浙江省交通运输科学研究院 浙江杭州 311305
摘要：目前高速公路隧道正处于灯具大规模节能改造时期，而单一照明节能改造的模式无法完全满足每个隧道的实际情况。建立高速公路隧道能耗信息监测系统，对采集的能耗数据进行处理分析，结合每个隧道的实际情况，有助于提高隧道灯具节能改造的精确性和专一性，是高速公路企业对能源精细化管理的信息化平台。
主题词：隧道能耗；在线监测；监测系统
0引言
隧道照明正逐步淘汰高压钠灯，采用可调光LED灯具，依据能耗监测平台的辅助分析，研发隧道照明智能无级控制技术，可提高隧道照明的均匀度，改善隧道安全舒适的行车环境，有效地防止由于设计参数的冗余造成的电能浪费现象。
在现有营运的公路隧道中，不同的公路隧道，在隧道长短、过洞车流量、日照环境、供电系统方面都不尽相同，而采用的供电照明方式却大致相同，造成巨大的电能浪费。无论新建隧道还是运营较长时间的老隧道，在照明方面都存在着差异，单一照明节能改造模式满足不了隧道的实际情况。所以，首先必须建立能耗监测平台，在平台的辅助分析下，有依据有计划地研发针对性较强的照明控制技术，以满足不同类型的隧道照明改造要求，对降低能耗及运营成本有重要的现实意义[1]。建立对车速、车流量、能见度、洞内外亮度、洞外气象状况等多个参数实时采集系统，依据能源信息监测平台的辅助分析，研发多变量状态空间变量法优化建模的嵌入式控制模型软件，建立隧道智能化安全节能的闭环照明控制系统。采用设备用电量数据采集装置与嵌入式智能设备相结合，实时获取隧道用电设备用电量信息，并通过有线、无线通讯模块将所获得的数据传递至隧道管理部门中心服务器，可依据能源信息监测平台，对能耗数据进行分析、统计、对比，提出安全节能的建议。依据能源信息监测平台的辅助分析，结合EMC能源管理合同管理模块为隧道照明节能改造拓宽资金来源，增强节能减排的动力[2]。
1监测系统设计思路与总体设计
为实现隧道能耗数据的监测管理，可将系统划分为4个层次：基础数据层，能耗采集层，数据通讯层和应用层。
基础数据层：基础设施、设备的维护：包括应用服务器，数据库服务器，通讯服务器，采集终端，智能仪表等设备的编号、分类管理。
能耗采集层：采集任务、采集参数的设置：指采集那些数据，采集周期，采集终端和仪表对应关系、通讯服务器和采集终端对应关系及上传方式等。采集程序采用嵌入式开发，运行在采集终端上，确保采集稳定、可靠。
数据通讯层：数据的同步、存储：数据库采用分布式存储，集团层面数据库及各个路公司数据库。应用程序从集团层面数据库获取数据进行查询分析，集团层面数据库由各个路公司数据库定期同步更新。各路公司数据库数据通过通讯服务器获取能耗数据。由于集团公司能耗数据量非常大，为提高数据查询需对数据进行分表、分库存储。通讯程序分为采集终端上传路公司程序及各路公司数据库上传集团数据库程序。
应用层：数据的分析、告警、查询：系统自动生成报表、图表，设备报警、能耗报警，提供推送及用户主动查询功能。
能源监测体系从管理上可划分为集团公司、各路公司、监控分中心、基本单元（收费所、收费站、服务区）四个管理级别，系统的总体应用框架。
隧道所、收费站、服务区：作为一级管理部门，负责对所辖能耗系统进行实时监管并统计相关数据；
监控中心：作为二级管理部门，可对一级管理部门的工作进行管理；
路公司：可实时监管公司所辖高速公路的能耗情况；
集团公司：可监管集团名下所有高速公路公司的能耗情况。
2监测系统功能设计
高速公路能源监测信息系统由电力设备监测模块、集中采集装置、数据存储及转发中心、共用信息平台、数据终端和通讯网络组成。电力设备监测模块安装在开关柜内，集中采集装置负责接收和发送数据。数据存储和转发中心的功能主要包括对高速能源数据的接收和处理。共用信息平台是一种整合ITS各子系统信息资源，按一定标准规范完成在进出区域的多源异构数据的接入、处理、分发等功能，并面向应用服务且能支撑ITS业务的物理系统。
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完整的高速能源监测信息系统包含四个基本组成部分：数据采集子系统、信息处理子系统、信息传输子系统和信息发布子系统。其工作原理是：首先通过各服务区、隧道、收费站的数据采集子系统，并按照一定规则通过数据传输网络将信息送至中央控制单元，由中央控制单元对信息进行分析处理后存放到数据库服务器，同时分送给信息发布子系统，提供信息服务。
（1）信息采集子系统设计
信息采集子系统通过远程监视装置、传感装置，采集对象区域内各负载能源消耗情况。主要包括服务区、隧道、收费站等区域，其采用嵌入式终端采集模块，对能源消耗情况实时采集。
（2）信息处理子系统设计
信息处理子系统将采集到的各区域能源消耗状况以及设备负载信息加工处理成向公司管理部门人员提供的报表信息，如月、季度的报表，实时运行情况等。另外，信息处理子系统还担负着存储高速能源信息、加工处理各负载使用情况的变化模式等任务。这些功能将为未来提供EMC合同能源管理基础。
（3）信息传输子系统设计
信息传输的基本任务是保证从信息采集子系统到信息处理子系统再到信息发布子系统的畅通。其常用的形式有光传输网、内部交换网以及光接入网等形式。
在高速能源监测系统的数据传输方式上，无论是采用有线或无线数据通信手段，从技术角度来看都是比较成熟和可靠的。
高速能源监测传输子系统通讯结构图如图2-3所示。
（4）信息发布子系统设计
信息发布子系统的任务是将信息处理系统处理过的信息，以适当的方式向外界分若干个层次发布出来。通常是由控制中心，随时将各个公司管理下的各个服务区、隧道、收费站的能源使用状况在WEB服务器上向管理部门人员提供。
3能源计量软件平台设计
能源采集与能源分析基本功能主要技术指标有：
1）提供能源采集与能源分析基本功能，主要功能模块包括：当期用能、节能对比分析、用能趋势、节能统计、EMC预期、隧道能源分析、电能质量分析；
2）提供多级管理模式：集团级、路公司级、所级能源计量与分析；
3）系统状态监控需求，系统要求能够监控系统自身的系统运行状态、网络状态、前端能源采集设备状态；
4）系统自身控制需求：版本控制、远程升级；
5）标准化需求：通讯协议标准化、数据接口标准化；
6）系统安全需求如下：
系统应具备高安全性：系统的数据库安全、用户权限控制、详细记录操作日志。
系统应具备高稳定性：支持24 h不间断运行，各相关方间网络故障不会导致系统崩溃。
具备完善的应急预案机制：在硬件、网络出现故障时，可快速定位，通过合理的系统恢复方案保证系统正常运行。
4结语
本文提出的隧道能源计量监测系统明确了高速公路隧道运行期间的各项数据和节能状态，是开展隧道节能的必要基础条件，他为保障各种隧道节能改造模式的开展提供了全生命周期的数据基础和服务，为企业精细化管理和履行合同提供了保障。即简化了管理也提高了工作效率，降低了管理人员的管理运营成本，实现双赢。智慧能源监测管理作为智慧高速的一个部分越来越受到重视，随着高速公路能源管理的信息化[3]，能源的监测管控必然成为一个趋势。
参考文献
[1]李晋.城市轨道交通列车能耗监测及节能方案研究[J].铁道运输与经济.2017, 39(4):95-100.
[2]万亚军，汪夏明，刘晓丹等.合同能源管理模式下公共建筑能耗监测风险[J].土木工程与管理学报.2017, 34(1):122-128.
[3]杨超华.能耗监测管理系统在轨道交通中的应用[J].城市轨道交通研究.2016, (12):123-126.
论文作者:汪心渊,娄刃,韩发年
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/23
标签：隧道论文; 子系统论文; 能源论文; 数据论文; 信息论文; 节能论文; 系统论文; 《基层建设》2018年第15期论文;