1.郑州市工程质量监督站郑州450000；2.郑州公用事业投资发展集团有限公司郑州450000
引言：
本文的技术探讨涉及高速公路预警控制领域，特别是一种高速公路车祸/团雾发生预警系统技术。
背景：
高速公路车祸发生以碰撞为主，引起碰撞的原因有天气原因，例如能见度低造成碰撞引发后车连续碰撞，也有良好天气下，车速快、司机麻痹大意，单方或双方碰撞后引发后续连环碰撞。因此，高速公路上因团雾等原因造成能见度低时发生车祸，或者发生车祸情况下后续发生连环碰撞，是亟待解决的问题。
1、车祸/团雾发生预警系统技术探讨
本文阐述一种高速公路车祸/团雾发生预警系统，用于解决高速公路上，因团雾或者发生车祸情况下后续发生连环碰撞的问题。
1.1、技术方案包括：
一种高速公路车祸/团雾发生预警系统，包括布设于预定路段处理器、电源模块和至少两个探测器；每个探测器包括发射器、接收器、输入总线接口、输出总线接口和报警器；发射器与接收器分别安装在道路两侧，接收器通过输入总线接口连接输入总线，报警器通过输出总线接口连接输出总线；处理器连接输入总线和输出总线。其中，发射器为红外发射器，接收器为红外接收器，可以选用市场上已有的成熟产品，例如海湾公司的JTY-HF-GST102型线型光束感烟（雾）探测器，可满足本系统对探测器的功能要求，其内置功能强大微处理器，可对接收到的光通量信号进行判断，根据道路横向指标，设置阈值，将信号转化为4～20ma模拟信号交由模块处理；为保持发射器和接收器的清洁，上面装有电机M，以带动用于清洁的刷头S；处理器为PLC，PLC的PN总线接口连接输出总线，PLC的DP总线接口连接输入总线，采用西门子新型S7-1500系列PLC，型号为CPU1516-3PN/DP；电源模块为UPS电源，可以采用路灯的交流220V输入，直流24V、3A输出和交流220V输出，给PLC和接收器、电机等装置供电；一套系统包括100个探测器，各探测器相邻10米安装，报警器包括声/光报警器。
本文所述预警系统技术核心是在团雾或者车祸时，发生较长时间的遮挡发射器与接收器之间的信号，从而检测出团雾或者车祸的发生，然后控制团雾或者车祸发生地点的上游方向的报警器进行报警，从而提醒上游方向车辆的驾驶员注意，起到了避免能见度低时发生车祸，或者发生车祸情况下后续发生连环碰撞。
附图说明
图1是系统结构框图；图2是系统原理示意图；图3是带有刷头的发射器和接收器的示意图。
1.2、具体实施方式
在系统设置中，以图2所示加以说明，一套预警系统包括100个探测器，各探测器相邻10米安装。一个路段，可以布置多个预警系统，相邻预警系统的保护范围可以有部分重叠，以实现冗余。
高速公路车速按120KM/h计算，折合33.33m/s，将人的反应时间、刹车时间、车辆性能、路面状况等均考虑在内，按总时间6s考虑，即约33.33*6≈200m，本文按在距突发状况发生处190m外（即20个探测器之间的距离）开始报警。下面对具体工作过程进行说明：
1.2.1、能见度低情况下，前方某处出现团雾：
（1）假设前方最近团雾出现在探测器1，即A1、B1的位置，A表示发射器，B表示接收器，团雾W的出现使接收器接收到的光通量下降，B1根据量化的横向指标，判断出能见度的纵向指标，主动将信号反馈至处理器，处理器判断后将动作指令发给1～20号探测器，1～20号探测器在被动要求动作下LED灯闪烁、声音报警器报警，实现提醒作用，同时1～20号探测器继续发射接收红外光束、继续进行探测横向能见度指标；备注：为避免车辆遮挡接收器接收光信号，系统设置接收器超过3秒接收不到光信号后才发报警信息；
（2）若此时团雾W继续扩大到18号探测器，B18接收器根据量化的横向指标，判断出能见度的纵向指标，主动将信号反馈至处理器，处理器判断后将动作指令发给18～38号探测器，18～38号探测器在被动要求动作下LED灯闪烁、声音报警器报警，实现提醒作用；依次类推；
（3）若最近团雾出现在探测器95的位置，95接收器主动将信号反馈至处理器，处理器判断后将动作指令发给95～100号探测器，95～100号探测器在被动要求动作下LED灯闪烁、声音报警器报警；同时95接收器主动将信号反馈至上游预警系统的处理器，上游预警系统的处理器判断后将动作指令发给95～115号探测器，95～115号探测器在被动要求动作下LED灯闪烁、声音报警器报警；以此实现冗余的全段预警，避免出现空档；
（4）团雾消失后的报警控制。系统设定团雾消失10分钟后系统复原，假定探测器1处的团雾消失、能见度良好，则10分钟后，B2接收器主动将信号反馈至处理器，处理器判断后将动作指令发给1～20号探测器，1～20号探测器在被动要求下停止LED灯闪烁、停止声音报警器报警；但若17号探测器处仍有团雾，则1～16号探测器停止LED灯闪烁、停止声音报警器报警，B17接收器（图中未画出）根据量化的横向指标，判断出能见度的纵向指标，主动将信号反馈至处理器，处理器判断后将动作指令发给17～37号探测器，17～37号探测器在被动要求动作下LED灯闪烁、声音报警器报警，依次类推，实现提醒作用；即一个探测器同时接收“亮”和“不亮”两个指令时，一定“亮”，此处用“或”逻辑进行设置；
（5）对应轻雾、中等雾、大雾、雾墙时，LED灯闪烁频率（声音报警频率）分别是1s、0.5s、0.25s、常亮（常响），以此来告知后方司机前方团雾严重程度，采取减速、提高警惕的措施；
1.2.2、单方或者双方车祸情况下：
单方或者双方车祸下，车辆停止，接收器接收不到光信号超过3s，该处接收器主动将信号反馈至相应模块，模块判断后将动作指令发给后续20个探测器，这20个探测器在被动要求动作下LED灯闪烁、声音报警器报警，实现提醒；若刚好车祸车辆没有遮挡光通路，则司机以最快动作去遮挡后方最近的发射器或者接收器，实现人为使接收器主动反馈信号，实现报警。其余动作流程、冗余设置同设置1（1）～（3），不同点在于单方或者双方车祸状态下，LED灯闪烁频率（声音报警频率）为常亮（常响），告知后续车辆立即减速、缓慢甚至停止。
车祸处理过程中，事故车辆移开，光通路正常10分钟后系统复原，逐步取消LED常亮，设置同1（4）。
本技术系统中，发射器、接收器可以设置在车道两侧栏杆，便于维护检查；采用LED灯和声音报警，使夜间行驶时能更容易得到报警信息；利用了路灯电源，不用单独供电；可自清洁，自动复位，免维护；报警距离可调节，对多发路段可提前更长距离设置报警；对团雾等突发状况预报难、区域性强的特点，可以实时监测；也可应用于长隧道公路等；交警处理高速事故时，也可提前190米设置声光报警，且不易损毁，提高交警处理事故时的人身安全性；费用较低，模块、总线价格相对较低，施工方便。
图3
参考文献：
[1]现代电气控制及PLC应用技术》?第3版?王永华出版社：北京航空航天大学出版社
[2]《火灾自动报警系统施工及验收规范?》GB50166-2007