高速公路隧道“黑洞效應(yīng)”抑制系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：本文通過探究“黑洞效應(yīng)”的成因，以PLC作為底層設(shè)備，基于C#.NET框架，使用C#語言，以Access 2007為數(shù)據(jù)庫，TCP/IP為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，開發(fā)出一套黑洞效應(yīng)抑制系統(tǒng)。加強入口段漫反射效果，同時采取聲、光等告警設(shè)備，提示后方駛?cè)胨淼儡囕v謹(jǐn)慎駕駛，有效抑制隧道“黑洞效應(yīng)”，為隧道安全行車提供有力保障。

關(guān)鍵詞：PLC；C#.NET；高速公路；黑洞效應(yīng)抑制系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）02-0033-03

Abstract：By exploring the causes of “black hole effect”，this paper develops a black hole effect suppression system based on PLC as the underlying device，C#.NET framework based，use C# language，Access 2007 as the database，TCP/IP as the network protocol. Enhance the diffuse reflection effect of the entrance section，at the same time adopt sound and light warning equipment，prompting the vehicle driving cautiously behind the tunnel，effectively suppress the “black hole effect”of the tunnel，and provide a strong guarantee for the safe driving of the tunnel.

Keywords：PLC；C#.NET；expressway；black hole effect suppression system

0 引 言

“黑洞效應(yīng)”是日常車輛行駛中比較常見的一種現(xiàn)象，即汽車駛近較長隧道洞口時，在駕駛?cè)艘曇爸械奶炜铡⒙短炻访妗⒏浇ㄖ锏任矬w的亮度，遠(yuǎn)比隧道洞口的亮度高。在感應(yīng)現(xiàn)象的作用下，雖然實際上洞口也有相當(dāng)?shù)牧炼龋{駛?cè)巳匀桓械蕉纯诤芎冢駛€“黑洞”，以致無法辨認(rèn)洞口附近的情況，連障礙物也難以發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為“黑洞效應(yīng)”。

1 研究意義

目前，國內(nèi)各省公路隧道主要采取的改善“黑洞效應(yīng)”措施是加強隧道入口段照明，而其他的措施還有諸如：洞口設(shè)計成“削竹式”、在隧道洞壁兩側(cè)反光板、洞口設(shè)置減光遮陽板、發(fā)光涂料等，但這些方式的投資及日常運營成本較高，對于一些車流量不高的路段地區(qū)較難實施。

本文提供了另一個設(shè)計思路，將隧道設(shè)想為一管狀物體，而駕駛?cè)藛T在隧道行車方向上能夠捕捉到的視覺光線較為有限，即光反射在隧道行車方向上的非常微弱。因此，我們認(rèn)為解決隧道“黑洞效應(yīng)”的關(guān)鍵是在于加強隧道行車方向光反射的能力。本文中的設(shè)計主要是利用車檢器、PLC對加強隧道入口段非正常停車及速度過緩車輛實時監(jiān)控和反饋，采用全自動控制，后期反饋、糾正的模式，一方面加強隧道內(nèi)照明，另一方面加強提示預(yù)案。

2 “黑洞效應(yīng)”抑制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用西門子PLC對隧道相關(guān)設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集，加強隧道入口段非正常停車及速度過緩車輛的監(jiān)測和反饋，并將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控工作站。軟件實時讀取現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)，將實時信息反饋給用戶，系統(tǒng)采用全自動控制，而后可人工干預(yù)糾正的模式。

系統(tǒng)主要由交通信號燈（TS）、通行信號燈（LS）、照明設(shè)備、警示燈、廣播、攝像機、情報板、線圈PLC、工作站、以太網(wǎng)交換機及其附屬設(shè)備等組成，系統(tǒng)的基本拓?fù)鋱D結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

當(dāng)線圈檢測到有車輛存在或車檢器判斷車輛車速低于設(shè)置閾值（一般設(shè)置為20km）時，布設(shè)在隧道側(cè)壁的LED燈將開啟，同時，隧道廣播自動播放預(yù)設(shè)語音內(nèi)容，形成告警提示，系統(tǒng)自動控制隧道加強照明燈具開啟，增強隧道亮度，警示后方車輛；軟件界面將彈出報警窗口，并響起語音報警提示對應(yīng)隧道入口處的報警信息，提醒監(jiān)控人員，同時自動彈出報警點視頻預(yù)覽窗口。監(jiān)控人員可視現(xiàn)場實際情況，選擇更改情報板內(nèi)容、交通信號燈、通行信號燈等設(shè)備。報警未經(jīng)確認(rèn)的情況下，語音報警提示將一直持續(xù)，直至監(jiān)控人員確認(rèn)后才停止，報警處理完后可對現(xiàn)場的報警設(shè)備進(jìn)行復(fù)位操作，解除報警，并記錄報警相關(guān)信息，以便查詢。

2.2 PLC的設(shè)計

本系統(tǒng)采用西門子S7-200SMARTCPUST60作為本地控制器，通過PLC的輸入模塊采集車檢器檢測模塊的線圈狀態(tài)，通過PLC高速計數(shù)功能計算出車輛的數(shù)量、車速、占有率等數(shù)據(jù)。判斷分析由PLC計算出的車速是否低于報警閾值VB1001，當(dāng)車速<報警閾值VB1001時，報警信號地址VB1000置為1上傳給監(jiān)控軟件，同時將PLC輸出模塊對應(yīng)的照明、廣播、爆閃燈輸出點位置1，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的聯(lián)動功能。通過PLC將車輛的數(shù)據(jù)、現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)實時上傳至監(jiān)控軟件，在監(jiān)控軟件上可查看實時設(shè)備狀態(tài)。

2.3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio 2013作為開發(fā)工具，Microsoft Visual Studio（簡稱VS）是美國微軟公司的開發(fā)工具包系列產(chǎn)品。VS是一個基本完整的開發(fā)工具集，它包括了整個軟件生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代碼管控工具、集成開發(fā)環(huán)境（IDE）等。VS2013里包含多種編程語言有：VB（Visual Basic）、C++（Visual C++）、C#（Visual C#）、F#（Visual F#），本系統(tǒng)使用C#作為編程。

2.3.1 建立連接

系統(tǒng)初始化后建立與PLC的連接，與PLC的通信主要使用的是TCP連接方式，PLC默認(rèn)的TCP端口為102，C#引用Socket類，調(diào)用intReturn=Socket.Connect（“PLC IP地址”，102）實現(xiàn)與PLC的連接。當(dāng)Return返回值為1，說明連接成功，為0，說明與PLC的通信連接失敗需重新進(jìn)行連接。

2.3.2 獲取數(shù)據(jù)

與PLC建立連接后調(diào)用Socket.Receive（）數(shù)據(jù)接收接口，獲取PLC報警信號VB1000、照明燈狀態(tài)信號VB1011、爆閃燈狀態(tài)信號VB1012、廣播狀態(tài)信號VB1013地址的值，將獲取的值以圖形的方式展現(xiàn)在軟件主監(jiān)控界面上。

2.3.3 報警聯(lián)動

通過判斷獲取的報警信號地址VB1000，當(dāng)VB1000=0時說明隧道車輛車速正常無報警，VB1000=1時說明有車輛車速低于報警閾值將執(zhí)行聯(lián)動功能調(diào)用。

（1）報警窗口：報警時軟件界面將通過調(diào)用Open AlarmWin（string strProcess）功能接口彈出報警窗口，報警窗口顯示隧道內(nèi)實時的視頻監(jiān)控界面并通過調(diào)用.NET System.Media.SoundPlayer接口實現(xiàn)語音報警功能；

（2）視頻預(yù)覽：使用海康威視提供的CHCNetSDK接口進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)報警視頻預(yù)覽功能：第一步：CHCNetSDK.NET_DVR_Init（）//初始化接口；第二步：CHCNetSDK.NET_DVR_Login_V30（）//登入編碼器設(shè)備；第三步：CHCNetSDK.REALDATACALLBACK Real Data=new CHCNetSDK.REALDATA CALLBACK（Real Data CallBack）；//預(yù)覽實時流回調(diào)函數(shù)；public voidReal DataCallBack（Int32 lRealHandle，UInt32 dw DataType，ref byte pBuffer，UInt32 dwBufSize，IntPtr pUser）{}//視頻預(yù)覽回調(diào)函數(shù)接口；

（3）LS、TS聯(lián)動：引用Socket類，調(diào)用Socket.Con-nect（）方法與LS、TS設(shè)備的ABB PLC建立TCP通信連接（因LS、TS設(shè)備由另外1臺的PLC設(shè)備控制，產(chǎn)品為ABB PLC所以需建立1個新的連接），調(diào)用Socket.Send（）發(fā)送數(shù)據(jù)命令，給地址400402（主車道LS）、400403（超車道）地址根據(jù)聯(lián)動設(shè)置的方案寫值；

（4）情報板聯(lián)動：引用Socket類，調(diào)用Socket.Con-nect（）方法與隧道入口情報板建立連接，調(diào)用Socket.Send（）數(shù)據(jù)發(fā)送命令，根據(jù)情報板生產(chǎn)商提供接口協(xié)議發(fā)送情報板聯(lián)動設(shè)置內(nèi)容ScreenXX.lst生成的文件數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)功能

監(jiān)控軟件系統(tǒng)界面。如圖2所示。

3.1 設(shè)備監(jiān)控

監(jiān)控軟件通過與PLC設(shè)備建立通信，將前端設(shè)備的狀態(tài)實時反饋至工作站，監(jiān)控員可通過界面查看各個設(shè)備實時的狀態(tài)；如果出現(xiàn)通信中斷情況，監(jiān)控計算機會彈出報警窗口并有語音提示監(jiān)控員。在監(jiān)控軟件上可查看情報板發(fā)送的內(nèi)容及視頻信號是否正常。

3.2 參數(shù)設(shè)置

（1）預(yù)案設(shè)置。監(jiān)控軟件可設(shè)置報警時對應(yīng)設(shè)備執(zhí)行的動作，進(jìn)行對預(yù)案的編輯、保存、刪除及指定。

（2）報警參數(shù)設(shè)置。監(jiān)控軟件提供車速報警閾值的設(shè)置。

3.3用戶管理

監(jiān)控軟件提供用戶的管理，管理員可對用戶進(jìn)行分組、編輯、添加、刪除等操作，不同權(quán)限用戶登錄的界面操作不一致。

3.4 記錄查詢

監(jiān)控系統(tǒng)將用戶對監(jiān)控軟件的操作、設(shè)備報警進(jìn)行記錄存儲，監(jiān)控員可通過查詢界面查詢記錄并導(dǎo)出Excel表格進(jìn)行打印存儲。

3.5 報警系統(tǒng)

現(xiàn)場車速低于20km/h（可設(shè)置）或者車輛停留在檢測區(qū)域時，通過PLC將現(xiàn)場廣播及爆閃燈開啟，形成聲光報警；并開啟照明設(shè)備，增強隧道內(nèi)亮度；同時控制LS和TS到相應(yīng)狀態(tài)（預(yù)留接口）；

監(jiān)控軟件接收到報警信號時：將彈出報警窗口，并響起語音報警提示對應(yīng)隧道入口處的報警信息，提醒監(jiān)控員；彈出報警地點視頻預(yù)覽窗口，并將視頻切換到對應(yīng)的主監(jiān)視器上，方便監(jiān)控員查看；發(fā)送預(yù)置的報警信息至情報板，進(jìn)行警示；報警未確認(rèn)時，語音報警將一直持續(xù)直到用戶確認(rèn)后才停止，報警處理完后可對現(xiàn)場的報警設(shè)備進(jìn)行復(fù)位。

3.6 其他功能

監(jiān)控軟件支持開機自啟動功能，只有已授權(quán)的用戶才可以退出監(jiān)控軟件。監(jiān)控軟件將在后臺對PLC進(jìn)行自動校時，也可手動進(jìn)行校時。

4 結(jié) 論

目前，本套系統(tǒng)已在京臺高速天龍山隧道投入使用。從近半年的運行情況來看，確實能夠有效抑制高速公路的隧道黑洞效應(yīng)，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，在實際使用中效果良好，具有較大應(yīng)用價值。同時，高速公路隧道黑洞效應(yīng)抑制系統(tǒng)已申請國家知識產(chǎn)權(quán)局實用新型專利，并已通過審核。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張哲.淺析PLC在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（9）：5.

[2] 于淼.關(guān)于PLC技術(shù)在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].城鄉(xiāng)建設(shè)，2012（13）.

[3] [美] Nagel C，[美] Evjen B，[美] Jay Glynn著.C#高級編程 [M]（第7版）.李銘，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4] 西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán).深入淺出西門子S7-200PLC [M]（第2版）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[5] 楊暉.PLC與C#在高速收費站車道安全報警系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].中國交通信息化，2017（4）：91-92.

作者簡介：邱勁（1983.02-），男，漢族，福建福州人，工程師，本科，學(xué)士，研究方向：交通信息與控制。