高速公路隧道“黑洞效应”抑制系统的设计

摘 要：本文通过探究“黑洞效应”的成因，以PLC作为底层设备，基于C#.NET框架，使用C#语言，以Access 2007为数据库，TCP/IP为网络协议，开发出一套黑洞效应抑制系统。加强入口段漫反射效果，同时采取声、光等告警设备，提示后方驶入隧道车辆谨慎驾驶，有效抑制隧道“黑洞效应”，为隧道安全行车提供有力保障。

关键词：PLC；C#.NET；高速公路；黑洞效应抑制系统

中图分类号：TP391.8 文献标识码：A 文章编号：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

“黑洞效应”是日常车辆行驶中比较常见的一种现象，即汽车驶近较长隧道洞口时，在驾驶人视野中的天空、露天路面、附近建筑物等物体的亮度，远比隧道洞口的亮度高。在感应现象的作用下，虽然实际上洞口也有相当的亮度，但驾驶人仍然感到洞口很黑，像个“黑洞”，以致无法辨认洞口附近的情况，连障碍物也难以发现，这种现象称为“黑洞效应”。

1 研究意义

目前，国内各省公路隧道主要采取的改善“黑洞效应”措施是加强隧道入口段照明，而其他的措施还有诸如：洞口设计成“削竹式”、在隧道洞壁两侧反光板、洞口设置减光遮阳板、发光涂料等，但这些方式的投资及日常运营成本较高，对于一些车流量不高的路段地区较难实施。

本文提供了另一个设计思路，将隧道设想为一管状物体，而驾驶人员在隧道行车方向上能够捕捉到的视觉光线较为有限，即光反射在隧道行车方向上的非常微弱。因此，我们认为解决隧道“黑洞效应”的关键是在于加强隧道行车方向光反射的能力。本文中的设计主要是利用车检器、PLC对加强隧道入口段非正常停车及速度过缓车辆实时监控和反馈，采用全自动控制，后期反馈、纠正的模式，一方面加强隧道内照明，另一方面加强提示预案。

2 “黑洞效应”抑制系统设计

2.1 硬件设计

本系统采用西门子PLC对隧道相关设备进行实时监测及数据采集，加强隧道入口段非正常停车及速度过缓车辆的监测和反馈，并将数据上传到监控工作站。软件实时读取现场PLC数据，将实时信息反馈给用户，系统采用全自动控制，而后可人工干预纠正的模式。

系统主要由交通信号灯（TS）、通行信号灯（LS）、照明设备、警示灯、广播、摄像机、情报板、线圈PLC、工作站、以太网交换机及其附属设备等组成，系统的基本拓扑图结构。如图1所示。

当线圈检测到有车辆存在或车检器判断车辆车速低于设置阈值（一般设置为20km）时，布设在隧道侧壁的LED灯将开启，同时，隧道广播自动播放预设语音内容，形成告警提示，系统自动控制隧道加强照明灯具开启，增强隧道亮度，警示后方车辆；软件界面将弹出报警窗口，并响起语音报警提示对应隧道入口处的报警信息，提醒监控人员，同時自动弹出报警点视频预览窗口。监控人员可视现场实际情况，选择更改情报板内容、交通信号灯、通行信号灯等设备。报警未经确认的情况下，语音报警提示将一直持续，直至监控人员确认后才停止，报警处理完后可对现场的报警设备进行复位操作，解除报警，并记录报警相关信息，以便查询。

2.2 PLC的设计

本系统采用西门子S7-200SMARTCPUST60作为本地控制器，通过PLC的输入模块采集车检器检测模块的线圈状态，通过PLC高速计数功能计算出车辆的数量、车速、占有率等数据。判断分析由PLC计算出的车速是否低于报警阈值VB1001，当车速<报警阈值VB1001时，报警信号地址VB1000置为1上传给监控软件，同时将PLC输出模块对应的照明、广播、爆闪灯输出点位置1，实现现场设备的联动功能。通过PLC将车辆的数据、现场设备的状态实时上传至监控软件，在监控软件上可查看实时设备状态。

2.3 软件设计

本系统采用Microsoft Visual Studio 2013作为开发工具，Microsoft Visual Studio（简称VS）是美国微软公司的开发工具包系列产品。VS是一个基本完整的开发工具集，它包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代码管控工具、集成开发环境（IDE）等。VS2013里包含多种编程语言有：VB（Visual Basic）、C++（Visual C++）、C#（Visual C#）、F#（Visual F#），本系统使用C#作为编程。

2.3.1 建立连接

系统初始化后建立与PLC的连接，与PLC的通信主要使用的是TCP连接方式，PLC默认的TCP端口为102，C#引用Socket类，调用intReturn=Socket.Connect（“PLC IP地址”，102）实现与PLC的连接。当Return返回值为1，说明连接成功，为0，说明与PLC的通信连接失败需重新进行连接。

2.3.2 获取数据

与PLC建立连接后调用Socket.Receive（）数据接收接口，获取PLC报警信号VB1000、照明灯状态信号VB1011、爆闪灯状态信号VB1012、广播状态信号VB1013地址的值，将获取的值以图形的方式展现在软件主监控界面上。

2.3.3 报警联动

通过判断获取的报警信号地址VB1000，当VB1000=0时说明隧道车辆车速正常无报警，VB1000=1时说明有车辆车速低于报警阈值将执行联动功能调用。

（1）报警窗口：报警时软件界面将通过调用Open AlarmWin（string strProcess）功能接口弹出报警窗口，报警窗口显示隧道内实时的视频监控界面并通过调用.NET System.Media.SoundPlayer接口实现语音报警功能；

（2）视频预览：使用海康威视提供的CHCNetSDK接口进行二次开发，实现报警视频预览功能：第一步：CHCNetSDK.NET_DVR_Init（）//初始化接口；第二步：CHCNetSDK.NET_DVR_Login_V30（）//登入编码器设备；第三步：CHCNetSDK.REALDATACALLBACK Real Data=new CHCNetSDK.REALDATA CALLBACK（Real Data CallBack）；//预览实时流回调函数；public voidReal DataCallBack（Int32 lRealHandle，UInt32 dw DataType，ref byte pBuffer，UInt32 dwBufSize，IntPtr pUser）{}//视频预览回调函数接口；

（3）LS、TS联动：引用Socket类，调用Socket.Con-nect（）方法与LS、TS设备的ABB PLC建立TCP通信连接（因LS、TS设备由另外1台的PLC设备控制，产品为ABB PLC所以需建立1个新的连接），调用Socket.Send（）发送数据命令，给地址400402（主车道LS）、400403（超车道）地址根据联动设置的方案写值；

（4）情报板联动：引用Socket类，调用Socket.Con-nect（）方法与隧道入口情报板建立连接，调用Socket.Send（）数据发送命令，根据情报板生产商提供接口协议发送情报板联动设置内容ScreenXX.lst生成的文件数据。

3 系统功能

监控软件系统界面。如图2所示。

3.1 设备监控

监控软件通过与PLC设备建立通信，将前端设备的状态实时反馈至工作站，监控员可通过界面查看各个设备实时的状态；如果出现通信中断情况，监控计算机会弹出报警窗口并有语音提示监控员。在监控软件上可查看情报板发送的内容及视频信号是否正常。

3.2 参数设置

（1）预案设置。监控软件可设置报警时对应设备执行的动作，进行对预案的编辑、保存、删除及指定。

（2）報警参数设置。监控软件提供车速报警阈值的设置。

3.3用户管理

监控软件提供用户的管理，管理员可对用户进行分组、编辑、添加、删除等操作，不同权限用户登录的界面操作不一致。

3.4 记录查询

监控系统将用户对监控软件的操作、设备报警进行记录存储，监控员可通过查询界面查询记录并导出Excel表格进行打印存储。

3.5 报警系统

现场车速低于20km/h（可设置）或者车辆停留在检测区域时，通过PLC将现场广播及爆闪灯开启，形成声光报警；并开启照明设备，增强隧道内亮度；同时控制LS和TS到相应状态（预留接口）；

监控软件接收到报警信号时：将弹出报警窗口，并响起语音报警提示对应隧道入口处的报警信息，提醒监控员；弹出报警地点视频预览窗口，并将视频切换到对应的主监视器上，方便监控员查看；发送预置的报警信息至情报板，进行警示；报警未确认时，语音报警将一直持续直到用户确认后才停止，报警处理完后可对现场的报警设备进行复位。

3.6 其他功能

监控软件支持开机自启动功能，只有已授权的用户才可以退出监控软件。监控软件将在后台对PLC进行自动校时，也可手动进行校时。

4 结 论

目前，本套系统已在京台高速天龙山隧道投入使用。从近半年的运行情况来看，确实能够有效抑制高速公路的隧道黑洞效应，系统可靠稳定，在实际使用中效果良好，具有较大应用价值。同时，高速公路隧道黑洞效应抑制系统已申请国家知识产权局实用新型专利，并已通过审核。

参考文献：

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[5] 杨晖.PLC与C#在高速收费站车道安全报警系统中的应用 [J].中国交通信息化，2017（4）：91-92.

作者简介：邱劲（1983.02-），男，汉族，福建福州人，工程师，本科，学士，研究方向：交通信息与控制。