很難想象沒有隧道的現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)。它們幫助我們繞過河流和山脈，并確保交通不會過多干擾我們在城市地區(qū)的日常生活。現(xiàn)代隧道是高度復(fù)雜的系統(tǒng)，需要持續(xù)監(jiān)控以確保它們對司機(jī)來說是安全的。
博士研究員LarsMoormann開發(fā)了智能工具，可以更輕松地為這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)出高效的控制器。他將于12月15日在機(jī)械工程系進(jìn)行論文答辯。
公路隧道在世界各地的交通基礎(chǔ)設(shè)施中發(fā)揮著重要作用。它們被用來繞過河流和山脈，改善交通流量，提高城市地區(qū)的生活質(zhì)量。在荷蘭這個歐洲人口密度最高、水路網(wǎng)絡(luò)最密集的國家，隧道是交通基礎(chǔ)設(shè)施的共同特征。
(相關(guān)資料圖)
最近在荷蘭建造的隧道的一個例子是KoningWillem-Alexander隧道(見上文)。這條隧道穿過馬斯特里赫特市地下，以增加穿過城市的交通流量，并改善居民的生活質(zhì)量。魯爾蒙德也有類似的隧道。
安全第一
為了確保司機(jī)能夠安全地使用這些地下通道，現(xiàn)代隧道通常包含無數(shù)的技術(shù)裝置。想想智能照明、通風(fēng)、疏散系統(tǒng)、滅火工具和防洪系統(tǒng)。這些技術(shù)裝置共同構(gòu)成了一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由所謂的監(jiān)督控制器進(jìn)行協(xié)調(diào)。這些控制器的任何故障都可能導(dǎo)致危險(xiǎn)情況或交通流中斷，這種情況可能持續(xù)數(shù)小時甚至數(shù)天。
“這些控制器使用數(shù)字系統(tǒng)來監(jiān)視和控制隧道中的裝置，然后使用計(jì)算機(jī)算法通過反饋回路進(jìn)行報(bào)告，”控制系統(tǒng)技術(shù)組的研究員LarsMoormann解釋說。“當(dāng)然，也有人工交通操作員，他們可以在必要時進(jìn)行人工干預(yù)，例如在發(fā)生事故時關(guān)閉隧道或改變特定的交通信號燈。”
讓數(shù)字控制器在隧道等復(fù)雜環(huán)境中正常工作并非易事。“幸運(yùn)的是，我們有辦法使用一種稱為監(jiān)督控制理論的方法使設(shè)計(jì)過程自動化，”Moormann說。
從模型到合成
使用監(jiān)督控制理論的第一步是提出合適的隧道模型及其要求。為此，Moormann創(chuàng)建了一種工具，可以在幾分鐘內(nèi)為一條完整的公路隧道建模。通過指定隧道的參數(shù)，例如交通管道的數(shù)量、車道和逃生門，該工具會自動確定該隧道需要哪些模型。
“然后我們使用計(jì)算機(jī)算法從創(chuàng)建的模型中自動派生出特定的監(jiān)督控制器，”Moormann說。“這是一個隨著系統(tǒng)組件和參數(shù)的數(shù)量呈指數(shù)增長的復(fù)雜問題。但是，由于公路隧道往往是對稱的，因此我們能夠顯著降低綜合問題的復(fù)雜性。畢竟，如果一個系統(tǒng)包含對稱的子系統(tǒng),supervisorsynthesis的計(jì)算只需要執(zhí)行一次。”
使用新的綜合工具，研究人員將控制器綜合過程的性能提高了80%。
測試控制器
下一步是在現(xiàn)實(shí)生活中的隧道系統(tǒng)中對控制器進(jìn)行測試。在他能夠做到這一點(diǎn)之前，Moormann必須想出一種方法讓他的控制器與可編程邏輯控制器(PLC)一起工作，可編程邏輯控制器是工業(yè)中經(jīng)常用于實(shí)現(xiàn)控制器的硬件平臺。
典型的公路隧道由十多個PLC控制，這些PLC都需要相互通信，這一過程可能導(dǎo)致通信延遲。研究人員開發(fā)了算法來減少這些延遲對控制器的負(fù)面影響。
Moormann隨后在幾個公路隧道上測試了他的項(xiàng)目的結(jié)果，包括KoningWillem-Alexander隧道、EersteHeinenoord隧道和Roermond附近的Swalmen隧道。
“我們對結(jié)果非常滿意。我們的研究表明，監(jiān)督控制理論不僅快速且正確，而且適用于這些類型的系統(tǒng)。這意味著這些方法已經(jīng)準(zhǔn)備好投入實(shí)踐，并且可以幫助確保我們隧道中的交通流量保持安全和高效。”
與Rijkswaterstaat的合作
Moormann的研究是MultiWaterWerk(MWW)項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目是TU/e與Rijkswaterstaat之間的合作項(xiàng)目，Rijkswaterstaat擁有荷蘭27條隧道中的20條。該項(xiàng)目旨在標(biāo)準(zhǔn)化新船閘、隧道和其他基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)，以節(jié)省成本和時間。
其中一部分包括Moormann在他的項(xiàng)目中用于生成自動控制系統(tǒng)的基于綜合的方法。這些方法正變得越來越流行，因?yàn)樗鼈儾粌H可以減少生產(chǎn)時間，而且可以立即保證正確性。
關(guān)鍵詞： 監(jiān)督控制 基礎(chǔ)設(shè)施 控制系統(tǒng)
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