公路隧道控制中心集成軟件平臺設(shè)計及應(yīng)用

高 波

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司,武漢 430063)

1 概述

以武漢、南京長江隧道為代表的城市快速路隧道為確保車輛安全快速通過以及監(jiān)控設(shè)備的長期正常運行,對于隧道監(jiān)控系統(tǒng)提出了嚴格的技術(shù)要求。隧道監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理和監(jiān)控隧道中各機電子系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn),通過采用先進的數(shù)字化數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、智能化技術(shù)以及一體化監(jiān)控集成軟件平臺,從整體上提升系統(tǒng)的運行效率和安全管理水平,完善運營管理和服務(wù)。

隧道監(jiān)控系統(tǒng)為實時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性及安全性要求較高。其集成軟件平臺必須滿足可靠性、安全性、易用性、可擴展性、互聯(lián)性的需求,提供的整體解決方案具有廣泛的兼容能力,可以支持不同的系統(tǒng)平臺、數(shù)據(jù)格式和多種連接方式,要求在企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,實現(xiàn)對多系統(tǒng)的接入、各系統(tǒng)的松散耦合、跨平臺、與語言無關(guān)、與特定接口無關(guān)的對各種應(yīng)用程序的可靠訪問。

2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)組成

監(jiān)控系統(tǒng)一般包括中央計算機系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警(FAS)系統(tǒng)；根據(jù)工程的實際需求,可以設(shè)置結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測系統(tǒng)等其他輔助監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)架構(gòu)

其中,控制中心的中央計算機系統(tǒng)通過統(tǒng)一集成平臺將各系統(tǒng)操作界面加以集成,通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收集和管理所有監(jiān)控信息,以提高運行效率,實現(xiàn)信息共享。

3 集成軟件平臺的功能需求及組成

3.1 功能需求

(1)信息采集。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實時收集到各相關(guān)監(jiān)控子系統(tǒng)通過主控網(wǎng)絡(luò)傳輸上來的各種信息,也可以由運營操作人員手工輸入相關(guān)事件事故信息。

(2)數(shù)據(jù)處理。主要數(shù)據(jù)處理對象包括：視頻監(jiān)測系統(tǒng)及交通監(jiān)控系統(tǒng)提供的各種數(shù)據(jù)；環(huán)境參數(shù)監(jiān)測器、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提供的各種數(shù)據(jù)；火災(zāi)報警系統(tǒng)提供的各種數(shù)據(jù)；以及各種外場設(shè)備工作狀態(tài)的反饋信息。

(3)事件響應(yīng)。監(jiān)控系統(tǒng)獲取所需信息后,按一定模式運作、存檔、制表及顯示,并通過所制定的控制模式提出決策建議及發(fā)布控制指令。

(4)事件處理。根據(jù)所發(fā)生事件的類型和嚴重程度,對火災(zāi)及交通事件采取分類處理,提出相應(yīng)的控制及設(shè)備運行提案。

(5)圖形、圖表顯示。中控室大屏幕顯示屏、閉路電視監(jiān)視工作站及控制臺上的顯示器相結(jié)合,實時、動態(tài)、直觀地顯示交通、設(shè)備、電力、火災(zāi)、隧道結(jié)構(gòu)安全等的運行狀況、模擬圖及處理預(yù)案,并可對某一局部予以放大或?qū)δ承┬畔⒘斜盹@示。

(6)統(tǒng)計查詢及數(shù)據(jù)存檔?？娠@示和打印交通、事故事件、緊急電話使用情況、發(fā)布命令、設(shè)備工作狀態(tài)、值班員值班記錄、交通量趨勢等各種圖表；能完成系統(tǒng)每日檢測的原始數(shù)據(jù)的備份及重要文件的存檔；可復(fù)制每日的數(shù)據(jù)或調(diào)出歷史數(shù)據(jù)進行各種統(tǒng)計和分析工作。

(7)信息共享。監(jiān)控系統(tǒng)的所有圖像、數(shù)據(jù)信息可與上級及同級主控中心共享,主控中心連接公路網(wǎng)監(jiān)控中心主干通信網(wǎng),可以提供隧道相關(guān)的實時路況監(jiān)視圖像及相關(guān)的交通數(shù)據(jù)信息,同時可以獲取相關(guān)路段的路網(wǎng)交通信息。

3.2 集成軟件平臺的組成

根據(jù)以上功能需求,集成軟件平臺可劃分為數(shù)據(jù)采集控制模塊、畫面顯示模塊、集中報警模塊、策略編輯模塊、綜合管理模塊和數(shù)據(jù)庫模塊。監(jiān)控集成軟件平臺功能構(gòu)成如圖2所示。

圖2 監(jiān)控集成軟件平臺結(jié)構(gòu)

4 監(jiān)控集成軟件平臺設(shè)計要求

(1)模塊化要求

集成軟件平臺應(yīng)按實現(xiàn)功能劃分子模塊,每個模塊的研發(fā)和改進都獨立于其他模塊的研發(fā)和改進,每個模塊所特有的信息處理過程都被包含在模塊的內(nèi)部,通過通用的標準界面與系統(tǒng)或其他模塊相互連接。

(2)參數(shù)化

軟件應(yīng)盡量使用參數(shù)化設(shè)置完成對各種設(shè)備的控制及檢測的功能及性能要求。

(3)可擴展性

功能性和性能：能夠提供更好的性能、更多的功能。

成本伸縮：系統(tǒng)擴展的代價必須是合理的。

可兼容性：用戶原有的程序在不作變動或只作少量的變動后仍可以使用,新增加的部分應(yīng)能夠與系統(tǒng)的其余部分相兼容。

(4)可用性

當軟件某部分工作不正常時,應(yīng)具有保障措施來保證系統(tǒng)的不間斷運作。

(5)可移植性

數(shù)據(jù)庫、通訊中間件和應(yīng)用程序應(yīng)可以在多種操作系統(tǒng)平臺上運行,具有良好的移植性。

(6)可重用性

軟件應(yīng)可共用相同功能的子程序,如安全管理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊等。

(7)可維護性

軟件系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)錯誤的更正、環(huán)境的變動、需求變動的改進。

(8)冗余性

軟件方面,數(shù)據(jù)庫采用多種備份方案的冗余備份,保證系統(tǒng)的可靠性。

(9)開放性

系統(tǒng)軟件應(yīng)遵循開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工業(yè)標準。程序調(diào)用應(yīng)不需要特別硬件的支持。

5 監(jiān)控集成軟件平臺體系架構(gòu)

(1)C/S結(jié)構(gòu)

3層C/S模式由客戶端、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成,用戶界面層、應(yīng)用邏輯層和數(shù)據(jù)庫管理層分別位于不同的平臺上。客戶端只需要安裝應(yīng)用程序；應(yīng)用程序服務(wù)器集中處理應(yīng)用邏輯,接收客戶端應(yīng)用程序的請求,將該請求轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫請求后與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器交互,再將結(jié)果傳送給客戶端應(yīng)用程序。

3層C/S模式是實時系統(tǒng)最常用的結(jié)構(gòu),具有業(yè)務(wù)規(guī)則集中、執(zhí)行效率高、良好的可擴展性、安全性高、容錯及負載平衡能力強的特點。3層C/S結(jié)構(gòu)的主要問題包括客戶端用戶界面不標準,不易于Internet的使用及管理等。

(2)B/S結(jié)構(gòu)

B/S模式是基于Web的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？蛻舳酥恍璋惭b通用瀏覽器,將處理請求提交給Web服務(wù)器。Web服務(wù)器響應(yīng)用戶的請求,若用戶請求中包括數(shù)據(jù)存取,Web服務(wù)器需與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器協(xié)同完成該處理工作。B/S模式主要優(yōu)點為：客戶端安裝簡便,界面通用統(tǒng)一,使開發(fā)、維護、升級、使用、培訓非常簡單；特別適合在網(wǎng)上發(fā)表信息。缺點是：交互能力及實時性比C/S結(jié)構(gòu)要差。

(3)混合模式

由于3層C/S和B/S模式都有各自的優(yōu)缺點,為了滿足隧道監(jiān)控平臺復(fù)雜的業(yè)務(wù)功能和復(fù)雜的處理模式,采用把兩者相結(jié)合的混合模式作為系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。對于數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)事件處理等監(jiān)控管理平臺均采用C/S模式；對于數(shù)據(jù)報表處理、查詢、檢索和公告發(fā)布等服務(wù),采用B/S模式來處理?；旌夏Ｊ娇朔薈/S和B/S模式各自的弊端,使系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與處理邏輯相對應(yīng),提高了系統(tǒng)的伸縮性和靈活性。

6 監(jiān)控集成軟件平臺應(yīng)用

采用以上體系架構(gòu)的監(jiān)控集成軟件平臺在武漢、南京長江隧道監(jiān)控系統(tǒng)工程中得到良好的應(yīng)用。

武漢長江隧道監(jiān)控系統(tǒng)集成了中央計算機系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警(FAS)等系統(tǒng),控制中心采用了上海寶信軟件股份有限公司的iCentroView集成軟件平臺,一體化實現(xiàn)了水泵風機等設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境參數(shù)檢測及監(jiān)控、交通信號指示和交通誘導(dǎo)指示監(jiān)控、CCTV閉路電視系統(tǒng)及監(jiān)控、緊急電話系統(tǒng)及監(jiān)控、無線通訊系統(tǒng)及監(jiān)控、大屏幕投影監(jiān)控、消防報警監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控、UPS監(jiān)控、供配電系統(tǒng)監(jiān)控、隧道照明監(jiān)控等等,有機的組合各種應(yīng)用和聯(lián)動機制,通過多子系統(tǒng)功能聯(lián)動、統(tǒng)一調(diào)度以適應(yīng)隧道的管理需要。

該軟件為專用監(jiān)控軟件平臺,具備有限的組態(tài)功能,通過面向?qū)ο蟮哪K化開發(fā)方式,建立起健壯性和穩(wěn)定性較強的軟件架構(gòu),程序代碼可繼承性較強,開發(fā)效率較高。但采用這種專用開發(fā)平臺,開發(fā)周期較長,對開發(fā)人員要求高,主要取決于集成商的開發(fā)和集成能力,缺乏標準的評估手段。

南京長江隧道監(jiān)控系統(tǒng)除了集成常規(guī)的弱電系統(tǒng)外,還集成了收費系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)?？刂浦行募绍浖脚_是基于iFix組態(tài)軟件開發(fā)的,使用靈活的組態(tài)方式,提高了開發(fā)效率,開發(fā)時間短；人機界面友好；性能穩(wěn)定；具有較高的可靠性。

以上兩個工程是兩種隧道監(jiān)控軟件集成平臺的典型。由于隧道監(jiān)控軟件平臺對于實時性、安全性和穩(wěn)定性的要求較高,且很多工程都存在著開發(fā)時間短、調(diào)試時間緊的問題,需要從易開發(fā)、系統(tǒng)穩(wěn)定性、代碼可重用等方面綜合考慮。建議采用組態(tài)與非組態(tài)結(jié)合的方式進行開發(fā),與PLC關(guān)系緊密的硬件采用組態(tài)軟件來控制,綜合管理等功能采用非組態(tài)軟件來開發(fā)。這樣開發(fā)出的系統(tǒng)性能穩(wěn)定,同時可以大大節(jié)約開發(fā)時間。

7 結(jié)論

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的推進,城市道路中大型隧道的建設(shè)越來越多,其中部分城市初步形成了隧道群,隧道監(jiān)控系統(tǒng)越來越復(fù)雜,對隧道的運營、維護管理要求越來越高,建立統(tǒng)一、標準化、跨平臺、跨系統(tǒng)的隧道監(jiān)控集成軟件平臺是隧道監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的主要任務(wù)之一。

隧道監(jiān)控集成軟件平臺應(yīng)具有可靠、安全、易用、可擴展、互聯(lián)性高的系統(tǒng)架構(gòu)；能充分整合各種監(jiān)控信息、采用一體化HMI 監(jiān)控管理、各子系統(tǒng)功能聯(lián)鎖控制,在一個統(tǒng)一的平臺上實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享,以全面提高綜合調(diào)度的優(yōu)勢。

在工程實施過程中,必須注意針對隧道監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點和系統(tǒng)對安全性的要求,加強對安全性的處理,以滿足隧道監(jiān)控系統(tǒng)對可靠性和可維護性的要求。

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