高速公路機(jī)電系統(tǒng)組成及子系統(tǒng)分析

董明華++徐永超++張疆

摘 要：機(jī)電系統(tǒng)的順利運(yùn)行，是高速公路核心運(yùn)輸功能得以充分發(fā)揮的首要前提保障。整個(gè)的高速公路機(jī)電系統(tǒng)在建造和運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中也被稱為“機(jī)電工程”或者“交通工程設(shè)施”。高速公路機(jī)電系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由種類、數(shù)量繁多的機(jī)電設(shè)備組成。該文基于該研究者工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行了分類，探討了各個(gè)子系統(tǒng)的功能。

關(guān)鍵詞：高速公路 機(jī)電系統(tǒng) 組成 子系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（b）-0043-02

高速公路包括道路和交通工程設(shè)施兩大系統(tǒng)，而機(jī)電系統(tǒng)又是交通工程設(shè)施的重要組成部分，高速公路機(jī)電系統(tǒng)是管理人員用于高速公路現(xiàn)代化管理的主要工具。作為發(fā)揮道路設(shè)施交通功能的核心輔助系統(tǒng)，高速公路機(jī)電系統(tǒng)采用了先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備，并且以電子、電氣、通信控制、交通工程以及機(jī)械設(shè)備等專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，建設(shè)形成了完整的控制管理系統(tǒng)。另一方面，除去路政、道路養(yǎng)護(hù)、營(yíng)運(yùn)服務(wù)等常見(jiàn)的普通公路管理服務(wù)以外，高速公路管理的實(shí)施還需要機(jī)電系統(tǒng)的輔助配合，用以完成收費(fèi)、信息管理，以及交通監(jiān)控等項(xiàng)目。

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由種類、數(shù)量繁多的機(jī)電設(shè)備組成。根據(jù)功能的不同，高速公路機(jī)電系統(tǒng)也可以被細(xì)分為多個(gè)子系統(tǒng)，包括“三大系統(tǒng)”（即通信系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)，以及收費(fèi)系統(tǒng)）、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，為了便于管理，有時(shí)也將高速公路機(jī)電管理部門(mén)的辦公設(shè)備劃入其中。在“三大系統(tǒng)”中，通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)施，主要功能是為收費(fèi)、監(jiān)控系統(tǒng)中信息的傳遞提供通道。收費(fèi)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)高速公路上的收費(fèi)、監(jiān)測(cè)和控制功能。

1 通信系統(tǒng)

高速公路在地理上是一條數(shù)十至數(shù)百公里長(zhǎng)的條形地帶或網(wǎng)狀區(qū)域，在管理上符合管理中心、分中心、分中心路側(cè)監(jiān)控站和收費(fèi)場(chǎng)站的沿線點(diǎn)群分布。為了滿足大量信息的及時(shí)交換需求，通信系統(tǒng)承擔(dān)了管理信息傳輸和信息交換的主要任務(wù)。

高速公路需要傳輸?shù)男畔雌涔δ芸梢詣澐譃椋罕O(jiān)控、收費(fèi)、隧道消防等機(jī)電子系統(tǒng)的控制指令，以及監(jiān)控和收費(fèi)的管理數(shù)據(jù)。同時(shí)，還包括，閉路電視的視頻信號(hào)，管理部門(mén)與車(chē)輛用戶之間交互的多媒體信息，以及，車(chē)輛用戶和衛(wèi)星之間的通信信息等。除此之外，程控?cái)?shù)字交換電話與緊急電話中的語(yǔ)音信息也是高速公路傳輸信息中的一部分。在高速公路的信息傳輸過(guò)程中，其通信系統(tǒng)采用的通信形式不僅僅包括有光纖、電纜等的有線傳輸，同時(shí)還應(yīng)用無(wú)線微波移動(dòng)等多種通信形式。這種多樣化的信息傳輸途徑，高效的滿足了高速公路交通管理中對(duì)于監(jiān)控、收費(fèi)以及其他各種輔助系統(tǒng)信息傳輸?shù)母哔|(zhì)量要求。

在高速公路有線通信系統(tǒng)中，光纜通常作為信息傳輸?shù)闹鞲删€，并輔助以多種通信子系統(tǒng)，這其中包括有光纖數(shù)字通信系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)、程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)等。

2 監(jiān)控系統(tǒng)

交通監(jiān)控是對(duì)高速公路交通流運(yùn)行狀態(tài)及其交通設(shè)施和交通環(huán)境的監(jiān)視（監(jiān)測(cè)）與控制，是實(shí)現(xiàn)高速公路運(yùn)行管理的主要手段。交通監(jiān)控系統(tǒng)主要是由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站以及各個(gè)層級(jí)的監(jiān)控中心組成。通過(guò)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員可實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路的高效管理。同時(shí)，保證行車(chē)安全和道路通暢是監(jiān)控系統(tǒng)的基本目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，監(jiān)控系統(tǒng)還可以進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)高速、以及環(huán)境保護(hù)等其他目標(biāo)。在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中，對(duì)于隧道、橋梁等主要路段，以及交通主干道的匝道連接點(diǎn)，和互通立交等地應(yīng)實(shí)施24h的連續(xù)監(jiān)視。除此之外，監(jiān)管系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的傳輸、顯示、分析和存儲(chǔ)，包括交通流數(shù)據(jù)和與交通環(huán)境相關(guān)的氣象、路面等狀況。同時(shí)，隧道的照明狀況、隧道火災(zāi)和道路的大氣狀況也需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。交警和路政的定時(shí)巡邏、對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的巡檢和診斷也是監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分?？刂撇糠指鶕?jù)監(jiān)視獲取的交通信息，做出有效的控制決策，使交管部門(mén)可以通過(guò)無(wú)線廣播、可變信息板、可變限速板等實(shí)時(shí)信息交換手段，向駕駛員提供有效的交通道路信息和行駛建議。在入口匝道和主干道等地，可通過(guò)各種可控設(shè)施發(fā)送控制指令，以有效的達(dá)到交通控制的目標(biāo)。同時(shí)，在隧道控管系統(tǒng)中，照明亮度的自動(dòng)化控制，以及隧道火災(zāi)發(fā)生時(shí)的緊急處理都是監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能。

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備遍布整個(gè)高速公路網(wǎng)絡(luò)，具有繁多的功能，根據(jù)不同的功能通常將監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備分為交通檢測(cè)設(shè)備、氣象和道路環(huán)境檢測(cè)設(shè)備、交通指示設(shè)備、閉路電視交通監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）、可變信息顯示系統(tǒng)、大型顯示系統(tǒng)等。

3 收費(fèi)系統(tǒng)

征收通行費(fèi)是高速公路管理企業(yè)最主要的經(jīng)濟(jì)收入，是完成營(yíng)運(yùn)管理、道路設(shè)備維修、還貸交稅、建設(shè)新路的資金來(lái)源。我國(guó)的高速公路從一開(kāi)始就采取收費(fèi)政策，該政策對(duì)中國(guó)高速公路的快速發(fā)展起到了重要作用。

收費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)不同的收費(fèi)形式、人工參與程度和通行卡方式，有不同的設(shè)備配置。目前的收費(fèi)方式，可大體分為半自動(dòng)收費(fèi)和全自動(dòng)收費(fèi)兩大類。目前，就我國(guó)國(guó)情而言，半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)被絕大多數(shù)高速公路管理系統(tǒng)所采用。按照車(chē)型和行駛里程收取通行費(fèi)用是半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的基本形式。該收費(fèi)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)進(jìn)入高速公路的每輛車(chē)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)車(chē)型判斷其所屬類別，統(tǒng)計(jì)分析汽車(chē)進(jìn)出口距離，按照不同類型汽車(chē)的通行費(fèi)征收費(fèi)率計(jì)算收費(fèi)。

根據(jù)中華人民共和國(guó)交通部《高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)暫行技術(shù)要求》中的描述和要求，我國(guó)的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)通?？杀粍澐譃樗膫€(gè)層次：收費(fèi)車(chē)道、收費(fèi)站、收費(fèi)分中心和收費(fèi)結(jié)算中心。收費(fèi)車(chē)道是整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)的基本單元，完成最基本的收費(fèi)任務(wù)，包括按照正常車(chē)道收費(fèi)流程工作，將收費(fèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳到收費(fèi)站系統(tǒng)；收費(fèi)站下轄多個(gè)收費(fèi)車(chē)道，其主要功能是接受來(lái)自收費(fèi)車(chē)道的收費(fèi)數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)和整合，并將這些處理過(guò)的原始數(shù)據(jù)上傳到收費(fèi)中心或結(jié)算中心，管理本站的收費(fèi)賬目、欠款、罰款等賬目的錄入統(tǒng)計(jì)功能；收費(fèi)分中心以原有的多個(gè)路段為基礎(chǔ)建立起來(lái)，其基本功能包括接收從下轄的所有收費(fèi)站上傳的收費(fèi)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，并且對(duì)收集到的材料進(jìn)行匯總和統(tǒng)計(jì)分析等工作。作為整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)的核心，收費(fèi)結(jié)算中心承擔(dān)著接收來(lái)自收費(fèi)站、收費(fèi)分中心上傳的原始收費(fèi)的基本任務(wù)，同時(shí)，收費(fèi)結(jié)算中心還需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行賬目的拆分復(fù)查，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，票務(wù)管理，數(shù)據(jù)維護(hù)和數(shù)據(jù)備份等多種重要工作。

基于遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的收費(fèi)管理系統(tǒng)，與監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)相互配合，高效的完成收費(fèi)任務(wù)。收費(fèi)系統(tǒng)中包含了很多高速公路收費(fèi)的專用設(shè)備，通常按照功能不同將收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)備劃分為收費(fèi)車(chē)道設(shè)備、收費(fèi)中心設(shè)備等。

4 隧道機(jī)電系統(tǒng)

公路隧道是山嶺地區(qū)用做克服地形或高程障礙、改善路線、提高車(chē)速、縮短里程的重要交通手段。同時(shí)，公路隧道在節(jié)約燃料、節(jié)省時(shí)間方面表現(xiàn)顯著。同時(shí)，通過(guò)采用公路隧道，交通建設(shè)過(guò)程中可以減少對(duì)植被的破壞，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還可以避免落石、塌方等危害。因此，公路隧道是高速公路的重要組成部分。但是，由于公路隧道的自身特性影響，比如車(chē)速高、車(chē)流量大、光線較差、空氣質(zhì)量不好、環(huán)境噪音大等，使公路隧道比一般路段更容易發(fā)生交通事故。而且由于空間有限，使得公路隧道內(nèi)事故處理困難，交通中斷時(shí)間較長(zhǎng)，如若發(fā)生火災(zāi)，危險(xiǎn)系數(shù)將直線上升。因此，完善的公路隧道的機(jī)電工程是保證車(chē)輛安全通行的必要條件。公路隧道機(jī)電工程是指在公路隧道這一特殊路段上，根據(jù)交通工程學(xué)原理和方法，為了使車(chē)輛安全、快速、舒適通過(guò)，而設(shè)置的通風(fēng)、照明、監(jiān)控、消防、供電、安全及管理等設(shè)施、設(shè)備和系統(tǒng)。

作為高速公路機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，同時(shí)由于隧道的特殊性，公路隧道機(jī)電系統(tǒng)通常被視為與“三大系統(tǒng)”并列的機(jī)電子系統(tǒng)。實(shí)際上隧道機(jī)電系統(tǒng)中的設(shè)備也可以嚴(yán)格的劃分入監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等，因此也有分類方法不將隧道機(jī)電系統(tǒng)獨(dú)立出來(lái)而是融入其他系統(tǒng)中。

5 其他子系統(tǒng)

除了“三大系統(tǒng)”和隧道機(jī)電系統(tǒng)外，照明系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)也是高速公路機(jī)電系統(tǒng)中不可或缺的部分，高速公路管理部門(mén)的辦公設(shè)備也可歸入高速公路機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

照明系統(tǒng)主要是完成主車(chē)道照明、廣場(chǎng)（立交和收費(fèi)站）照明和隧道照明的任務(wù)。在交通繁忙路段和其他重要路段設(shè)置主線照明，可以改善夜間的行車(chē)環(huán)境，提高行車(chē)安全系數(shù)，減少事故的發(fā)生。作為事故多發(fā)區(qū)域，立交和匝道鏈接點(diǎn)的照明設(shè)備可以改善行車(chē)環(huán)境，并且保證監(jiān)控?cái)z像機(jī)的夜間監(jiān)視功能良好發(fā)揮。收費(fèi)廣場(chǎng)普遍采用的高桿照明可以保障收費(fèi)車(chē)輛的安全交匯和排隊(duì)。對(duì)于公路隧道而言，其照明系統(tǒng)需要在白天和夜間持續(xù)工作，而且，隧道內(nèi)部各個(gè)區(qū)段的亮度分布也應(yīng)該基于滿足人的視覺(jué)適應(yīng)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施。隧道各個(gè)區(qū)段的人工照明亮度應(yīng)可以進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，同時(shí)，還應(yīng)該設(shè)置斷電和火災(zāi)時(shí)的隧道應(yīng)急照明系統(tǒng)。

供配電系統(tǒng)是高速公路機(jī)電工程中的另一個(gè)必不可少的輔助系統(tǒng)。高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的供配電系統(tǒng)是24h無(wú)間斷供電的基本保障，它既可以保障整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的正常供電，也可以提供緊急情況下的緊急供電。在正常供電系統(tǒng)中，通?？煞譃樽冸姾团潆妰刹糠?。變電部分需要建設(shè)高壓和低壓配電間以及各種配電箱和配電屏以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而配電部分需要沿線設(shè)置電纜及管道，并且配合安裝各種規(guī)格的電力電纜，和控制電纜，以及通信電纜。緊急供電一般配備柴油發(fā)電機(jī)組、防酸漏鉛電瓶或不間斷電源。消防系統(tǒng)對(duì)高速公路的重點(diǎn)路段、隧道、收費(fèi)站區(qū)域、辦公區(qū)域進(jìn)行火災(zāi)的監(jiān)測(cè)，并完成自動(dòng)、手動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)、手動(dòng)滅火功能，是高速公路安全運(yùn)行的保障。

消防系統(tǒng)主要包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、消防栓滅火系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

辦公系統(tǒng)設(shè)備包括管理部門(mén)的自動(dòng)化辦公系統(tǒng)（OA），也涉及到OA系統(tǒng)中用到的設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、空調(diào)等）、運(yùn)輸設(shè)備（如公務(wù)車(chē)輛、工程作業(yè)車(chē)輛等）、以及計(jì)算機(jī)軟件和圖書(shū)檔案等。辦公系統(tǒng)雖然并不直接為高速公路的運(yùn)營(yíng)服務(wù)，但是高速管理部門(mén)提高管理效率的工具，并且辦公系統(tǒng)中的設(shè)備在管理、維護(hù)、維修上與其他機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備大致相同，因此將其納入高速公路機(jī)電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。

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