【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 學(xué)位論文 緒論 1 第一章 緒論 課題背景及意義 隨著 我國(guó) 經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展 ， 交通運(yùn)輸在人類生產(chǎn)生活中的地位越來越重要，高速公路的建設(shè)步伐也隨之加快。 計(jì)劃到 2020 年，建成 山西省高速公路規(guī)劃“ 三縱十二橫十二環(huán) ”，為 全省 119 個(gè)縣（市、區(qū)）實(shí)現(xiàn)縣縣通高速公路 ， 由于山西省的特殊地理環(huán)境， 高速公路隧道作為一種特殊的建筑物，成為山西高速的一部分，由于其地形復(fù)雜，結(jié)構(gòu)封閉，交通量大。在其道路運(yùn)營(yíng)過程中，一旦發(fā)生火災(zāi)便會(huì)造成隧道主體工程損 壞，產(chǎn)生極大的危害性且逃生困難。隧道火災(zāi)的發(fā)生往往是由于汽車相撞、車輛裝載物品燃燒或爆炸、電力電氣線路短路等事故引發(fā)，其火災(zāi)特點(diǎn)是起火速度快、明火事故多于陰燃火。由于隧道環(huán)境密閉、交通量大、人員密集，逃生和救援工作相當(dāng)困難，若一旦發(fā)生火災(zāi)后不能迅速報(bào)警和及時(shí)處理， 必 將導(dǎo)致交通堵塞、重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。 能夠及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi) 的 異常狀態(tài)， 采取行動(dòng) 快速組織施救， 才能 最大限度的地減少損失?；馂?zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置 便 成為預(yù)防山西高速公路隧道火災(zāi)發(fā)生必不可少的配置之一。隧道火災(zāi)監(jiān)控自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 必須做到可 靠、先進(jìn)并具有集成性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，這樣才能立足于防患未然及早期自救。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)際隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀 日本是 非常 重視隧道火災(zāi)檢測(cè) 與 報(bào)警的國(guó)家 ，其在 1958 年開通的關(guān)門海底隧道， 便 安裝了空氣管式感溫火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)器等消防設(shè)備， 開啟了日本公路隧道安裝消防設(shè)施的先河。 1963 年建設(shè)名神高速公路時(shí)，隨著技術(shù)的提高，科技的進(jìn)步，安裝了輻射式火焰探測(cè)報(bào)警器。到了 1979 年研發(fā)出新的雙波長(zhǎng)火災(zāi)探測(cè)器，目前日本 90%的隧道采用該產(chǎn)品，并在我國(guó)亦有采用。 在歐洲國(guó)家則傾向于纜線式傳感 器報(bào)警，研究方向在光纖傳感及金屬電纜傳感方面，英國(guó)的 Rotherhithe 隧道是其第一條安裝了光纖火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的公路隧道，首次將火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)接入中央 控制和監(jiān)控系統(tǒng)；希臘的 Tempi 隧道是一條雙北京交通大學(xué) 碩士專業(yè) 學(xué)位論文 緒論 2 線鐵路隧道，采用了光纖分布式溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 國(guó)內(nèi)隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀 二十世紀(jì)九十年代起，我國(guó)新建的高速公路隧道也開始采用隧道火災(zāi)報(bào)警技術(shù)，典型的工程如： 1992 年成渝高速公路龍泉山隧道安裝了點(diǎn)煙式感煙探測(cè)器； 2021 年雁蕩山隧道群、重慶市石黃隧道、京珠高速公路粵境北段隧道雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)器。 在這些工程應(yīng)用中，不同的火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警技術(shù)有著不同的應(yīng)用效果。但國(guó)內(nèi)對(duì)隧道防火技術(shù)的研究尚屬初期，在已實(shí)施的隧道火災(zāi)檢測(cè)中大部分采用國(guó)外進(jìn)口設(shè)施，少數(shù)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)階段。 課題來源 本論文 來源于作者供職的公司針對(duì)山西苛臨高速公路隧道開發(fā)的 高速公路隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)。經(jīng)過大量的準(zhǔn)備工作，目前該項(xiàng)目研發(fā)完成，并經(jīng)過測(cè)試，已 投入使用 ,并通過相關(guān)部門的驗(yàn)收 ,取得了良好的效果。 論文組織結(jié)構(gòu) 第一章為緒論 ， 主要介紹了項(xiàng)目的選題來源及項(xiàng)目背景， 從 ETC 的定義及工作原理為引線開端，對(duì) ETC 不停車收費(fèi)系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及本項(xiàng)目所具有的理論和實(shí)際意義等內(nèi)容 做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹 。 第二章介紹了 有關(guān) 停車場(chǎng) ETC 系統(tǒng)的概念、 功能構(gòu)成 及 關(guān)鍵技術(shù) ，以及對(duì)項(xiàng)目涉及的相關(guān)技術(shù)和理論進(jìn)行分析， 制訂可行性實(shí)施方案。 第三章針對(duì)項(xiàng)目目前 的 現(xiàn)狀及 現(xiàn)場(chǎng)考察的環(huán)境 ， 針 對(duì)系統(tǒng) 的 功能需求進(jìn)行 分析 概述 并根據(jù)停車場(chǎng) 的 實(shí)際環(huán)境 進(jìn)行 系統(tǒng) 硬件 的需求分析 設(shè)計(jì)，總結(jié)了在硬件設(shè)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)及不足 。 第四章結(jié)合 ETC 系統(tǒng)的功能需求概述，對(duì)本項(xiàng)目停車場(chǎng) ETC 系統(tǒng) 軟件 進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。 第五章對(duì)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的停車場(chǎng) ETC 不停車收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)地 測(cè)試，以及對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析改進(jìn) ，總結(jié) 項(xiàng)目應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及不足。北京交通大學(xué) 碩士專業(yè) 學(xué)位論文 停車場(chǎng) ETC 收費(fèi)系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù) 3 第二章 火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究 為完成火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作，本章對(duì)系統(tǒng)中用到的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。 多線程的定義 線程是一組指令的集合，或者是程序的特殊段，它可以在程序里獨(dú)立執(zhí)行。也可以把它理解為代碼運(yùn)行的上下文。所以線程基本上是輕量級(jí)的進(jìn)程，它負(fù)責(zé)在單個(gè)程序里執(zhí)行多任務(wù)。通常由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)多個(gè)線程的調(diào)度和執(zhí)行。 多線程是這樣一種機(jī)制，它允許在程序中并發(fā)執(zhí)行多個(gè)指令流，每個(gè)指令流都稱為 一個(gè)線程，彼此間互相獨(dú)立。線程又稱為輕量級(jí)進(jìn)程，它和進(jìn)程一樣擁有獨(dú)立的執(zhí)行控制，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)度。 多線程是多任務(wù)的特殊形式。通常，有兩種類型的多任務(wù)：基于進(jìn)程和基于線程的多任務(wù)。進(jìn)程本質(zhì)上是正在執(zhí)行的程序。因此，基于進(jìn)程的多任務(wù)就是允許您的計(jì)算 機(jī)同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)或者更多程序的特性。例如，基于進(jìn)程的多任務(wù)允許您在使用電子制表軟件或者瀏覽 Inter 的同時(shí)運(yùn)行文字處理程序。在基于進(jìn)程的多任 務(wù)中，程序是調(diào)度程序可以分派的最小代碼單元。 多線程是為了使得多個(gè)線程并行的工作以完成多項(xiàng)任務(wù)，以提高系統(tǒng)的效率。線 程是在同一時(shí)間需要完成多項(xiàng)任務(wù)的時(shí)候被實(shí)現(xiàn)的 。 多線程 的 應(yīng)用 為了簡(jiǎn)化說明，假定該服務(wù)程序只提供 2 類功能，分別由函數(shù) funcl( )和 func2( )來實(shí)現(xiàn)?？蛻粼谡?qǐng)求服務(wù)時(shí)要指明功能號(hào) 1 或 2。另外限制需要同時(shí)提供服務(wù)的客戶數(shù)目。多線程程序的基本設(shè)計(jì)思想是，為請(qǐng)求服務(wù)的每個(gè)客戶建立 1 個(gè)線程，專門為該客戶提供服務(wù)。限制客戶數(shù)目就是限制同時(shí)存在的線程數(shù)目。這些動(dòng)態(tài)建立的線程對(duì)象 存放在數(shù)組中。通過查找該數(shù)組是否有空槽，來決定是否達(dá)到最大數(shù)目。同時(shí)利用該數(shù)組來管理這些動(dòng)態(tài)存在的線程及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)鏈路。整 個(gè)程序由 1 個(gè)主程序和提供 2 類服務(wù)的 2 個(gè)子程序組成。主程序 (主控線程 )在完成初始北京交通大學(xué) 碩士專業(yè) 學(xué)位論文 停車場(chǎng) ETC 收費(fèi)系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù) 4 化操作后，開始循環(huán)讀取郵箱中的網(wǎng)絡(luò)控制信息；在接收到連接請(qǐng)求信息后，主控線程就建立 1 個(gè)新線程，并指定相應(yīng)的函數(shù)作為執(zhí)行代碼；如果客戶要斷開連接，則主控線程查找到相應(yīng)的服務(wù)線程號(hào)，釋放該服務(wù)線程使用的網(wǎng)絡(luò)鏈路，并刪除此線程 。 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 車輛的技術(shù) 來 完成停車場(chǎng)收費(fèi)口對(duì)來往車輛的識(shí)別以及收費(fèi)數(shù)據(jù)的交換 處理 ，從而實(shí)現(xiàn)車輛不停車就可以收費(fèi)的目的。相比較于傳統(tǒng)的人工收費(fèi)系統(tǒng)而言，停車場(chǎng) ETC 收費(fèi)系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是不用停車就可以對(duì) 來往車輛進(jìn)行通行費(fèi)用的扣除 車 本章小結(jié) 本章分為兩部分內(nèi)容，第一部分主要從 停車場(chǎng) ETC 收費(fèi)系統(tǒng)簡(jiǎn)介、構(gòu)成、原理、 工作原 。北京交通大學(xué) 碩士專業(yè) 學(xué)位論文 高速 隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 第三章 高速隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)需求分析 系統(tǒng)概括 山西 省公安廳交管局在官方網(wǎng)站山西公安交警網(wǎng)上發(fā)布， 山西 省超過 5000 米的隧道有 32 條。針對(duì)與之相關(guān)的安全問題，省交管部門 對(duì)于高速隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警的問題相當(dāng)重視。 截至目前，山西省高速公路共有隧道 354 條，隧道總里程 451 公里，約占全省高速公路總里程的 6%，其中最長(zhǎng)的西山隧道長(zhǎng)度達(dá) 13654 米。 500 米以上隧道共 206 條（含 5000 米以上隧道）， 5000 米以上隧道有 32 條。加上山西氣候較為干燥，易發(fā)生汽車自燃，隧道火災(zāi)事故的風(fēng)險(xiǎn)非常高。 由于高速公路隧道空間相對(duì)封閉，濃煙不易擴(kuò)散，加上煙囪效應(yīng)，除燒傷之外，還會(huì)造成人員窒息，加上消防機(jī)構(gòu)駐地較遠(yuǎn)，救援力量趕赴現(xiàn)場(chǎng)需要時(shí)間，一旦發(fā)生火災(zāi)，后果將不堪設(shè)想。 一般來說，車輛發(fā)生自燃可以分為兩大類原因，一類是車輛運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)為危化物品，可能在運(yùn)輸途中因特殊原因?qū)е缕鸹穑硪活悇t是由于車輛缺乏保養(yǎng)、行駛中電、油路短路等引起火災(zāi)。 為了提高山西高速公路管理水平和運(yùn)營(yíng)效率 ,保障高 速公路運(yùn)營(yíng)安全、暢通 ,減少營(yíng)運(yùn)和管理成本 ,對(duì)山西高速公路的各路段高速隧道實(shí)行集中管理 ,其監(jiān)控中心設(shè)在各路段隧道管理站。在每條隧道的本地都建有本地隧道監(jiān)控工作站 (為節(jié)約成本往往與隧道變電所合建 ),在本地隧道監(jiān)控工作站內(nèi)設(shè)有監(jiān)控計(jì)算機(jī)和控制柜 ,火災(zāi)報(bào)警主機(jī)等設(shè)備 ,主要完成對(duì)隧道采集的信息進(jìn)行上傳下發(fā)工作。當(dāng)其與上級(jí)監(jiān)控中心通信中斷時(shí)可以自主完成對(duì)下級(jí)區(qū)域控制器的控制工作。在每條隧道都在安裝了多個(gè)區(qū)域控制器 ,完成對(duì)隧道內(nèi)各機(jī)電設(shè)備的控制。隧道內(nèi)的機(jī)電設(shè)備包括 :通風(fēng)設(shè)備 (風(fēng)機(jī) )、照明燈、車輛檢測(cè)儀、 CO/VI 檢測(cè)儀 、光強(qiáng)檢測(cè)儀、情報(bào)板、可變限速標(biāo)志、 CCTV 閉路電視、交通指示燈、火災(zāi)報(bào)警器等。 高速公路隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的目標(biāo) 系統(tǒng)通過各硬件系統(tǒng)的配合 ,能對(duì)各機(jī)電設(shè)備、安全指標(biāo)、交通管理、環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)、控制、智能化管理。并提供事故預(yù)處理方案 ,提高管理效率、節(jié)約能源、確保行車安全 ,為積極預(yù)防、處理事故提供可靠的保障。 北京交通大學(xué) 碩士專業(yè) 學(xué)位論文 高速 隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 同時(shí) ,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)、交通事故、交通阻塞、隧道養(yǎng)護(hù)維修、緊急停電等異常情況時(shí) ,能提供各種報(bào)警聯(lián)動(dòng)預(yù)案 ,以便迅速及時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)處理事故。 系統(tǒng)能提供對(duì)操作記錄、事件記錄、報(bào)警記錄、上下 班記錄等數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、打印等功能 ,以便操作員了解和統(tǒng)計(jì)各機(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況 ,有效地對(duì)隧道內(nèi)各機(jī)電設(shè)備進(jìn)行管理。 隧道 火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 高速公路隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)采用四層管理模式：第一層是設(shè)在隧道管理站的監(jiān)控中心 ,在此監(jiān)控中心設(shè)有監(jiān)控主機(jī) ,用于管理本路段的高速隧道。監(jiān)控主機(jī)以高速以太網(wǎng)進(jìn)行連接 ,組成高速的以太網(wǎng)局域網(wǎng)。三臺(tái)監(jiān)控主機(jī)之間互為備份 ,在其一臺(tái)或兩臺(tái)監(jiān)控主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí) ,其它正常運(yùn)行的主機(jī)可以接管其它主機(jī)所監(jiān)控的任務(wù) ,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。第二層為各隧道的本地監(jiān)控站 ,在各條 隧道的兩端設(shè)有監(jiān)控室 (或變電所 ),控制和管理各區(qū)域控制器 (PLC),對(duì)各區(qū)域控制器 PLC 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理 ,并把所采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)加工處理后送入監(jiān)控中心。同時(shí)接受監(jiān)控中心下達(dá)的監(jiān)控命令 ,把命令傳送給相應(yīng)的區(qū)域控制器 PLC。與此同時(shí)在監(jiān)控中心與本地監(jiān)控主機(jī)之間的通信出現(xiàn)故障時(shí) ,可以對(duì)各區(qū)域管理器 PLC進(jìn)行有效的管理和監(jiān)控。第三層為各區(qū)域控制器 PLC 對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制 ,各個(gè)區(qū)域控制器 PLC通過光纖冗余自愈環(huán)網(wǎng)進(jìn)行連接 ,把采集到的信息送入隧道本地監(jiān)控主機(jī) ,各 PLC 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行直接的管理和控制 。第 四層是各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 ,其中包括 :提供通風(fēng)的射流風(fēng)機(jī)、提供照明的各種燈具、 CO/VI 檢測(cè)儀、風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)儀、車輛檢測(cè)儀、光強(qiáng)度檢測(cè)儀、緊急電話、 CCTV 攝像機(jī)、有線廣播、火災(zāi)報(bào)警器 (差溫光纖自動(dòng)報(bào)警器和手動(dòng)報(bào)警按鈕 )、車道指示器、可變情報(bào)板和可變限速標(biāo)志等隧道機(jī)電設(shè)備 []。 高速公路隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的管理層和隧道集中控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) : 1. 隧道監(jiān)控中心和隧道本地工作站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 由于以太網(wǎng)已成為局域網(wǎng)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn) ,所以隧道監(jiān)控中心采用目前在技術(shù)上和管理經(jīng)驗(yàn)上都比較成熟的以太網(wǎng)技術(shù)。一是由于目前以太網(wǎng)巨大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 和長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累 。二是目前所有流行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序也都是與以太網(wǎng)兼容的 。三是擴(kuò)展性好、容易安裝以及高可靠性。以太網(wǎng)接入采用異步工作方式 ,很適于處理 IP 突發(fā)數(shù)據(jù)流。系統(tǒng)采用以以太網(wǎng)交換機(jī)為中心的星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性 ,系統(tǒng)使用三臺(tái)隧道監(jiān)控主機(jī)互為熱備份。平時(shí)每臺(tái)主機(jī)各監(jiān)控一條隧道 ,當(dāng)其中的一臺(tái)或兩臺(tái)發(fā)生故障時(shí) ,其余主書 L可以接管故障監(jiān)控主機(jī)的監(jiān)控任務(wù) ,來保證對(duì)隧道監(jiān)控的正常進(jìn)行。另外 ,隧道監(jiān)控中心管理層也提供北京交通大學(xué) 碩士專業(yè) 學(xué)位論文 高速 隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 了服務(wù)器雙機(jī)兀余熱備份 ,來進(jìn)一步保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性和系統(tǒng)的可靠性。 2．高速公路隧道火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的各隧道的現(xiàn)場(chǎng)集中控制層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[17] 按照隧道分類標(biāo)準(zhǔn)南山隧道全長(zhǎng)為 4873m,為特長(zhǎng)隧道 。鐵峰山 1隧道全長(zhǎng)2318m,為長(zhǎng)隧道 。鐵峰山 2隧道全長(zhǎng) 6021m,為特長(zhǎng)隧道。以上隧道均為雙洞單向二車道。萬開高速公路隧道控制層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,三隧道均采用工業(yè)以太網(wǎng)加 PLC 的方式進(jìn)行組網(wǎng) ,組成光纖冗余自愈環(huán)網(wǎng)。 工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù) ,在技術(shù)上與商用以太網(wǎng) (即 標(biāo)準(zhǔn) )相同。不過 ,工業(yè)以太網(wǎng)在材料的選擇上、產(chǎn)品的適用性、產(chǎn)品的強(qiáng)度、實(shí)時(shí)性和抗干擾能 力、可靠性和本質(zhì)安全等方面都得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化與提高 ,能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)苛刻的環(huán)境要求。 由于以太網(wǎng)采用 CSMA/CD(CarriesSenseMultipleAeCesswithCollision Detection,載波檢測(cè)多路偵聽 )介質(zhì)訪問控制方式 ,其本質(zhì)上是非實(shí)時(shí)的 ,可導(dǎo)致信息傳輸?shù)臏?,且其滯后是隨機(jī)的 ,可能會(huì)造成響應(yīng)時(shí)間是不確定的