩施区域分中心。
4.4隧道监控系统功能
隧道监控系统可在监控管理所控制室监视隧道的交通运行,实施对隧道的宏观管理和调度。
在紧急情况下，通过对隧道管理所的授权，救援人员可在现场通过调用事故现场的图像，并控制隧道内的各外场设备，进行救援指挥。
4.4.1信息采集
隧道管理所控制室采集如下信息：
1、隧道交通流参数，隧道及隧道群区域的交通事件；
2、隧道洞口及隧道内紧急电话呼叫信号；
3、隧道的图像画面；
4、隧道各种设备检测信息以及工作状态反馈信息；
5、隧道的事故、事件信息；
6、监控中心下发的各种指令。
4.4.2数据处理
隧道管理所控制室计算机系统对收集的信息进行如下处理：
1、处理车辆检测器所提供的各种数据，以判断交通状况，上传监控管理所并通过人机接口报警。
2、处理一氧化碳、烟雾、风况、亮度检测器所提供的各种数据，以判断隧道内空气状况和隧道洞口内外亮度，上传监控管理所并通过人机接口报警。
3、处理火灾自动报警、手动报警器、紧急电话所提供的数据，以判断隧道内灾害状况，上传监控管理所并通过人机接口报警。
4.4.3实时控制
对于隧道管理所控制室：
1、在正常情况下,隧道管理控制室计算机系统仅采集隧道信息，综合分析隧道交通运行状况、环境指标状况、设备运行状况上传监控管理所，监控管理所控制室不对隧道实施控制。
2、隧道出现异常情况（包括：
交通事故报警、火灾报警）时，隧道管理站控制室计算机根据数据处理结果，一方面向操作员报警，一方面迅速显示相应的控制方案，待操作员根据紧急电话、电视摄像机画面、巡逻车等确认后，再发布控制指令，封闭隧道或限制车流量等，完成控制功能；并将实时控制指令告知监控管理所。
3、隧道间道路出现异常情况（如：
交通事故报警、恶劣天气报警）时，监控管理所发出指令，与相邻监控分中心协调，统一行动，实施联合救援，完成控制功能。
4.4.4显示
1、监控计算机显示器作为操作、报警、打印输出的监视显示设备；
2、在监视器上上显示隧道区域内各个区段每一局部的图形等；
4.4.5统计查询
1、统计查询及报表：
可显示和打印各种报表，以便在需要时可拷贝每日的数据或调出历史数据进行分析工作。
报表以中文形式显示和打印，报表包括：
交通报表、各种事故事件报表、发布命令报表、设备工作状态报表等。
2、数据档案存储：
完成系统每日的备份及重要文件的存储，并带有时间记录，以便在需要时可复制每日的数据或调出历史数据进行各种分析工作。
4.4.6系统自诊断功能
具有对本系统的软硬件及外场设备的自动检测和故障报警功能。
并在发生故障时及时采取措施。
1、隧道外场终端设备监测：
监控管理所控制室计算机软件可监测隧道外场终端设备（车辆检测器、可变情报板、交通信号灯）的运行状况。
在监控系统主程序工作过程中，设备监控程序根据外场设备的反馈信息，可发现外场设备故障或非正常运行状态，并通过人机接口，向操作员发出信息。
2、隧道管理控制室设备监测：
隧道监控软件也能不间断地监测监控管理所控制室设备，发现非正常运行时，设备监测程序将通过人机接口向值班人员发出信息。
5隧道监控系统构成
本标段隧道监控采用三级结构，即片区中心→隧道管理所→隧道监控外场设备。
隧道监控系统包括：
隧道管理所计算机控制系统、隧道监控外场设备等。
5.1隧道监控系统构成
隧道监控系统由隧道管理所控制室计算机系统设备、现场控制系统、闭路电视系统、交通监控系统、通风照明监控系统、紧急电话系统、火灾检测报警系统、有线广播系统等组成。
本次设计按全线隧道均设置监控设施。
1、隧道管理所控制室系统设备
鉴于本项目隧道较多，里程较长，为了便于对隧道进行管理，在椒园匝道收费站设置1处隧道管理所，对本路段隧道进行分片区管理，并将监控数据和图像上传至区域分中心。
2、现场控制系统
现场控制系统可收集、处理和存储隧道内外场设备的检测数据，监视外场设备工作状态；上传给隧道管理所控制室，同时接收隧道管理所控制室命令对外场设备进行控制。
现场控制系统还具有现场自动控制的功能，在维修、测试、随管所控制室设备故障、通信故障等情况下可由现场监控系统代替隧管所进行控制。
本路段隧道现场控制系统由隧道本地控制器和现场控制网络组成。
隧道现场控制系统完成隧道交通监控系统、通风照明监控系统、火灾检测报警系统、变电所电力监控系统与监控管理所控制室之间的控制数据交换。
隧道本地控制器采用PLC结构。
它可收集、处理和存储各隧道外场设备的检测数据，监视外场设备工作状态，上传给隧道管理站控制室，并接收隧道管理站控制室命令对外场设备进行控制；本地控制器通过隧道管理站控制室计算机进行控制，在隧道管理站控制室计算机故障、维修或测试等情况下，可通过本地控制器配备的接口用便携计算机在现场进行调试和控制。
本地控制器应安装有相应的采集、处理、控制等配套软件，以实现本地自动控制功能。
隧道现场控制网络主要由隧道本地控制器、以太网交换机、光缆及相应软件组成。
该控制网络采用8芯单模光缆，每个本地控制器通过以太网交换机的光纤接口连接构成以太网单模光纤冗余环结构，其中4芯为备用，即环网上任何一点被截断，通信传输依然可以保持，保证了现场总线避免外界干扰，传输通畅，并提高了数据传输的可靠性。
该网络应为对等网，任意节点故障不会影响干网运行。
隧道本地控制器与隧道管理站控制室传输方案为：
在指定的本地控制器处的以太网交换机通过单模光纤传到隧道管理站控制室，通讯速率为10/100M。
各隧道设置一台主控制器，配备触摸屏，主要负责通风、照明、电力监控等进行控制，隧道内的本地控制器负责收集、处理和储存各外场设备的检测数据，监视外场设备工作状态，并接收隧道管理站控制室或主控制器的命令对外场设备进行控制。
另外，每一个本地控制器又都是独立的控制系统，都可独立操作。
为保证隧道运行的可靠性，每个隧道的本地控制器之间采用具有备用通道的环型结构冗余光纤网络的逻辑拓扑结构。
本地控制器与外场设备的连接应有可靠的电磁隔离和抗干能力。
3、闭路电视监视系统
隧道电视监视系统由洞外遥控摄像机和洞内固定摄像机构成，图像上传所属隧道管理所，并随机选取10路图像上传分中心控制室。
本项目隧道视频传输方案采用H．264压缩格式进行压缩，并可在1芯单模光纤环上最多可同时传输26路视频信号和多路数据、音频及数字量信号，支持光纤环网保护。
设计在沿线每个隧道摄像机处设置一台工业以太网交换机，多台交换机设备组成环网将图像上传至隧管所，每个环路占用2芯光纤。
在隧管所设置视频解码设备，可将上传的图像解码成模拟视频，并可通过网络对外场摄像机进行控制。
4、交通监控系统
交通监控系统由可变情报板、交通信号灯、车道控制器、车辆检测器、车（人）行横洞指示灯箱等构成。
5、通风照明监控系统
通风照明监控系统由此CO/VI检测器（一氧化碳和烟雾浓度检测器）、风向风速检测器、光强检测器、风机和照明供电回路控制PLC构成。
6、紧急电话、广播系统
本工程采用紧急电话系统与隧道广播系统合用的综合利用系统，共用主控制器、网管和系统软件。
隧道内紧急电话和隧道广播系统的传输共用二芯光纤。
隧道左洞和右洞内的紧急电话以及隧道口的紧急电话均安装主机型紧急电话。
紧急电话系统传输、监控外场设备传输和图像传输共有一根光缆。
整个紧急电话系统主要包括以下三部分。
1）隧道管理站控制台设备：
主要包括隧道管理站设备：
管理计算机（含管理软件、数字录音）、集中控制器、应答电话、防雷接线箱等。
其余如UPS、集线器、控制台、光配线架等由隧道管理站监控系统提供。
2）电话分机设备：
包括路侧紧急电话分机。
每个安装桩号均设置1台分机。
3）传输设备：
包括传输光缆
本工程在隧道内设置隧道广播系统。
在隧道内一般在紧急电话处设置功放模块，即每200米一个功放模块。
每个功放模块输出功率为200W，有两个音区。
隧道广播、隧道紧急电话综合系统由控制台（控制主机等）、功放设备、远程控制模块、扬声器、广播电缆和隧道紧急电话等组成。
控制台包括主控制器、控制主机、播音设备、录音设备和控制设备等。
主要是进行播音、录音、紧急电话处理、系统控制和检测等。
功放设备和远端控制模块设置在隧道内，利用隧道内的交流电源（220V）供电。
传输光缆：
传输语音和控制信号。
紧急电话和隧道有线广播系统共用一根光缆。
扬声器：
采用强指向号角扬声器，功率为15W；隧道内（单洞）按每100m（或50m）设置一个扬声器，隧道口扬声器功率为30W。
隧道广播系统和紧急电话接入隧道管理所，可在隧道管理所设置隧道广播、隧道紧急电话综合系统控制台（控制主机等）管理，也可由监控、通信分中心的主控机统一管理。
广播电缆用于连接扬声器和功放设备。
7、火灾检测报警系统
火灾报警设施用于火灾检测、报警，以便快速救援，必须满足火灾检测的准确性、实时性。
隧道火灾报警设施主要包括手动报警按钮、火灾探测器以及火灾报警控制器。
本项目采用光纤光栅感温探测器。
火灾报警系统各部分的安装如下：
1、手动报警按钮
（1）手动报警按钮在B级及以上隧道设置，间隔50米左右，一般与消防设备同址，安置在醒目位置。
（2）手动报警按钮设置在隧道行车方向右侧，设置高度应为1.3～1.5m。
2、光纤光栅感温探测器
（1）光纤光栅感温探测器在A级及以上隧道设置，探测范围必须覆盖整个隧道。
（2）光纤光栅感温探测器安装在隧道拱顶。
3、火灾报警控制器
（1）火灾报警控制器一般设置在隧道口附近的隧道口设备机房。
（2）火灾报警控制器采用柜式安装。
（3）火灾报警控制器的容量、每一总线回路所连接的火灾探测器、手动报警按钮、控制模块或信号模块的地址编码总数，建议留有余量。
（4）火灾报警控制器应提供报警信息输出接口，以便于协调相关的处理措施。
5.2电力监控系统构成
本标段电力监控系统为隧道变电所（箱式变电站）电力监控系统。
1、系统监控范围
●高压开关柜10kV进线回路的监控；
●高压开关柜10kV馈线回路的监控；
●直流电源屏监控；
●0.4kV低压进线主断路器监控；
●0.4kV低压馈线回路的测量。
2、电力监控系统构成
电力监控系统主要由变电所本地电力监控系统、电力监控通信传输网络以及监控管理所控制室的电力监控计算机管理系统组成。
变电所由安装在变电所高低压柜的微机测控装置以及放置在变电所内的通信管理机组成。
电力监控通信传输网络主要是：
●隧道变电所本地电力监控系统利用隧道本地控制器的传输网络连入监控管理所控制室的以太网交换机；
●收费站变电所本地电力监控系统通过光端机和光纤连入监控管理所控制室的以太网交换机；
监控管理所控制室的电力监控计算机管理系统是由电力监控计算机及电力监控软件通过监控管理所控制室的以太网交换机实现对各变电所本地电力监控系统的遥控、遥测、遥信和遥调。
3、系统功能要求
●数据采集功能：
采集监测主要线路（如进线）的电压、电流、有功功率、无功功率、频率以及变压器温度等；采集监测断路器状态和开关状态信号；
●控制与操作功能：
通过液晶显示器对断路器、开关的开、合进行操作控制，实现系统的遥控功能；通过液晶显示器对遥测上、下限值进行修改；
●屏幕显示功能：
画面美观、清晰、色彩鲜明柔和，窗口界面风格统一；显示画面可以多窗口显示；显示一次结线图实时工况，遥测参数表（带限值），曲线（负荷曲线、电压曲线等），具有历史数据的图表显示功能；
●报表打印功能：
系统具有简单、方便、灵活的报表生成子程序，可以打印多种类型的日、月、年报表，日报表可以保存一月，月报表可以保存一年，年报表可以保存十年；
●事件记录和追忆功能：
系统对开关跳、合闸可以记录打印，相应显示画面变色、闪光、报警，屏幕显示事件信息；系统对模拟量产生越限值时，可以打印记录并报警；系统具有事件追忆功能；系统自动记录所发生的各类事件，便于操作人员了解供配电系统历史情况；系统应具备潮流分析表；
●人机界面良好，本系统软件全部使用中文信息，绝大多数操作可由鼠标完成，操作简单灵活；
●系统具有软件自诊断功能；
●面向对象的编程接构，纯32代码，全面采用多任务、多线程体系；
●软总线接构，提供了本地或远程与系统紧密连接的开放式开发口，便于用户扩展及二次开发；
●文件的管理系统采用性能优良的层次文件接构和多重保护机制，提供文件控制功能，包括文件的打开、关闭、读出和记录的基本存取方法；
●功能强大的开放式数据库功能，包括历史数据、告警记录、设备参数、图文数据信息。
用户可以通过人机界面对数据库进行在线修改而不影响系统运行。
4、系统软件性能
●人机界面友好，操作简单；
●支持SQL数据库，提供大量工业图形库；
●软件可定义点数为全点数，满足实际需要。
5.3隧道监控系统软件
5.3.1隧道监控软件的基本要求
●隧道监控软件应能完成高速公路隧道监控系统的功能要求、并具有扩充功能。
●软件应采用模块化结构。
●人机界面应具备良好的图标按钮、菜单选择、图形显示等视窗环境，显示文字应为中文。
●采用模块化结构，各模块之间完全平滑过渡。
●系统软件平台应当是可靠性高、具备容错、自诊断、纠错能力。
具备开发、修正应用软件的能力。
●系统应提供全面的防病毒保安模块，如防火墙功能。
●监控系统软件应具有保密功能，不同级别掌握不同口令，依据口令进入不同的系统。
不允许其他软件拷入与操作。
●应符合中国软件开发标准的要求。
5.3.2软件构成
●隧道监控软件是监控系统的核心和灵魂，监控系统软件由系统支撑软件和系统应用软件二大部分构成：
●系统支撑软件主要包括：
实时多任务操作系统、数据库管理、网络管理、图形处理等软件，以及软件平台开发工具软件。
●系统应用软件主要包括：
网络通信、交通监控、通风照明、火灾监控、电力监控、图形处理等软件。
5.3.3系统支撑软件
1、系统网络及拓扑结构
监控系统使用快速以太网100Base-T，网络拓扑结构使用星形/环形结合结构。
2、网络操作平台
WindowsServer是一个多处理、多任务、多线程、多结构的ServerOS，构筑于可靠的、安全的、微内核体系结构之上。
所以推荐采用WindowsServer作为网络操作系统的平台。
3、终端操作平台
推荐采用WindowsServer作为客户机的终端操作平台。
4、数据库管理系统
SQLServer是MicrosoftBackOffice的组成产品之一,可以和WindowsServer的其他功能非常完美的结合和使用。
所以推荐数据库管理系统使用SQLServer。
5、网管系统
网络管理和故障排除，并具备防病毒和外部防火墙功能。
6、图形应用
应能支撑图形快速、动态的处理。
7、软件平台开发
应是适合硬件平台特点，面向对象的可视化开发工具，具有开发应用软件的能力。
5.3.4系统应用软件
1、通信软件
按系统参数设置的周期，已轮询方式读取外场设备采集的参数和外场设备的运行状态,并转化存入相应的数据库中。
2、交通监控软件
从数据库提取车辆检测器数据，经分析产生控制方案。
提供异常情况报警提示，供操作人员进一步确认事件程度，选择控制方案。
3、通风照明监控软件
从数据库提取一氧化碳检测器、烟雾检测器、风况检测器、光强检测器、风机运行状态等，经分析产生自动控制方案，供操作人员选择。
4、火灾监控软件
从数据库提取火灾检测器、报警按钮数据，经分析产生自动控制方案。
提供异常情况报警提示，供操作人员进一步确认事件程度，选择控制方案。
5、电力监控软件
从数据库提取变电所10kV系统继电保护装置和0.4kV系统测控单元检测的数据，经分析产生自动控制方案。
提供异常情况报警提示，供操作人员进一步确认事件程度，选择控制方案。
6、图形处理软件
图形计算机从数据库提取各方信息，经实时处理后，以图形和报表的形式在显示器上显示出来，并具有数据统计分析和报表分析打印功能。
图形处理软件中应具有一个地图数据库，数据库中存有与本路段相关的地形地貌、道路、河流、互通、大桥、隧道、服务区、养护工区、监控管理所控制室、消防队、医院急救站等图片，并在地图上标明以上各种设施的位置、电话号码等，沿线监控外场设备（包括紧急电话）以图标的形式布置在地图沿线上。
图形处理软件生成的图形和文字在彩色显示器上显示：
操作员利用鼠标或键盘可以进入某一图形或某一区域或某一外场设备,并可进一步调出细节内容在彩色显示器上显示。
5.4监控系统技术指标
1、系统采样周期：
≤30s
2、主控机显示刷新周期：
≤3s
3、控制命令延时：
≤30s
4、网络速率：
10OMbps
5、信息传输误码率：
≤10-6
6、系统平均无故障时间（MTBF）：
≥30000h
7、故障修复时间（MTTR）：
≤2h
8、工作时间：
24h连续工作；
9、模块化的硬件与软件构成；
10、操作简便的人机界面；
11、留有扩展接口。
5.5隧道管理所控制室设备
由于电子产品更新换代快，现阶段所列产品技术指标仅供参考，具体工程实施时设备技术指标应以当前市场主流设备指标为准。
5.5.1服务器
监控机房选用专用服务器
服务器采用部件级冗余的Stratus工业标准容错服务器，服务器可靠性设计达到99.999%以上，电源、CPU、内存、I/O控制组件均采用冗余配置；
服务器完全采用硬件容错方式，集成锁步（Lock-Step）技术，冗余部件在同一时钟周期做同样的工作，不需要使用任何软件和编写脚本程序，就能够在发生故障时进行切换，切换时间在毫秒级；
当出现硬件故障时，服务器具备自动故障自我检测、隔离和恢复功能。
同时服务器可配置成自动报警，当服务器出现故障，能自动向管理人员报警，并可进行远程维护和管理；
服务器硬盘，包括操作系统、应用软件和静态数据等均采用镜像（RAID1）方式保护；同时服务器还具有内存动态数据的镜像保护，保证实时数据的安全性；
·服务器配置要求：
选用知名品牌IBM的X3650M4型服务器，其技术指标如下：
Ø双路或四路机架式企业级服务器。
Ø处理器：
2个六核处理器，频率1.86GHz，三级高速缓存12MB。
Ø内存：
16GB服务器内存；DDR3，频率≥1333MHz。
Ø硬盘：
8×1TB，SAS，热插拔，≥10000rpm。
可扩充至16个
Ø阵列卡：
缓存512MB；支持Raid
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