（交通信息工程及控制专业论文）长大隧道紧急事件预案管理平台设计与实现.pdf

摘要 随着我国高速公路隧道的建设和发展，隧道安全逐渐引起人们的重视，而隧道监控 技术的完善与成熟对隧道安全起关键性作用。长大隧道紧急事件预案管理平台是隧道监 控系统的重要分支，当隧道出现紧急事件时，它能够及时的提供解决预案，控制隧道现 场设施、调度相关部门进行综合服务，从而避免造成重大人员伤亡和经济损失，减小二 次事件的发生几率，因此长大隧道紧急事件预案管理平台的建立不仅是对隧道监控系统 功能的完善，同时也是对紧急事件管理建设的推进。 通过对隧道环境和隧道监控系统的分析，明确了隧道监控系统目标和功能，归纳了 隧道紧急事件分类，并结合当今隧道监控系统在紧急事件解决预案中存在的问题，总结 了本文的主题思路。 通过对紧急事件的预案管理存在问题的分析，设计了新的预案管理平台框架，搭建 了紧急事件预案管理平台结构体系，解决了在未出现实际事件情况下，构造虚拟紧急事 件的问题。经过分析预案的属性及其特征，实现了在预案管理平台上进行预案的编辑、 修改、删除等操作，编写了预案的逻辑结构和算法。 应用基于案例的推理和基于规则的推理相结合生成预案。基于案例推理模块主要采 用面向对象的方法，根据案例的属性特征对案例进行表示。编写了案例的表示与组织以 及预案的检索算法，然后获取相似事件所对应的解决方案，进而解决紧急事件预案的查 询问题。基于规则推理模块采用基于产生式规则为主、面向对象方法为辅的知识表示方 法，建立了系统知识库并且综合运用基于规则推理和面向对象推理实现了系统推理机。 最后经过对平台数据信息的划分，应用数据库技术，编写了支持预案管理平台的数 据库信息，解决了事件库和预案库中各个数据表的设计问题，完成了各相关数据表问的 e r 图的设计。 关键词：隧道，紧急事件，预案管理，案例推理，规则推理，检索算法 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dc o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n to ft h ee x p r e s s w a yt u n n e li nc h i n a , t h es a f e t y o ft u n n e li sg r a d u a l l yf o c u s e do n , a n dt h ei m p r o v e m e n to ft h et u n n e ls u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o l s y s t e mi sap i v o t a lr o l ef o rt h et u n n e ls a f e t y t h ee m e r g e n c yp l a nm a n a g e m e n tp l a t f o r mi n e x p r e s s w a yt u n n e li sa ni m p o r t a n tb r a n c ho ft h et u n n e ls u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o ls y s t e m ，i tc a n p r o v i d et i m e l ys o l u t i o np l a nw h e nt h ee m e r g e n c yh a p p e n e d ，t h e nt h et u n n e ls c e n ef a c i l i t i e s a r ec o n t r o l l e da n dt h er e l a t e dd e p a r t m e n t sa r es c h e d u l e df o ri n t e g r a t e ds e r v i c e s s o 邪t oa v o i d c a u s i n gm a j o rc a s u a l t i e sa n de c o n o m i cl o s s e s ，r e d u c et h ei n c i d e n c eo fs e c o n dc h a n c e s e s t a b l i s h i n gt h ep l a t f o r mi sn o to n l yt oc o n s u m m a t et h ef u n c t i o no fs u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o l s y s t e m ，b u ta l s ot oa d v a n c et h ec o n s t r u c t i o no fe m e r g e n c ym a n a g e m e n t t h r o u g ha n a l y z i n gt h ee n v i r o n m e n ta n ds u r v e i l l a n c eo ft h et u n n e l ，t h eg o a la n dt h e f u n c t i o no fs u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o ls y s t e mi nt u n n e la r ee x p l i c a t e d ，t h e c l a s s i f i c a t i o n e m e r g e n c yi nt u n n e li si n d u c e d ，t h e nu n i o n st h ep r o b l e m sf o rs o l v i n gp l a no ne m e r g e n c y i n c i d e n to fs u r v e i l l a n c ei nm o d e mt i m e ，t h et h e m eo ft h ep a p e ri ss u m m a r i z e d a f t e ra n a l y z i n gt h ep r o b l e mf o rs o l v i n gp l a n ，t h en e wf r a m ei sd e s i g n e da n dt h es t r u c t u r e s y s t e mi sb u i l df o r t h ep l a t f o r m ，t h ep r o b l e m so fs t r u c t u r eh y p o t h e s i z e de m e r g e n c yi ss o l v e d o nt h ec o n d i t i o n so ft h e r ei sn oa c t u a le v e n t s a n a l y z i n gt h ea t t r i b u t ea n dc h a r a c t e r i s t i co ft h e p l a n ，t h eo p e r a t i o na r er e a l i z e do nt h ep l a t f o r mw h i c hl i k ee d i tp l a n ，m o d i f yp l a n ，d e l e t ep l a n a n ds oo n ，a n dt h el o g i cc o n s t r u c t i o na n d a l g o r i t h mo ft h ep l a na r ec o m p i l e d c o m b i n i n gt h ec a s e - b a s e dr e a s o n i n ga n dr u l e - b a s e dr e a s o n i n gf o rc r e a t i n gp l a n ，c a s e b a s e dr e a s o n i n gm o d u l em a i nu s e st h e o b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d ，t h ec a s e sa r ee x p r e s s e d a c c o r d i n gt ot h ea t t r i b u t e so ft h ec a s e s t h ed e n o t a t i o na n do r g a n i z a t i o no ft h ep l a na r e c o m p i l e d ，器w e l l 嬲p l a nf o rt h er e t r i e v a la l g o r i t h m ，a n dt h e nt h es i m i l a re v e n t s c o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n sa r ea c c e s s e d ，t h a th e l ps o l v i n gt h ee m e r g e n c yp l a nq u e r i e s r u l e b a s e dr e a s o n i n gm o d u l eu s e st h ek n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o nm e t h o d sw h i c hm a i n l yb a s e do n r u l e sa n ds u p p l e m e n t e db yo b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d s ，a n dt h ek n o w l e d g eb a s eo ft h es y s t e mi s b u i l du p ，a l s oi n t e g r a t e du s e sr o l eb a s e dr e a s o n i n ga n do b j e c t - o r i e n t e dr e a s o n i n gt oa c h i e v e i i t h es y s t e mi n f e r e n c ee n g i n e a tl a s t ，b yp a r t i t i o no ft h ed a t ai n f o r m a t i o no ft h ep l a t f o r m ，t h ed a t a b a s ew h i c hi sh o l do u t t h ep l a t f o r md a t ai sc o m p o s e d ，t h ed e s i g n a t i o no fd a t a - g r i di ss e t t l e di ne v e n td a t a b a s ea n d p l a nd a t a b a s e ，t h ed e s i g n a t i o no fe rf i gi sa c c o m p l i s h e do nr e l a t e dd a t a - g r i d k e y w o r d s ：t u n n e l ，e m e r g e n c y , p l a nm a n a g e m e n t ，c a s er e a s o n i n g ，r u l er e a s o n i n g ，r e t r i e v a l a l g o r i t h m i i l 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 杏1 、) 、乞 l 3 年弘只e t 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 舀j 1 1 i 衫l 导师签名i 8 年0 窍) e l 如咽年乒月，日 长安人学硕士毕业论文 1 1 论文研究的目的和意义 第一章绪论 交通运输业的发展水平是一个国家兴旺发达的重要标志。为了改善长期以来交通 运输业严重制约经济发展的状况，“八五 以来，特别是“九五 、“十五 期间，公路 道路基础设施的落后面貌发生了巨大的变化。截止到2 0 0 5 年底，我国高速公路总罩程 突破了4 1 万公里，居世界第二位【。为了符合国家经济发展的需要，交通部制定的 国家高速公路网规划中指出：到2 0 2 0 年，我国高速公路网将达到8 5 万公里，可 以覆盖1 0 多亿人口，接近高速公路世界第一的美国8 8 万公里的规模，这将大大改善 我国的交通运输状况，极大地促进我国经济进一步高速发展【2 1 。 在高速公路交通的诸多领域中，隧道是其重要组成部分。长大隧道环境与普通路 段环境相比具有隧道内外亮度差极大、空气污染严重、侧向净宽较小、隧道内高度有 限、噪音高等特点，从而造成隧道路段的交通阻塞时间、事故发生率、交通能耗以及 对环境的污染成倍增加【3 1 ，所以长大隧道应配备较为完善的监控系统，实行有效的管 理，当出现紧急事件时，监控系统应提供紧急事件预案管理，保证紧急事件的准确、 及时发现并能够得到快速、高效的处理。在以上情况下，能否高效、及时处理长大隧 道出现的紧急事件将会极大的影响高速公路的发展。 隧道紧急事件管理是智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s - i t s ) 中紧 急事件管理系统的一个分支。它运用各种先进的电子技术、信息技术、传感器技术和 系统工程技术，为隧道监控管理中心提供隧道中发生事故的位置、类型、等级，同时 为救援工作的开展提供相应的信息和处理方案，减少交通事故救援时间，预防出现二 次事故：同时降低紧急事件对交通产生的影响，从而避免交通阻塞，保证交通运输顺 畅。 1 2 国内外相关研究状况 据美国运输工程师协会估计，高速公路使用紧急事件管理后，在交通拥挤期间可 以减少1 0 1 5 的行程时间。许多事件管理系统在应用后都进行了效益评估，如1 9 9 7 年马里兰州由于c h a r t 项目的实施，总的延误时间减少1 5 6 0 力车辆每小时，燃油消 1 第一章绪论 耗大约减少5 8 5 万加仑，潜在的二次事故减少3 3 7 起，c h a r t 系统的效费比超过7 ：l 。 亚特兰大n a v i g a t o r 系统建成后，事件检测和确认的时间由原来的4 2 分钟减少到 1 1 分钟，降低了7 4 ：事件确认和自动产生事件响应之间的平均时间降低5 0 ( 从 9 5 分钟降到4 7 分钟) ；事件确认和车道清除之间的平均时间从4 0 5 分钟降到了2 4 9 分钟，降低3 8 。事件管理在产生巨大的经济效益的同时还能带来诸多无法度量的社 会效益如，缓解事件当事人的紧张心理和减少事件带来的不便，减少延误，减少有害 气体的排放，改善公共关系等 4 】。 从世界范围来看，紧急事件管理有些是相对独立的系统，而更多的是注重运用i t s 的理念，把事件管理系统与其它系统进行集成，通过通信链路的连接实现信息共享和 互相配合，以达到整个交通运输系统的高效、安全运行的目的。圣地亚哥、亚特兰大 的i t s 等就是把高速公路事件管理系统与城市道路信号控制系统、出行者信息系统、 电子收费系统等进行协调和集成的有益尝试。因此，充分运用i t s 新技术、新策略对 事件管理系统进行扩充和改造是未来的发展方向【4 】。 就紧急事件管理系统而言，我国在该领域的研究和实施都处于刚刚起步的阶段， 目前报道的仅有首都机场高速公路建成的事件快速响应系统。这样的现状虽然远远落 后于发达国家，但是我们已经充分认识到及时、高效的高速公路紧急事件管理系统是 是高速公路安全、快速、高效运行的保障【4 】。 随着我国高速公路的大幅度增长，相关高速公路隧道监控管理中的紧急事件管理 系统越来越引起人们的关注。由于长大隧道洞内环境与洞外公路存在的差异，所以对 长大隧道紧急事件的管理将成为独立的研究课题。 1 3 论文选题及研究方向 长大公路隧道( 以下简称隧道) ，因其里程长、控制复杂的特点，紧急事件诱因较 一般路线大大增加，紧急事件的消除难度也相应增大，容易造成重大的生命财产损失， 因此对隧道紧急事件预案管理具有十分重要的意义。 在隧道监控系统中，紧急事件的管理是其重要的组成部分，而一个完整的紧急事 件管理系统是由很多部分组成的，其中包括对事件的检测、事件的响应、事件的确认、 事件处理等几部分，本文主要针对事件处理这一部分进行探讨。在长大隧道监控系统 2 长安大学硕十毕业论文 中，紧急事件的预案管理重点解决紧急事件的处理问题，通过预案管理平台能够实现 对紧急事件预案快速准确制定，及时处理事件、指挥相关部门综合服务。 1 4 研究方法及研究内容 长大隧道紧急事件预案管理平台的有效性，主要体现于隧道在发生紧急事件时， 紧急事件的快速、准确处理上，即如何快速的得到紧急事件的解决方案，这将成为本 论文讨论的主要内容。本论文对预案管理平台进行软件界面设计，并采用基于案例的 推理方法设计预案检索算法以及基于规则推理的专家系统相结合生成预案。 长大隧道紧急事件管理系统包括对虚拟紧急事件构造和紧急事件预案的管理两个 主要模块。紧急事件构造模块主要作用为虚拟紧急事件仿真，为接下来的预案管理提 供虚拟平台支持；预案管理模块主要针对虚拟事件或隧道中发生的紧急事件的解决预 案进行管理，在通过对事件库中相似紧急事件的匹配检索，从而得到紧急事件处理方 案，或者通过专家系统的预案生成系统得到解决方案，实现对紧急事件解决的及时性 和准确性。对于数据库的设计也将成为所需要的部分，为整个预案平台提供数据支持。 在本论文中，紧急事件的预案检索采用基于案例的推理，对隧道内发生的事件或 者虚拟紧急事件进行相似性检索，将检索得到的相似事件的处理方案进行修改适应， 进而得到其处理预案，当未检索到相似事件时，采用基于规则推理生成预案。 1 5 论文结构安排 论文除了第一章绪论和结语与展望以外，主要分为以下四个章节： 第二章为隧道紧急事件处理的存在的问题。给出隧道按照里程数的分类，在本文 中主要针对较为复杂的长大隧道进行讨论，并分析隧道交通环境特点，阐述了隧道监 控系统的监控目标与其功能，为论文做基本的铺挚，对紧急事件的分类进行说明；提 出了在当前隧道预案管理系统存在的几个问题，为了解决这几个问题，引出了论文以 下章节的主要方向。 第三章为紧急事件预案管理平台设计与实现。在这一部分设计紧急事件预案管理 平台总体框架和平台结构体系，并设计紧急事件的处理流程图。接着分别对虚拟事件 平台和预案管理平台两个模块进行界面设计，并对预案逻辑结构及其基本操作进行了 3 第一章绪论 分析。 第四章为紧急事件预案检索及生成。将基于案例的推理与基于规则的推理相结合， 生成紧急事件处理预案。分两种情况进行讨论，应用基于案例的推理检索相似事件， 当能够检索到相似事件时获取相似事件解决方案，这种情况的讨论重点也是本论文讨 论的重点检索算法的设计，当没有检索到适应的解决方案时，应用基于规则推理 的专家系统生成预案，针对这种情况给出设计思想。 第五章为紧急事件预案数据库设计。分为三部分分别进行设计：综合数据库设计、 元数据库设计和e r 图设计。包含部分数据表的设计。 4 长安大学硕十毕业论文 第二章隧道紧急事件处理存在的问题 2 1 隧道分类及其环境特点 2 1 1 隧道分类 公路隧道按照公路等级的不同可分为高速公路隧道、一级公路隧道和二级及二级 以下公路隧道。 根据隧道长度的不同，可以将隧道分为四类，如表2 1 所示： 表2 1 公路隧道分类5 l 隧道长度 3 0 0 0 m3 0 0 0 m mo o o m10 0 0 m 2 5 0 m 2 5 0 m 分类类型 特长隧道长隧道中隧道 短隧道 2 1 2 隧道环境特点 相对于洞外公路而言，公路隧道属于半封闭环境，具有与洞外公路不同的环境特 点【6 1 0 ( 1 ) 环境照度低 隧道内照度一般在5 1 0 0 1 x 范围内。在白天汽车驾驶员从明亮的环境接近、进入 和通过隧道时，将会产生种种特殊的视觉问题。由于隧道内外亮度差别极大，从隧 道入口会看到黑洞( 长隧道) 或黑框( 短隧道) 现象。进入隧道后，因急剧的亮度 变化，人的视觉不能迅速适应而看不清楚隧道内情况。 隧道内部由于汽车排出的废气无法迅速消散，形成烟雾，可将汽车头灯和道路 照明器发出的光吸收和散射，降低了能见度。 在隧道出口，白天外部亮度高，看上去是个亮洞，夜间看到的又是黑洞，因而 驾驶员不能很快看清外部道路的现行及路上的障碍物。 ( 2 ) 空间有限 隧道侧向净宽较一般公路小，且高度有限。驾驶员在进入隧道后，视距有限， 心理上易产生不安与压迫感，而使操作自由度降低。再加上隧道内较一般区段黑暗 5 第二章隧道紧急事件处理存在的问题 等因素，均会导致行驶速度下降，通行能力降低。 ( 3 ) 空气污染严重 因隧道内特有的空间限制，车辆在通过隧道时，排放的气态及游离固态微粒合 成的有害废气和车辆携带的灰尘卷起的尘埃，无法迅速消散。虽然车辆通过隧道产 生活塞响应，但隧道仍然会不断积累，废气含量增加，严重污染洞内空气，影响行 车环境。 ( 4 ) 环境噪声大 由于隧道内洞壁的反射，隧道内噪声较洞外高出许多，尤其是在未装吸音板的 隧道内更突出，以致影响到驾驶员正常的思维判断和反应能力。 2 2 隧道监控系统的目标与功能 2 2 1 隧道监控系统的目标 i t s 是将先进的信息技术、通信技术、控制技术以及人工智能技术和运输组织等 技术有效的综合运用于整个交通运输的组织管理和经营管理体系，在系统工程综合集 成理论与方法运用中建立起来的一种实时、准确、高效、高技术的交通运输综合组织 管理和运营服务系统【7 】。 隧道作为高速公路路段的特殊构造物，具有易发生事故及事故危害性大、难于处 理等特点，是高速公路运输网的瓶颈路段。据有关资料统计【8 _ 0 1 ，隧道内发生火灾或 事故的比率为每1 亿车1 公里发生o 5 起。另外，德国对汉堡连接联邦高速公路的易 北河隧道初期运营情况进行评估统计，报告表明隧道中平均每月发生一起车辆事故。 虽然从整体上高速公路隧道发生大型事故、火灾次数不多，但事故、火灾的后果严重， 尤其是长大高速公路隧道。近年来，国内外发生了多起重大事故，1 9 9 5 年4 月1 0 日 奥地利p h a e n d e r 隧道事故造成3 人死亡【1 1 】；1 9 9 6 年3 月1 8 日意大利p a l m e o 隧道油 罐车爆炸造成5 人死亡；1 9 9 9 年3 月2 4 日法国至意大利勃朗峰隧道载重汽车起火， 未及时引导造成3 9 人死亡【1 2 郴l ，至今该案还处于审理之中。在国内，1 9 9 9 年9 月3 0 日凌晨5 时许，在浙江省甫台温高速公路湖雾岭隧道( 4 1 1 5 m ) ，由于一辆装载9 吨苯乙 烯的槽车机械故障撞到隧道侧壁上，造成重大事故并有部分人员伤亡；2 0 0 2 年1 月1 0 同上午9 时4 5 分，在浙江省甫台温高速公路长3 6 0 0 m 的猫猩岭隧道，一辆卡车在刚 6 长安大学硕上毕业论文 进洞口因机械故障发生爆炸，由于诱导与处理及时得当，未造成人员伤亡，但造成隧 道结构和机电设备损坏，损失近1 0 0 万元【1 4 1 。因此通过何种方式预防事故或火灾的发 生，并在事故或火灾发生时，能及时准确给司乘人员提供紧急事件解决方案，并指挥 救灾，尽可能减少事故或火灾带来的损失及二次事故的发生，是亟待解决的问题【1 5 1 。 隧道监控系统作为隧道安全保障的重要部分1 6 1 ，也是高速公路i t s 的一个重要部 分，主要完成对隧道的各种交通数据的职能分析结果给出一定的解决方案，对隧道交 通进行诱导，最低限度地降低意外事件造成的影响。隧道监控系统集交通管理、设备 管理、运营管理、应急指挥于一体的综合管理信息系统，各子系统协调配合，监控隧 道内的运营状况，预防和及时检测并排除隧道内的各种事故，保证道路畅通，实现安 全行车和保护环境的系统目标。完善、成熟的隧道监控系统在高速公路长大隧道监控 领域中具有广泛的应用前景。 2 2 2 隧道监控系统的功能 ( 1 ) 对隧道的外场设备进行现场控制和监控中心综合控制两级信息管理。外场设备 现场控制按照设备一定的控制模式，实现p l c 对现场设备的自动控制【1 7 】； ( 2 ) 监控系统将交通、通风、照明和火灾报警系统的下层设备获得的各种信息，通 过系统指挥和协调数据的流向，并存入统一的数据库中，供各分系统读取、处理，并 向外场设备发布控制命令，存储运行记录，以及提供值班人员随时调用、显示、打印 系统运行的数据； ( 3 ) 监控中心监控软件提供竣工文档管理查询功能，并通过分析隧道运营的历史数 据，为隧道管理员提供隧道运营、养护、设备管理的决策支持； ( 4 ) 监控中心监控软件提供在不同类型的交通事件、火灾事件、超高车辆进入等紧 急事件的应急预案； ( 5 ) 为高速公路管理中心提供相关交通流量信息，辅助完成高速公路交通控制。 2 3 隧道紧急事件分类 广义来讲，紧急事件是指随机发生的车辆交通事故、故障车停驻或缓行及货物散 落和道路养护施工等使道路通行能力下降等事件【1 8 j 。对于隧道紧急事件，可根据事件 发生的原因分为以下七类：第一，隧道维修导致通行能力下降；第二，周期性大交通 7 第二章隧道紧急事件处理存在的问题 量引起隧道交通拥挤甚至阻塞；第三，超标；第四，火灾引起交通中断；第五，货物 散落导致隧道通行能力下降；第六，由于停车故障、事故等导致隧道通行能力不足， 形成车辆排队，降低运输效率；第七，慢行车辆引起交通拥挤。对于以上七类事件而 言，第一、第二、第三类属于可预知的阻塞；第四类可通过隧道内的火灾探测器等手 段检测；第五、第六、第七类事件可通过交通异常事件检测技术检测。 随着隧道投入运营，各类事件对交通的影响和发生概率如表2 2 所示： 表2 2 事件对交通的影响和发生概率 发生概率 事件名称危害程度 通车初期通车中期通车后期 火灾 最严重小小稍大 超高车辆进入隧道严重大小小 交通阻塞 较严重小稍人大 交通拥挤 一般小小严重 交通事故 不确定稍大小稍人 偶发作业较轻不确定不确定不确定 隧道作业 轻 按计划按计划按计划 人为破坏 不确定小小小 以下是对隧道交通事故发生地段进行的分析1 1 9 】： ( 1 ) 隧道交通事故主要集中在长大隧道内，8 0 0 m 以下的隧道很少发生交通事故。 ( 2 ) 隧道交通事故发生的地点既非均匀分布，也非随机分布，而是主要集中在长大 隧道进出1 ：32 0 0 , - - 4 0 0 m 的路段范围以及特长隧道的中部。主要原因在于：车辆刚刚进 入隧道时，路面条件和道路环境的瞬时改变造成车辆的侧滑；在明暗交替变化的过程 8 长安大学硕十毕业论文 中，明暗度变化太大，而变化过程时间太短，驾驶员的视觉不能立即适应，易引发各 种交通事故；隧道内光线差、空间狭窄等。 2 4 隧道紧急事件处理存在的问题 鉴于隧道断面较窄，没有紧急停车带，加上空间封闭，不利于烟雾和有毒气体扩 散稀释及照明不利等因素，导致隧道内发生紧急事件时具有联络不畅、救援不易、情 况不明和危害性加大等特征。隧道监控系统设计需要事先根据隧道可能发生的各种情 况科学制定一套周密有效的紧急事件控制预案及措施，以应对事件发生，降低事件影 响和人员伤亡，减小经济损失【2 0 1 。 目前，隧道监控系统的控制作用没有充分的发挥，还主要停留在设备或单一子系 统的数据采集和控制功能上，不能有效的发挥系统的整体控制功能2 0 1 ，主要表现在： ( 1 ) 控制策略或预案缺乏系统完整性 系统在针对隧道发生火灾、事故等异常事件时所制定的隧道内车辆和人员安全疏 散、交通控制、事件处理，以及重新开放隧道交通等方面的控制预案和程序缺乏系统 完整性。控制预案执行过程和效果未充分利用所有采集数据进行系统分析来相互加以 验证。同时控制预案缺乏逻辑性，各控制措施或控制阶段之间划分不清，执行条件不 明确，甚至出现互相矛盾、前后不一致或无法执行的情况。隧道控制预案中还普遍存 在事件处理过程的完整性不够突出的问题。 ( 2 ) 控制策略不切实际 隧道发生火灾、事故等异常紧急事件时，往往需要很多部门的共同协调处理，因 此控制预案需要充分调查了解各部门在事件处理中的先后顺序、到场时间、操作流程， 以及各自职责等实际业务情况，才能制定切实有效的控制预案。 从隧道监控系统的设计角度考虑，整个隧道的安全运营是隧道监控系统所要达到 的最根本目标，同时也是最终的目标。作为隧道监控软件的设计人员和隧道监控软件 的使用安全人员，都分别在软件建立和软件的安全使用过程中起着重要的作用。隧道 监控软件设计人员主要承担软件的建立，按照需求分析，进行软件程序编写，工作重 点就归结在如何建立功能健全的隧道监控软件；隧道监控软件使用人员，作为隧道安 全管理人员，他们是隧道监控软件的使用者，当隧道正常运行时，监控软件能够实现 9 第一二章隧道紧急事件处理存在的问题 安全人员的要求，但是当出现紧急事件时，隧道监控软件是否能够提供安全、稳健的 预案，保证隧道监控软件安全有效地处理紧急事件，成为隧道安全管理人员的工作重 点。 因此要解决的问题就集中在负责隧道软件建立的设计人员，如何与隧道安全管理 人员合作，从而达到既能保证隧道软件的正常运营，同时也保证隧道在出现紧急事件 时的快速、有效处理。这个问题将在第三章中进行解决，在设计预案管理平台时，提 供虚拟紧急事件构造模块，这样可以帮助隧道安全员对紧急事件进行模拟，不断的提 高隧道安全员的经验以及处理事件能力，这也是设计预案管理平台的特点之一。 为了解决以上总结的问题，本文的主题思路也是本文主要的工作，体现在以下几 个方面： ( 1 ) 提供虚拟紧急事件的构建平台。此平台为隧道监控软件操作人员提供虚拟事件构 造，不仅能够锻炼软件操作人员的应急能力，同时也能够对预案库中的预案进行分析、 学习。 ( 2 ) 提供紧急事件预案的检索平台。当发生紧急事件或构造了虚拟事件，要得到事件 的解决预案，首先通过相似事件检索算法，检索到相似事件，从而获取其处理方案， 通过修改适应使用到当前事件中。 ( 3 ) 提供预案生成过程设计。没有检索到合适的解决预案时，应用基于规则的推理专 家系统生成预案。 ( 4 ) 提供对相关数据库的设计。 2 5 本章小结 本章主要针对隧道的相关知识进行分析，包括隧道的分类和隧道的环境特点，隧 道监控系统在隧道管理中的目标和功能，隧道紧急事件分类，对当前隧道监控系统紧 急事件处理预案存在的问题进行分析，总结出本文的主题思路。 1 0 长安人学硕上毕业论文 第三章隧道紧急事件预案管理平台设计 3 1 隧道紧急事件管理的总体框架 我国的隧道紧急事件管理研究虽然起步较晚，但是却为我们超越传统技术，直接 建立i t s 框架下的综合、开放式系统创造了契机【2 l 】。本文设计隧道紧急事件管理结构 框图如图3 1 所示： 控制中心 显示系统 控制中心 事件信息处理系统 控制中心 解决方案控制系统 视频检测系统i 网络传输系统 区域控制系统 视频传输系统l异常信息检测系统l 紧急报警系统 视 频 监 视 设 施 交 通 检 测 器 c o v i 检 测 器 风 速 风 向 检 测 器 亮 度 检 测 器 火 灾 检 测 设 施 紧 急 电 话 设 施 隧道广播设旅 信息发布设旅 可变限速标志 交通控制设施 通风控制设施 照明控制设施 消防灭火部门 其他辅助部门 图3 1 紧急事件管理结构框图 在整个紧急事件的管理中，分为三个部分，现场检测设施对异常的检测，控制中 心对采集到的信息的处理，以及控制中心对现场各个设施的控制和各部门的协调。 现场检测设施主要包括：交通检测器，c o v i 检测器、风速风向检测器、亮度检 测器、视频监视设施、火灾检测设施和紧急电话设施。交通检测器，c o v i 检测器、 风速风向检测器、亮度检测器设置在隧道现场，采集隧道现场实时数据。在监控系统 1l 第三章隧道紧急事件预案管理平台设计 中，为了获得更加完整的现场信息时，在配备检测器设施的同时采用视频监视设施， 保证监控人员能够观察到检测地点的全面状况，对紧急事件进行确认【2 2 1 。监控系统对 火灾检测设施的检测曲线进行实时监视，确保及时发现火灾，为事件处理系统提供数 据来源。 区域控制系统负责采集数据，并检测隧道现场设备的运行状态。在隧道监控系统 中机电工程设施多，区域控制器i o 点数多，逻辑控制复杂，系统要求稳定性高，而 且必须能够实时更改控制方式，所以目前隧道监控系统常选用p l c 作区域控制器。区 域控制系统支持以太网，远程通信功能，而且控制系统稳定可靠，有一定的数据处理 能力【2 3 1 。 隧道监控中心将采集得到的异常信息进行处理，在数据处理系统中对紧急事件的 特征数据进行分析，在事件库中查找与当前紧急事件相似度较高的事件案例，从而获 取该历史事件相对应的解决方案，操作人员再对获取的预案进行修改，以符合当前紧 急事件的处理，为紧急事件的处理提供解决预案。如果没有检索到适应的解决预案， 则生成解决预案。如何快速、准确的对相似事件进行检索以及如何快速生成预案将成 为论文在第四章中主要的研究内容。 获得事件的解决方案后，对现场设施进行控制，以取得快速、有效、准确的解决 紧急事件。应用广播信息设施在隧道中进行信息发布，能够实现快速有效地消息传播。 3 2 隧道紧急事件预案平台结构体系 预案管理平台总体结构体系 1 2 长安大学硕上毕业论文 紧急事件预案管理平台结构体系图3 2 所示，从其结构上面主要体现在三部分： ( 1 ) 虚拟紧急事件构造 提供对现实事件虚拟重现的平台，通过此平台构建紧急事件，在数据库中查找相 似事件的解决方案，当没有检索到预案或预案的匹配度很低时，对虚拟事件的解决预 案进行的编辑与建立。 对于预案的编辑与建立需要通过基于规则的推理对紧急事件进行规则推理【2 4 1 ，生 成应对本紧急事件的预案。 对建立的预案进行仿真，即获取预案的执行过程，在预案管理界面上运行此预案， 能够观察到预案的执行效果，从而对其执行结果进行评价。 ( 2 ) 紧急事件预案管理 虚拟紧急事件或在隧道中出现实际紧急事件时，隧道现场检测设备采集事件特征 数据，将事件信息存储于事件库中，通过基于案例推理的检索算法对数据库中提供的 相似紧急事件进行检索，从而查找到与当前事件描述相似度较高的事件的解决预案， 检索得到的匹配预案与实际事件可能会有一定的差距，那么就要对查询得到的预案进 行修正，使其更加符合解决当前事件的要求；当未检索到符合要求的预案时，通过基 于规则的推理生成预案，对其进行修改适应，将最终得到的检索预案与紧急事件存储 于预案库中，并执行预案，控制隧道现场设施或协调各个辅助部门解决紧急事件。 ( 3 ) 预案管理平台相关数据库 对于预案管理平台，数据库的设计与管理对事件的预案管理具有及其重要的意义， 为事件的处理提供重要的数据支持。 在事件库中，主要包含历史事件库和典型事件库。当紧急事件发生时，或虚拟事 件构造成功时，将其事件特征数据存储于历史事件库中。在事件预案进行检索的过程 中，由于历史事件相对典型事件的记录较多，检索需要的时间较长，所以首先选择对 典型事件库进行检索，以节省内存开支。 预案库是与事件库对应的，事件库中的事件均有其解决预案，那么在紧急事件检 索到预案之后，对预案进行修改适应，将预案与存储在历史事件库中先前储存的特征 数据进行对应保存，那么在历史事件库中这才完整存储了发生的紧急事件信息。 通过以上的分析，在本设计中提供对于紧急事件预案生成的平台，处理紧急事件 1 3 第三章隧道紧急事件预案管理平台设计 的流程如图3 3 所示： 开始 是否出现紧急事件? 检索与事件最相似的事件 否 芝雹竺：五悬 i 否 生成预案jl 获取相对应预案 望合鼍：五 疋 括 编辑、修改预寨 执行预案 竺墨l 图3 3 紧急事件处理流程 经过以上的总体设计分析以及结构体系的划分，接下来分别从两大部分对预案管 理平台进行设计： 1 虚拟紧急事件平台设计； 2 紧急事件预案管理平台设计； 对软件开发环境进行说明【2 2 l ： ( 1 ) 操作系统：服务器端和客户端操作系统均采用微软公司的w i n d o w ss e r v e r 2 0 0 3 ， 具有多任务处理能力，提供多级系统容错能力。 ( 2 ) 数据库管理：对于预案管理系统，数据传输讲求速率和可靠性。软件数据结构 的设计是以客户机服务器( c s ) 的体系结构来建立的。m i c r o s o f ts q ls e r v e r 是当前 比较流行的客户机服务器关系型数据库管理系统，为c s 结构程序设计提供良好的工 1 4 长安大学硕士毕业论文 作环境。 数据库管理系统采用s q ls e r v e r2 0 0 0 。数据库管理包括数据库的日常维护和网络 系统管理，数据库的安全性和网络用户管理，监控管理和系统数据库历史记录备份服 务。 ( 3 ) 开发工具：采用面向对象编程语言b o r l a n dd e l p h i2 0 0 7 2 5 之6 】。 3 3 虚拟事件平台设计 虚拟紧急事件是指对隧道中可能发生的紧急事件或曾经发生过的紧急事件进行构 造，在整个的紧急预案平台管理系统中它有不可或缺的作用： ( 1 ) 能够模拟曾经发生过的隧道紧急事件，从而对其特征数据进行详细分析，对数据 库中存储的预案库进行合理性检测，并可以对预案进行编辑修改，对日后发生相似紧 急事件的处理具有重要的参考价值； ( 2 ) 构造有可能出现的紧急事件，从数据库中检索预案，既能够对数据库中已存在的 预案进行校对，又能够预先了解虚拟事件预案执行的正确性，为预案制定机制做了很 好的补充； ( 3 ) 从心理上为紧急事件处理人员减轻压力，使操作人员用比较理智的思维处理紧急 事件，从而在人为方面减轻事件处理的差错程度。 3 3 1 虚拟紧急事件模块功能设计 在传统的事件构造设计中，经常采用的是对事件参数进行数据输入，这种传统的 对繁冗数据信息的操作，对操作员来说不但比较容易产生厌倦情绪，而且容易出现数 据的错误输入，这将影响虚拟事件建立的准确性，那么在本设计中，虚拟紧急事件模 块有以下功能： ( 1 ) 各类紧急事件分别布局在事件工具栏中，操作者能够轻松创建事件； ( 2 ) 当紧急事件被建立在事件显示区域上时，事件属性栏中同步生成所创建事件的相 关属性，包括其地点，类型等，操作员也能对属性参数进行手动修改； ( 3 ) 当紧急事件构造完毕进行保存后，虚拟紧急事件模块将紧急事件的相关属性输入 事件数据库，并进入预案创建检索平台。 经过以上的分析，对于虚拟紧急事件模块，分为三个组成模块进行设计，其组成 1s 第= 隧道急- h 件颅粜管理1 r 世计 结构蹦如图34 所不 圉3 4 虚拟紧急事件模块组成结构图 3 32 虚拟紧急事件模块界面组成 虚拟紧急市件模块的匀【成分别从其= 个组成模块进行： ( 1 ) 虚拟事件一只模块 从给出的工具栏中选中所要虚拟事件的类型，此类设计的新意在j 不需要对所 虚拟的事件进行频繁的数据填1 j ，j l 进仃简单的l 具拖拽就可以方便的创建事件。 图3 5 虚拟事件丁具栏 ( 2 ) 虚拟事件属性模块 对已经创建的虚拟事件的属性值的疆示。事件的属性能够随事件的创建同步生 成，也能够通过手动进行修改，使用两种操作方式对虚拟紧急事什的属t # 进行创建 或修改，小但易操作、节省时问，i 仃且更加的人性化。 长安人学碰十毕业论文 ( 3 ) 虚拟事件视图模块 囤3 6 虚拟事件属性 图3 7 虚拟紧急事件视图 虚拟紧急事件视图能够显示构造的虚拟事件发牛的届件信息，当操作员确认此紧 急事件时，点击保存按钮将构造的虚拟紧急事件属性值保存在数据库中。至此事件 构造结束，下面进入虚拟紧急事件的预案管理模块，接着本文将介缁关于预案管理模 块的设计。 经过以上的三模块设计，虚拟事件构建模块有以下四个重要特点： 第三章隧道紧急事件预案管理平台设计 ( 1 ) 操作便捷 运行速度快，资源耗用小，上手快捷，尽量按照人们的使用习惯设置界面，用户 无需懂得太多关于程序的专门知识就可以轻松使用所有的功能。 ( 2 ) 视图全面 事件属性信息与事件视图同步，图形显示与文字属性相结合，效果直观清晰。 ( 3 ) 同时建立多起事件 同时可以添加多起事件，并且对这些事件同步关注和处理，操作起来方便快捷。 ( 4 ) 应用范围广 事件类型涵盖广泛，力求做到涵盖在实际工作中可能碰到的所有的事件类型。 3 4 紧急事件预案管理平台设计 该平台包括基于结构的底层数据库的维护、管理及统计系统，和基于结构的各种 方式数据的统计查询系统两大部分，以及其软件界面的实现。 平台设计原则： ( 1 ) 计算机网络操作系统应具有开放性，能有效控制和管理整个计算机网络，能够满 足各种控制和管理功能的需要； ( 2 ) 预案管理平台应能满足信息录入、查询、添加、修改等要求，并能实现数据自动 备份； ( 3 ) 应适应于高速公路隧道监控系统，具有较好的扩展功能； ( 4 ) 在紧急事件处理时，应确保系统不被任何运行程序终止； ( 5 ) 应具有较高的可靠性、容错、自诊断和纠错能力。 3 4 1 预案管理平台组成与设计 进入预案管理平台后，预案管理界面主要由紧急事件查询、预案信息、c c t v 三 个部分组成： ( 1 ) 紧急事件查询模块 紧急事件查询模块所要实现的最终目的：从已经提供的相关紧急事件的特征数据 中，能够进一步总结事件信息，在数据库中对其相似事件进行检索，检索得到的相似 事件的解决方案便是我们所要查找的预案。提供事件视图，从直观上更加详细显示