高速公路隧道“黑洞效應(yīng)”抑制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(qiáng)入口段漫反射效果，同時(shí)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(hào)：TP391.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(zhǎng)隧道洞口時(shí)，在駕駛?cè)艘曇爸械奶炜?、露天路面、附近建筑物等物體的亮度，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(shí)際上洞口也有相當(dāng)?shù)牧炼?，但駕駛?cè)巳匀桓械蕉纯诤芎冢駛€(gè)“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(guó)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(qiáng)隧道入口段照明，而其他的措施還有諸如：洞口設(shè)計(jì)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(yùn)營(yíng)成本較高，對(duì)于一些車流量不高的路段地區(qū)較難實(shí)施。

本文提供了另一個(gè)設(shè)計(jì)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(qiáng)隧道行車方向光反射的能力。本文中的設(shè)計(jì)主要是利用車檢器、PLC對(duì)加強(qiáng)隧道入口段非正常停車及速度過緩車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋，采用全自動(dòng)控制，后期反饋、糾正的模式，一方面加強(qiáng)隧道內(nèi)照明，另一方面加強(qiáng)提示預(yù)案。

2 “黑洞效應(yīng)”抑制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用西門子PLC對(duì)隧道相關(guān)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集，加強(qiáng)隧道入口段非正常停車及速度過緩車輛的監(jiān)測(cè)和反饋，并將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控工作站。軟件實(shí)時(shí)讀取現(xiàn)場(chǎng)PLC數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)信息反饋給用戶，系統(tǒng)采用全自動(dòng)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(hào)燈（TS）、通行信號(hào)燈（LS）、照明設(shè)備、警示燈、廣播、攝像機(jī)、情報(bào)板、線圈PLC、工作站、以太網(wǎng)交換機(jī)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(cè)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(shí)，布設(shè)在隧道側(cè)壁的LED燈將開啟，同時(shí)，隧道廣播自動(dòng)播放預(yù)設(shè)語音內(nèi)容，形成告警提示，系統(tǒng)自動(dòng)控制隧道加強(qiáng)照明燈具開啟，增強(qiáng)隧道亮度，警示后方車輛；軟件界面將彈出報(bào)警窗口，并響起語音報(bào)警提示對(duì)應(yīng)隧道入口處的報(bào)警信息，提醒監(jiān)控人員，同時(shí)自動(dòng)彈出報(bào)警點(diǎn)視頻預(yù)覽窗口。監(jiān)控人員可視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇更改情報(bào)板內(nèi)容、交通信號(hào)燈、通行信號(hào)燈等設(shè)備。報(bào)警未經(jīng)確認(rèn)的情況下，語音報(bào)警提示將一直持續(xù)，直至監(jiān)控人員確認(rèn)后才停止，報(bào)警處理完后可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警設(shè)備進(jìn)行復(fù)位操作，解除報(bào)警，并記錄報(bào)警相關(guān)信息，以便查詢。

2.2 PLC的設(shè)計(jì)

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(cè)模塊的線圈狀態(tài)，通過PLC高速計(jì)數(shù)功能計(jì)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(jì)算出的車速是否低于報(bào)警閾值VB1001，當(dāng)車速<報(bào)警閾值VB1001時(shí)，報(bào)警信號(hào)地址VB1000置為1上傳給監(jiān)控軟件，同時(shí)將PLC輸出模塊對(duì)應(yīng)的照明、廣播、爆閃燈輸出點(diǎn)位置1，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)功能。通過PLC將車輛的數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控軟件，在監(jiān)控軟件上可查看實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio 2013作為開發(fā)工具，Microsoft Visual Studio（簡(jiǎn)稱VS）是美國(guó)微軟公司的開發(fā)工具包系列產(chǎn)品。VS是一個(gè)基本完整的開發(fā)工具集，它包括了整個(gè)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(shí)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(bào)警信號(hào)VB1000、照明燈狀態(tài)信號(hào)VB1011、爆閃燈狀態(tài)信號(hào)VB1012、廣播狀態(tài)信號(hào)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(bào)警聯(lián)動(dòng)

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

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

（2）視頻預(yù)覽：使用?？低曁峁┑腃HCNetSDK接口進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)報(bào)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(shí)時(shí)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(dòng)：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(tái)的PLC設(shè)備控制，產(chǎn)品為ABB PLC所以需建立1個(gè)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(dòng)設(shè)置的方案寫值；

（4）情報(bào)板聯(lián)動(dòng)：引用Socket類，調(diào)用Socket.Con-nect（）方法與隧道入口情報(bào)板建立連接，調(diào)用Socket.Send（）數(shù)據(jù)發(fā)送命令，根據(jù)情報(bào)板生產(chǎn)商提供接口協(xié)議發(fā)送情報(bào)板聯(lián)動(dòng)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(shí)時(shí)反饋至工作站，監(jiān)控員可通過界面查看各個(gè)設(shè)備實(shí)時(shí)的狀態(tài)；如果出現(xiàn)通信中斷情況，監(jiān)控計(jì)算機(jī)會(huì)彈出報(bào)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(bào)板發(fā)送的內(nèi)容及視頻信號(hào)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(bào)警時(shí)對(duì)應(yīng)設(shè)備執(zhí)行的動(dòng)作，進(jìn)行對(duì)預(yù)案的編輯、保存、刪除及指定。

（2）報(bào)警參數(shù)設(shè)置。監(jiān)控軟件提供車速報(bào)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(duì)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(duì)監(jiān)控軟件的操作、設(shè)備報(bào)警進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，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(chǔ)。

3.5 報(bào)警系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)車速低于20km/h（可設(shè)置）或者車輛停留在檢測(cè)區(qū)域時(shí)，通過PLC將現(xiàn)場(chǎng)廣播及爆閃燈開啟，形成聲光報(bào)警；并開啟照明設(shè)備，增強(qiáng)隧道內(nèi)亮度；同時(shí)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(bào)警信號(hào)時(shí)：將彈出報(bào)警窗口，并響起語音報(bào)警提示對(duì)應(yīng)隧道入口處的報(bào)警信息，提醒監(jiān)控員；彈出報(bào)警地點(diǎn)視頻預(yù)覽窗口，并將視頻切換到對(duì)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(bào)警信息至情報(bào)板，進(jìn)行警示；報(bào)警未確認(rèn)時(shí)，語音報(bào)警將一直持續(xù)直到用戶確認(rèn)后才停止，報(bào)警處理完后可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)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(jī)自啟動(dòng)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(tái)對(duì)PLC進(jìn)行自動(dòng)校時(shí)，也可手動(dòng)進(jìn)行校時(shí)。

4 結(jié) 論

目前，本套系統(tǒng)已在京臺(tái)高速天龍山隧道投入使用。從近半年的運(yùn)行情況來看，確實(shí)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(shí)際使用中效果良好，具有較大應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，高速公路隧道黑洞效應(yīng)抑制系統(tǒng)已申請(qǐng)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專利，并已通過審核。

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作者簡(jiǎn)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。