公路隧道水消防系统智能预警平台软件设计及应用研究

公路隧道水消防系统智能预警平台软件设计及应用研究

张青海

中交一公局电气化工程有限公司 100024

摘要：针对隧道火灾预警以及消防系统的应用，基于智能隧道的理念，将隧道工程基础数据、安全监测动态数据、隧道模型数据等信息进行网络化、数字化管理，开发了公路隧道智能监测预警系统。本系统应用于重庆三环高速公路合川至长寿段高速公路，经证明具有良好的稳定性，能够准确、及时识别出险事件，为公路隧道智能化工程管理提供了强有力的技术支撑。

关键词：公路隧道；水消防系统；智能预警平台软件；设计及应用

1公路隧道水消防系统智能预警平台软件设计的意义

在隧道水消防系统的维护管理方面，隧道多处于户外或野外，液位控制系统面临设备腐蚀、雷击灾害、稳定性不高等现状，这就要求工作在高速公路上的设备维护管理人员具备更高的责任心， 能及时对出现故障的没备进行维修及改造。在远程监测失效后，消防水池的抽水系统一直靠人工攀爬到现场查看水位情况，再根据需要到隧道内人工手动控制抽水系统，无法远程监控水池水量，存在安全隐患的同时，还造成人力物力的浪费。系统研究成果软件平台的落地能够实施掌握公路隧道各水池水位的状况，保障消防用水24小时不间断供应，极大的减少了原来的水位巡检工作，为用户节约了更多的劳动成本。此外，按设计隧道水消防设备监控进入隧道机电监控网络，原则由隧道监控系统集成，但往往很多隧道监控系统忽略了对水消防设备有效监测,有很多隧道的消防水池控制系统基本以现场或本地监控为主，无法实现信息化的集中监测控制管理。因此，研究建立独立的隧道水消防系统集中监控与预警平台软件，对各路段及隧道水消防系统进行全方面的远程监测与预警对提升信息化管理水平十分必要。具体来说，主要体现在以下几个方面：

1）隧道水消防系统本地优化、增强的硬件配套设计与集成能够让消防系统更高安全可靠，设施配备更完善，远程监测能力更强，检测手段更加充分，可达到可视化远程监测能力，大大增强了消防运行的安全性。

2）集中监控与预警软件平台研发的实施能够让远程监测、智能预警能力大大增强，可视化的监控能让消防安全风险降低，实现隧道水消防设备数据和报警集中监控，可实现对消防水位管理的数字化和网络化, 实时掌握各水位的状况, 远程维护，信息化管理,保障消防用水24小时不间断供应, 使原来定期现场检查水位的巡查工作量大量减少, 转为更多的指挥调度工作。

3）隧道水消防系统硬件配套补强设计和集中监控预警软件平台的研发，能够让水消防系统更加智能化综合监控运营管理，具有远程自动巡检，在线故障监测能力，大大节省人工维护成本。

2公路隧道水消防系统智能预警平台软件设计

2.1系统架构

整个隧道水消防系统包括两个部分，分别为本地优化、增强的硬件配套设计集成和集中监控与预警软件平台。（图1）系统支持隧道现场、区域中心/监控中心、集中中心/集控总中心三级模式，软件平台支持多级布署，其监控与管辖范围不同。

实施本课题后，能在监控中心实现对整个隧道水消防系统的远程监测和控制，能在监控屏幕上实时监控系统运行情况。对系统出现的异常实时发出警报，提醒监控人员检查和处理，实现远程智能控制，提高对隧道的管控水平，增强应急处置能力。通过对后台系统运行日志的分析，能有效发现如水池水位不足、水池有漏水、水泵运行故障、深水井水量不足等异常情况，解决靠人力现场巡查才能解决的难题，提高工作效率。

2.2功能设计

平台的功能设计如下：（1）地图总览：以GIS地图展示各路段、隧道消防水池分布位置及报警状态。（2）实时监测：实时显示所有消防水池的水位及监测设备运行、故障状态。（3）视频联网监控：对所有水消防系统摄像机视频进行联网实时监控与流媒体发布、历史视频查询与回放管理。（4）智能报警：水位过低或过高、漏水、缺水、现场断电、水位计故障时，自动提示报警信息，并向责任人手机发送报警短信，进行流程化处置，对人员进行考核与监督。（5）数据存储：所有监测数据自动存储，可查询、导出、打印。（6）统计分析：自动生成数据统计报表、一键生成时段分析曲线。

图1：隧道水消防系统预警软件平台

3公路隧道水消防系统智能预警平台软件的应用

（1）第一阶段：深化设计与平台架构研究

在前期调研的基础上对隧道水消防系统设备配套构成、远程监控与预警、远程维护等进行深入分析，在原隧道水消防系统基础上进行深化、增强设计，研究新增的机电配套设施及监测、预警要求，进行机电图纸的隧道水消防系统部分联合设计补强，形成《隧道水消防系统优化与补强设计》。以软件平台架基本技术体系进行研究，把系统软件从设计、需求、功能各方面进行规范化、标准化和系统分析。先从需求分析入手，再到技术应用，最后对集中监控与预警平台功能进行深入分析与技术，遵照软件工程规范要求，按步骤实施。进行隧道水消防系统集中监控与预警平台架构、体系、功能划块研究，形成《软件详细设计》，并与运营方交流完善。

（2）第二阶段：软件平台研发

本阶段主要进行隧道水消防系统集中监控与预警软件平台的软件研发工作，由协作单位按软件工程规范、项目管理流程，成立研发小组，把软件平台进行模块划分，制作研发计划，严格按软件标准流程进行软件主系统研发工作，进行第三方设备数据接口及通讯协议开发工作。

（3）第三阶段：机电集成与系统联调

按设计要求，进行现场的机电系统施工、集成。凡重点、变动过大的技术变动多做模拟试验，防止出现可能的问题，并定期与用户进行技术交流和讨论。

进行集中监控与预警软件平台软件的集成开发、测试等工作，定期对完成的模块进行测试，对系统进行完整、严格的可靠性测试。

进行软件平台现场布署，联合调试，对涉及的机电设备、子系统接口逐一进行设备监测和控制数据进行测试，直到达到设计功能并进行入实际运行。

（4）第四阶段：软件系统应用评价

第一，自主研发了针对隧道水消防远程集中监控与预警软件平台，具有自主知识产权，平台设计中采用了领域驱动设计的面向对象建模方法，系统分析和设计让系统架构灵活，抽象性高。平台采用面向服务的架构，在通讯组态内核的基础上构建了三层架构体系的多级架构。

第二，软件平台持多路段、多隧道大规模消防机电设备统一集中监控，监控点数体量大，多个既有子系统做到了集成与互联。平台提供丰富的控制功能库，采用和内置了多种智能预警和联动控制，包括：自适应控制、预估控制、专家控制、模糊控制方法等。

第三，软件平台有高稳定、集成化、定制化、可扩展特点，做到了可视化的编辑与组态，提供在线扩展。采用了可视化监测，预警及联动控制，自动巡检，远程维护，解决了隧道水消防系统远程监测、巡检不力等安全监测与维护上的问题。

第四，软件平台在原有隧道水消防设计基础上，以智慧消防为目标，研究了机电及配套设备深化、补强设计，对水消防系统配套设施从选型到配套优化、新增、集成等方面进行了深入研究与设计，形成了隧道水消防系统增强设计文件，弥补了消防标准设计上的不足，解决了消防远程监控、安全预警、自动巡检上的痛点。

第五，软件平台研究了隧道水消防系统智能化预警技术，通过设施配套及软件系统大数据分析等多种手段解决了水池/水井漏水、溢水、缺水、设备故障等各类智能化分析、监测与预警，实现了集中监控智能化预警与可视化的统一。

结束语

总之，本课题的研究能够让隧道水系统安全运行风险降低，远程监测水平提高，为隧道行车安全提供了保障，对建设高可靠、可管理高速公路交通运行和信息管理体系提供有力的技术支持和保障，从而极大的高速公路现代化运营管理水平。

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