高速公路機(jī)電系統(tǒng)組成及子系統(tǒng)研究

趙中華

摘 要：高速公路是重要的交通樞紐，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)交流中起著重要的紐帶作用。高速公路交通功能的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)機(jī)電系統(tǒng)的支撐，高速公路機(jī)電系統(tǒng)是高速公路現(xiàn)代化管理的重要工具。高速公路機(jī)電系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)都融合了現(xiàn)代多學(xué)科先進(jìn)的技術(shù)并承擔(dān)各自的功能，形成一個(gè)綜合管理系統(tǒng)為現(xiàn)代高速公路的運(yùn)行和管理服務(wù)。該文即對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)及其包含的子系統(tǒng)各自的功能和特定進(jìn)行研究和分析。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：U415 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（a）-0021-02

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路作為支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要交通樞紐，規(guī)模不斷擴(kuò)大，里程不斷增加，是國(guó)家交通樞紐的重要支柱。高速公路并不是作為簡(jiǎn)單的道路存在，其是由通行道路和交通工程設(shè)施兩大部分組成。機(jī)電系統(tǒng)是交通工程設(shè)施的重要組成部分，高速公路的運(yùn)行和管理，需要機(jī)電系統(tǒng)做以支撐，公路管理部門(mén)通過(guò)機(jī)電系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路的管理，可以說(shuō)機(jī)電系統(tǒng)是高速公路運(yùn)行的保障，具有非常重要的作用。

1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)組成

高速公路交通功能的實(shí)現(xiàn)依靠的是機(jī)電系統(tǒng)，機(jī)電系統(tǒng)的組成融合了多學(xué)科現(xiàn)代化的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，包括電子、通信、自動(dòng)化控制、交通工程、機(jī)械設(shè)備等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，將多種技術(shù)結(jié)合起來(lái)形成一個(gè)完整的交通管理控制系統(tǒng)。高速公路的管理不僅僅包括路政建設(shè)、公路養(yǎng)護(hù)與維修、公路運(yùn)營(yíng)等服務(wù)性?xún)?nèi)容外，還包括收費(fèi)、信息管理、交通監(jiān)控等項(xiàng)目，而這些項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)都需要機(jī)電系統(tǒng)的配合和輔助。

組成高速公路機(jī)電系統(tǒng)的各種機(jī)電設(shè)備數(shù)量多、種類(lèi)多樣，這也就決定了高速公路機(jī)電系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性。機(jī)電系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的整體系統(tǒng)，由多個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)都有其各自的功能與特點(diǎn)，其中通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)為機(jī)電系統(tǒng)的主要系統(tǒng)，起著重要的支撐作用，另外，供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)為輔助系統(tǒng)，為其他系統(tǒng)的運(yùn)行服務(wù)。通信系統(tǒng)是機(jī)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)往來(lái)傳輸提供通道，起著重要的橋梁作用。監(jiān)控系統(tǒng)與收費(fèi)系統(tǒng)依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，配合終端硬件設(shè)備組成，具有對(duì)高速公路的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制以及收費(fèi)的功能。

2 機(jī)電系統(tǒng)的子系統(tǒng)分析

2.1 通信系統(tǒng)

高速公路具有規(guī)模大、覆蓋廣、延伸距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，在管理上具有一定的難度，因此，高速公路采取沿線(xiàn)點(diǎn)群的分布方式，建立管理中心、分中心、分中心路側(cè)監(jiān)控站和收費(fèi)場(chǎng)站，實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)及面的管理。高速公路每天的交通量巨大，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控、收費(fèi)的管理數(shù)據(jù)和控制指令、視頻信號(hào)、多媒體信息、語(yǔ)音信息等，而這些數(shù)據(jù)都需要通過(guò)通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)及時(shí)的交換和傳輸。高速公路通信信息采用多種通信形式包括有線(xiàn)傳輸、無(wú)線(xiàn)傳輸、微波移動(dòng)等。只有多種信息傳輸形式的并行，才能滿(mǎn)足高速公路交通管理中的額信息傳輸要求。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)

高速公路交通監(jiān)控主要是對(duì)公路上的車(chē)流量情況、運(yùn)行狀態(tài)、交通基礎(chǔ)設(shè)施情況、交通環(huán)境變化等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)時(shí)掌握高速公路的運(yùn)行情況，為公路的運(yùn)行和管理提供重要的依據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站以及設(shè)置在各個(gè)層級(jí)不同規(guī)模的監(jiān)控中心，公路管理人員通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)高速公路的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)、直觀的了解，保證道路暢通和車(chē)輛行駛安全，從而實(shí)現(xiàn)高效管理。對(duì)于高速公路的主要路段和特殊路段，如，橋梁、隧道、匝道連接點(diǎn)等地段實(shí)行24 h的連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)視。監(jiān)控獲得的數(shù)據(jù)和信息通過(guò)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)部分來(lái)進(jìn)行傳輸、分析和存儲(chǔ)，并在監(jiān)控中心的終端系統(tǒng)顯示出來(lái)。監(jiān)測(cè)不僅僅是對(duì)交通流的監(jiān)測(cè)，還包括氣象、環(huán)境、路面、隧洞照明、災(zāi)害、大氣狀況等。交警和路政管理人員的巡邏、設(shè)備的檢修和維護(hù)也在監(jiān)控的范圍之內(nèi)。高速公路管理中心根據(jù)監(jiān)控取得的交通信息，來(lái)制定管理決策，并通過(guò)多種手段向行駛在高速公路上的駕駛?cè)藛T做出提示和建議。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)分布非常廣泛，覆蓋整個(gè)高速公路網(wǎng)絡(luò)，數(shù)量多、種類(lèi)全，不同監(jiān)控設(shè)備承擔(dān)不同的監(jiān)控功能，各自發(fā)揮作用。

2.3 收費(fèi)系統(tǒng)

高速公路的創(chuàng)收依靠征收通行費(fèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是高速公路管理企業(yè)最主要的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)源，也是道路營(yíng)運(yùn)、養(yǎng)護(hù)、稅負(fù)、擴(kuò)建的主要資金來(lái)源。不同的收費(fèi)系統(tǒng)配置有不同的收費(fèi)設(shè)備，這取決與收費(fèi)形式、自動(dòng)化程度、通行卡方式。從現(xiàn)今我國(guó)高速公路的收費(fèi)方式來(lái)看，仍然以全自動(dòng)和半自動(dòng)兩種收費(fèi)方式為主，其中半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)用范圍最廣。半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)車(chē)型和里程作為通行收費(fèi)的依據(jù)，對(duì)駛?cè)敫咚俟返能?chē)輛的車(chē)型和類(lèi)別進(jìn)行識(shí)別，對(duì)汽車(chē)從入口到出口的行駛里程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后按照車(chē)輛相應(yīng)類(lèi)型的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和里程費(fèi)率進(jìn)行計(jì)算收費(fèi)。我國(guó)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)分為收費(fèi)車(chē)道、收費(fèi)站、收費(fèi)分中心、收費(fèi)結(jié)算中心四個(gè)層次，收費(fèi)車(chē)道是最基礎(chǔ)的單元，按照流程進(jìn)行收費(fèi)工作并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到收費(fèi)站系統(tǒng)。收費(fèi)站負(fù)責(zé)接收收費(fèi)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)整合上傳給收費(fèi)中心或結(jié)算中心，并對(duì)該站的賬目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理。收費(fèi)分中心管理多個(gè)收費(fèi)路段，將收費(fèi)站上傳的數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行接收、匯總、分析，并對(duì)賬目進(jìn)行拆分、復(fù)核，同時(shí)進(jìn)行票務(wù)管理、數(shù)據(jù)備份和維護(hù)等多項(xiàng)相關(guān)工作。

2.4 配電照明系統(tǒng)

配電照明系統(tǒng)是機(jī)電系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，為收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行提供用電。配電照明系統(tǒng)的功能在于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備和外場(chǎng)重點(diǎn)進(jìn)行24 h不間斷的持續(xù)、安全供電。不僅要具有變電和配電在內(nèi)的正常供電的功能，同時(shí)還能提供緊急供電。變電配置有專(zhuān)門(mén)的高、低壓配電間，有多種重要的配電裝配，并配置有配電屏。配電沿著高速公路的路線(xiàn)來(lái)布設(shè)不同規(guī)格的電線(xiàn)電纜以及通信電纜。緊急供電系統(tǒng)配備發(fā)電機(jī)組、電瓶以及UPS電源，在緊急情況下能夠穩(wěn)定地提供備用電。高速公路的照明主要包括主車(chē)道的照明、廣場(chǎng)照明、隧道照明。在車(chē)流量大、事故多發(fā)路段、重要路段提供主線(xiàn)照片，可以為夜間行車(chē)創(chuàng)造安全的形成環(huán)境，保證良好實(shí)現(xiàn)，從而提高交通安全性。照明可以使高速公路上的監(jiān)控設(shè)備在夜間同樣具有良好的監(jiān)視作用，在收費(fèi)站設(shè)置高桿照明，可保證路過(guò)收費(fèi)的車(chē)輛能夠安全有序地排隊(duì)交費(fèi)。隧道照明是24 h持續(xù)的，亮度分布符合人類(lèi)視覺(jué)舒適度的要求，同時(shí)在隧道內(nèi)還設(shè)置有應(yīng)急照明系統(tǒng)，為意外事故的發(fā)生提供照明保障。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)高速公路規(guī)模還在不斷地?cái)U(kuò)大和延伸，高速公路網(wǎng)也必將覆蓋我國(guó)的大江南北，形成一個(gè)四通八達(dá)的高速公路網(wǎng)絡(luò)。車(chē)流量的不斷增加，高速公路承擔(dān)的運(yùn)輸壓力也在不斷加大，為了讓高速公路能夠保持良好、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，就要不斷提高高速公路的管理水平，做好機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)和養(yǎng)護(hù)工作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，高速公路機(jī)電系統(tǒng)也必將不斷升級(jí)和完善，為保證高速公路的形成安全和道路暢通提供更好服務(wù)。

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