长大高速公路隧道是交通运输干线上的特殊路段，具有空间狭窄封闭的特点。汽车尾气中的一氧化碳和烟尘容易堆积，造成隧道内部空气污染严重、能见度差等问题，属于事故发生率高、事故危险等级高和事故处理难度大的路段。因此，为了保障长大隧道的安全稳定运行，高水平的隧道监控系统必不可少。监控系统获取隧道实时运行状态信息，并根据实际情况对隧道中的可控设备加以控制，从而达到疏导交通、预防事故和事故紧急处理的目的。本课题中隧道监控系统依据集中管理、分散控制的原则构成网络，实现对隧道交通、通风、照明、火灾、视频等方面的监控，保障了隧道的安全稳定运行。目前常见的隧道监控系统都是以二维画面的形式来为用户呈现，然而二维画面空间展现力不足，不能形象生动的反应隧道实际运行状态，不利于及时排除隧道中存在的隐患。随着计算机软硬件技术的发展，使得以三维监控系统取代传统的二维隧道监控系成为可能，利用虚拟现实技术在图像展现方面的独特优势，三维监控系统可以逼真的再现隧道场景，更加形象直观的呈现隧道运行状态，提高了监控效率，为操作人员及时发现和排除隐患提供了技术支持。本文对三维仿真技术在隧道监控领域的应用做了探索性研究，对二维监控系统进行了全面升级和改进，引入了三维仿真技术，利用3DS MAX进行三维建模，采用VB和OpenGL完成三维场景仿真，最终实现了隧道监控系统的三维可视化。本文以隧道监控系统整体结构为出发点，对整个隧道监控系统功能进行了全面介绍，并对隧道三维监控系统做了必要性和可行性分析，确定了设计目标和技术路线。本文主要完成了如下工作：首先，对使用到的相关关键技术进行了研究学习。其次，深入分析了下位机控制系统，划分并明确了各个子系统的控制任务，给出了详细控制流程设计，并介绍了编程实现的具体步骤和过程。再次，对上位机监控系统进行整体分析，将结构划分为iFIX组态软件应用和三维仿真应用两部分，并分别确定了设计目标和设计方案，介绍了设计实现过程。最后，总结并归纳全文，并在此基础上对系统的完善和扩展进行了展望。