摘要：奧林匹克公園中心區，是舉辦北京2008年奧運會的主要場地，擁有亞洲最大的城區人工水系、亞洲最大的城市綠化景觀、世界最開闊的步行廣場、亞洲最長的地下交通環廊。地下通道總投資約13億元，把地下商業、公共地下車庫、地鐵及建筑物連接成互聯、互通、互用的地下公共空間。作用決定了這條地下交通環廊的監控系統需要非常好的可靠性、可擴展性。“易控（INSPEC）” 基于Microsoft最新平臺.Net Framework之上，具有很好的穩定性，并且提供了精美的圖形界面、203種語言的轉換顯示、用戶程序等強大的功能，基于這些，開發實現的隧道交通監控系統，結構靈活、修改方便、易于維護、適應性強、系統穩定可靠、圖形精美。解決了目前國內大部分監控系統存在的功能不夠強大、界面粗糙不夠美觀、操作不方便、擴展性和靈活性不夠等一系列問題。實際應用證明，“易控（INSPEC）”的隧道交通監控系統得到了很高的評價，并且為奧體中心地下交通的安全使用起到了保障作用。
關鍵詞：易控 奧林匹克中心區 環形隧道 隧道交通 交通系統
1. 引言
一場“無與倫比”的奧林匹克運動會，讓世界人民永遠記住了中國。絕美的開幕式、精彩的表演、熱情的人民、完美的競技，處處體現了人文奧運、科技奧運。這場奧運盛會處處體現了科技，按照 “更快”、“更高”、“更強”的奧運精神，提出“更快”、“更方便”、“更準確”、“更安全”的原則，充分運用現代信息技術，把現代科學技術多角度、多渠道地嵌入奧運會。精美奧運會的背后，有一個依靠先進技術精確運行的系統，有一個完美運行的交通系統，更有一個保證交通網安全運行的監控系統。
奧林匹克公園中心區位于城市中軸線北端，面積約1215公頃，是舉辦北京2008年奧運會的主要場地，擁有亞洲最大的城區人工水系、亞洲最大的城市綠化景觀、世界最開闊的步行廣場、亞洲最長的地下交通環廊。地下通道是一條特別設計的隧道，總投資約13億元，全長有9.9公里，其中主干道有4.5公里，環形隧道呈樹型分布，通過地下通道這張四通八達的交通網絡，可以暢通無阻地到達中心區周圍的各種重要建筑。地下隧道有25個出入口，出入口與奧林匹克公園中心區周邊的近10條市政道路相通，形成一張復雜的交通網，因此對于可靠性、可擴充性都有極高的要求。
地下通道并非單純的交通過道，里面有完備的附屬設施，包括5個獨立的人員逃生出口、消防泵站、監控中心及排風機房和送風機房。為了保證通道安全暢通，管理者需要對通道中的各種設備進行管理和監控，奧林匹克中心區指揮中心需要對通道內的交通情況進行全方位監控，包括：對204個交通信號燈，120多個攝像頭，30塊交通情報板，23塊車庫情報板，以及對交通流量、車速、車道占有率、可變限速標志、啟閉車道、車輛限行和分流等的監控，除此之外，還需要對一些交通輔助設備進行監控，包括：對163臺緊急電話，60組射流風機， 9組送排風機，9臺雨
水泵、廢水泵、消防泵， 9臺一氧化碳濃度監測儀， 9臺能見度監測儀，同時，對1個主配電室，5個分配電室的電壓、電流、有功功率以及控制中心不間斷電源等進行監控。需要監控的系統包括交通系統，輔助交通系統的設備系統、消防系統、供電系統、通信系統（包括：緊急電話系統、廣播系統、無線通信系統）、網絡系統、CCTV系統。
除此之外，監控中心需要預留出軟件接口，系統的開放性和可擴充性要求很高，要基于開放的技術平臺。要求系統升級比較方便，預留功能接口，增加新的功能不能影響已實現的功能，系統要方便擴展，要與后續的和周邊交通系統、交管中心互聯。監控系統的各監控站或者服務器的內容都顯示于綜合顯示屏。
“易控（INSPEC）”實現的隧道監控系統，與硬件連接方式更方便透明，針對用戶需要同時監控多個下位系統的情況，各種不同的系統獨立工作，并通過以太網與上位進行集成，易于調試和維護。監控系統針對各個系統的特點，設計有系統特色的畫面，使監控更加人性化，只需要在畫面進行簡單選擇操作，就能夠監控現場實際情況。當交通系統、消防系統出現異常情況時，監控系統自動切換到出現異常情況的畫面，并把異常位置顯示在綜合顯示大屏上，及時反映現場情況。對情況的處理，可以通過人工手動處理，系統還可以調用相關預案自動處理。既減輕了管理者的工作負擔，又提高了問題處理的及時性，使用更加安全可靠。
2.“易控（INSPEC）”隧道交通監控系統
2.1系統組成
整個交通系統及其輔助系統是一個龐大、復雜的系統。包括：
交通系統：包含204個交通信號燈，30塊可變情報板，23塊車庫情報板，120多個監控攝像頭，9個視頻
分析儀
設備系統：包含9組送排風機，60組射流風機，9臺水泵、消防泵，9臺CO濃度監測儀，9臺能見度監測儀
消防系統：295個消防器件
供電系統：1個主配電室中：14臺高低壓柜，2臺變壓柜，1個直流屏，1臺UPS；5個分配電室中50臺高低壓柜，10臺變壓柜，5臺UPS。所有供電室的設備數量達到244個
通信系統：緊急電話系統中163臺緊急電話；廣播系統中65個PAK廣播；無線系統中1太廣播主機，1臺近端機，8臺遠端機
網絡系統：22個光環網交換機
CCTV系統：64個監視器，8塊DLP大屏
并且，隧道交通系統與周邊交通區域和北京市交警中心進行集成，要求監控交通系統根據道路和監控的需要進行分區管理。根據整個中心區交通系統的監控要求和各個部分的特點，整個監控系統劃分為幾個主要部分：數據采集和實時數據服務器、歷史數據服務器、設備和交通監控工作站，并且預留接口以供后續系統升級等等。系統集成架構參見下圖：
圖1 系統集成架構
集成系統由一臺I/O采集服務器、一臺數據庫服務器、六個操作員站以及配套的網絡打印機、交換機、計算機網絡等組成。
★IO服務器：擔負I/O數據的采集工作，其工程中僅配置通信設備和數據庫變量。采集的數據通過以太網傳送至其他INSPEC工程。
配置的IO數據包括：昆騰PLC傳送上來的現場設備信息、其他系統傳送過來的信息、進行歷史記錄的IO數據。
IO服務器上運行的工程無畫面。
★數據庫服務器：擔負歷史記錄服務器和報警記錄服務器的功能， SQL Server擔任具體的數據存儲業務。
數據庫服務器上運行的工程配置有數據庫變量、歷史記錄變量、報警配置，沒有畫面。
★操作員站：即工作站。系統包含6臺操作站，工作站提供系統的人機界面功能，所有監控操作在操作站上完成，支持設備交通監控、電力監控、閉路電視（CCTV）監控、火災報警等功能，并支持多媒體大屏幕綜合顯示。基于以太局域網實現分功能、分級別網上資源共享，網絡協調運作（采用TCP/IP通信協議）。各操作站上安裝有“易控（INSPEC）”軟件，根據登錄用戶的身份限定其能夠操作的內容。
操作站通過與IO服務器通信獲取系統IO數據，通過數據庫服務器查詢歷史記錄、報警歷史記錄。
操作站本身也包含報警服務器，實現顯示產生的實時報警信息。
2.2與硬件和其他獨立系統的連接
“易控（INSPEC）”提供了多種便捷的與下位設備的連接方式，可以通過串口、以太網或其它網卡等多種方式與硬件設備相連。與下位設備的連接是通過“易控（INSPEC）”提供的“IO通信”功能實現的，在設置通信參數過程中，開發人員只需知道設備的類型、廠家、基本的連接參數以及通信的內容等即可實現上位控制系統與現場硬件設備之間的數據交換，軟件提供的硬件連接向導可以幫助開發人員完成“易控（INSPEC）”與硬件的通信設置。與以往傳統的軟件相比，“易控（INSPEC）”在IO通信上為用戶提供了更多功能，如能動態啟動或停止和一臺或多臺設備的通信、支持結構數據以及設備的歷史數據、可以快速批量配置設備中的變量信息、嵌入網關功能、開放通信程序框架等一系列更加方便用戶的功能。
隧道監控系統中，通過IO服務器與下位PLC進行通信，服務器上安裝“易控（INSPEC）”，通過以太網通道，Modbus協議連接，與22個昆騰PLC進行通信。與其他系統的通信也采用以太網傳輸，對于部分僅支持串口的設備，采用串口轉以太網的方式進行通信。
2.3服務器設計
2.3.1 IO服務器
IO服務器上安裝有“易控（INSPEC）”軟件，運行IO服務器工程，工程無畫面，只配置“IO通信”，建立需要與數據服務器和操作站進行交互的變量。
服務器工程中包含97個以太網通道，下掛97種106個設備。整個系統采集IO點數大約為30000點，進行IO采集的時間為1s鐘，保證了數據的及時有效性。IO服務器與操作站和數據服務器進行交互的變量數量上萬，所有操作站的操作的響應時間小于3s。“易控（INSPEC）”的更快的響應時間、更高的采集頻率很好地滿足了系統對響應時效性高的需求。
并且IO服務器要求在整個系統運行期間不關機，因而，要求監控系統能夠長時間正確、穩定地運行。 “易控（INSPEC）” 基于Microsoft最新操作平臺.Net Framework之上，具有很好的穩定性，充分滿足了系統對長時間運行時正確性和穩定性的要求。
“易控（INSPEC）”開發的隧道交通監控系統，在采集IO數據的同時，允許1臺數據服務器和5臺客戶端同時訪問，并且能夠正常訪問。
2.3.2數據服務器
數據服務器上安裝“易控（INSPEC）”軟件、SQL Server2000，運行數據服務器工程，工程無畫面，建立與IO服務器和操作站進行交互的變量。
數據服務器要求長時間大量存儲數據。“易控（INSPEC）”能夠長達10000天保存歷史數據、歷史報警信息等，為系統運行期間的數據統計、數據查詢提供了有效的數據記錄信息。數據服務器同時與IO服務器和操作站進行交互，交互的變量數量上萬。能夠進行大數據量快速記錄，并且，操作站查詢時響應時間快。同時，記錄的數據支持操作站端進行的歷史趨勢曲線查看與打印、報表查看與打印、歷史報警查看與打印等操作。能夠滿足用戶對數據的記錄、查看和統計等各種需要。
數據服務器要求在整個系統運行期間不關機，并支持大數據量的記錄和查詢。因而，要求查詢響應快，并且系統運行穩定、可靠。“易控（INSPEC）”的先進技術，也為系統運行的穩定性、可靠性、快速響應提供了更好的保障。
“易控（INSPEC）”開發的隧道交通監控系統，在進行數據記錄的同時，允許1臺IO服務器和5臺客戶端同時與其進行交互操作，并且操作正常。
2.4 操作站設計
5臺操作站，分別安裝“易控（INSPEC）”軟件，運行操作站工程，工程不包含“IO通信”配置。通過與IO服務器和數據服務器通信來獲取或記錄數據，通過IO服務器與各系統進行交互。
操作站工程按監控的內容分成不同的系統，包括：交通系統、設備系統、消防系統、供電系統、通信系統、網絡系統、CCTV系統。
“易控（INSPEC）”實現的系統，風格簡潔、操作方便，系統畫面由主標題區、副標題區、主導引區、導航區、工作區、狀態欄組成。各系統按鈕位于畫面右側的導航區內，操作員可以通過單擊按鈕進入相應的監控系統，副標題區顯示目前工作區所在的系統，位于畫面底部的狀態欄顯示操作員、通信狀態等信息。
監控系統的畫面使操作人員能夠更加準確直觀的了解實際現場的工作狀態，“易控（INSPEC）”具有專業級的圖形處理能力。通過“易控（INSPEC）”組態的系統，能夠準確全面的展現現場情況，并能實時顯示現場參數，實現了畫面與現場情況通過。
對于包含設備較多的系統，采用總貌圖加分區方式：先以總貌圖展現，便于整體了解。總貌圖上進行分區處理，鼠標移動到相應區域，該區域會反色顯示，點擊可進入相應分區。可視化的操作，操作員使用將更加方便快捷。
分區中詳細標注各種設備所在位置，模擬實際現場效果，能夠更加直觀準確了解現場信息。
圖2 總貌圖
2.4.1 交通系統
分為12個區，主要對交通情況進行信號監控，比如交通流量、車型速度、車道占有率，同時對可變情報板、可變限速標志、交通信號燈、啟閉車道等進行監控，并提供各種預案，實現對交通事故處理、道路分流等科學的控制和管理。
圖3 交通區
操作站上，點擊任意畫面的任意交通信號燈，出現下圖下拉控制界面：
圖4 交通燈控制
控制界面中，選中任意一種方式，就能改變相應交通信號燈的狀態為：直行、禁行、左并線、右并線。操作時，改變相應的變量，變量值通過網絡傳遞給IO服務器，IO服務器把相應的變量值寫入控制該燈的相應PLC的寄存器中，改變寄存器狀態，從而改變交通信號燈的狀態。與下位PLC交互過程對用戶透明，操作員只需要在操作站運行工程中進行可視化操作，就能完成交通信號燈控制操作，方便快捷。而且，從操作到信號燈狀態改變的過程非常快速。
同時，監控系統實際運行過程中，監控系統自動切換到出現異常情況的畫面，顯示事故類型，并把異常位置顯示在綜合顯示大屏上，便于及時了解和處理各種交通情況，加入的交通預案，使監控更加自動化。
點擊畫面中的情報板，打開相應情報板的設定畫面。可以根據需求，設定各種導航信息，包括信息內容、字體、中英文、顏色等。輸入信息后，只需點擊按鈕，就能完成情報板信息的更換。
2.4.2設備系統
分為12個區，主要是對射流風機、送排風機、排水泵、消防泵、供電等設備進行監控，還包括對隧道內一氧化碳濃度、可見度等環境參數進行監控。
圖5 設備區
點擊任意排風機，出現風機信息畫面：
圖6 風機控制
各種狀態燈從IO服務器獲取控制設備的相應PLC中相應寄存器的值，根據各種寄存器狀態值，調整狀態燈顏色與實際一致，對應的狀態燈為綠色，為風機當前狀態。
當點擊按鈕控制風機的轉動方向和轉速時，相應變量的值傳遞給IO服務器，服務器把相應變量值寫入控制設備的相應PLC的寄存器，從而改變現場風機狀態。
畫面上能直觀看到各種設備的工作情況，如需了解更多設備參數或者更改設備工作狀態，只需點擊畫面相應設備，打開數據畫面，就能輕松完成。
設備區中還能看到各一氧化碳監測點CO實時濃度，各能見度監測點的實時能見度。監測點采集的信息通過PLC直接傳送給IO服務器，服務器把相應值傳送給操作站，操作站按照公式運行，顯示實際監測點的濃度或者可見度。
2.4.3 消防系統
分為12個區，主要對各種消防器件進行監控。當出現消防報警時，報警情況直接反應在畫面中各個區的報警設備上，同時自動啟動發生警報區的廣播系統，進行消防廣播。該系統還包括其他消防預案，例如：車輛禁行、車輛分流控制等。
2.4.4 通信系統
分為緊急電話系統、無線通信系統和廣播系統。緊急電話系統，當有緊急電話撥入監控中心時，系統會自動切換到主叫電話所在區域，并且能夠實時顯示撥號、通話和掛機等狀態，以及執行其他預案；無線通信系統包括廣播廣播主機系統，廣播直放站、調度直放站；廣播系統可以選擇需要進行廣播播音的區域、選擇各種不同聲源、調節音量等。
圖7 廣播主畫面
操作站在畫面的操作改變變量的值，傳遞給IO服務器，服務器把值寫入到廣播服務，改變相應的指令，使現場按照操作站給出的指令工作。
當現場緊急電話被摘機后，信號傳遞給電話服務器，服務器將信號傳給IO服務器，服務器改變變量值傳遞給操作站，實時顯示相應電話的不同狀態，包括：摘機、撥號、通話、掛機等，為了直觀，分別以不同的狀態圖片表示電話狀態。
無線通信，可以改變頻率值，在不同波段廣播信息。
2.4.5 供電系統
包括主配電室和5個分配電室。能夠實時監視每一個配電室中設備工作情況，包括：各種電壓、電流等。
同時監控64臺高低壓柜，12臺變壓柜，1個直流屏，7臺UPS。
點擊配電站中的設備，查看設備的各種參數：
圖9 配電室參數圖
IO服務器按照設定的查詢時間，定時從PLC讀取配電室中各設備的電壓、電流等值，并且傳遞給操作站，在操作站畫面上實時顯示各設備的供電情況。
2.4.6 網絡系統
主要負責監視22個光環網交換機，包括每個交換機的供電情況、光纖溫度、端口狀態等。把所有光環網交換機的參數顯示在同一個畫面，并以信號燈標識，各交換機工作正常與否，一目了然。
2.4.7 CCTV系統
主要對64個監視器和8塊DLP大屏的監控，可以通過工程把指定攝像頭的圖像切換到指定的監視器或者大屏上顯示，在操作畫面輸入需要查看的攝像頭編號，點擊相應的監視器或者大屏，中控室中監視器上就出現攝像頭捕捉到的實時畫面。由于監視器數量很大，采用按比例縮小顯示實際現場方式，方便管理人員的操作。另外，可以更換大屏顯示模式，例如單屏顯示、2×2模式、全屏模式等，同時可以在畫面上調節帶
云臺的攝像頭的視角、焦距、縮放等。
圖10 CCTV圖
通過對操作站畫面的操作改變變量的值，并把值傳遞給IO服務器，與矩陣進行交互，從而能夠改變帶云臺攝像頭的視角、焦距、縮放。并且能夠把攝像頭捕獲的實時畫面顯示在相應監視器或者大屏上。
3、結束語
由“易控（INSPEC）”實現的地下交通監控系統，對奧林匹克中心區的照明、交通、電力、環境設施都進行了全面的監控，規模十分龐大，集成度非常高，下位設備廠商眾多，設備數量超過100個，工程畫面100多幅，I/O點數近3萬點。系統能夠及時快速獲取和發布信息，達到了奧林匹克中心區工程和管理方面的要求，而且，系統運行良好，畫面精美，操作方便、維護簡單等得到了一致好評。通過“易控（INSPEC）”組態的人機界面具有強大的自動控制和數據管理功能，使監控系統的具有更高的可靠性和安全性，為用戶提供了全方位的信息化解決方案，能夠使更多復雜、大型的工藝實現自動化監控。
