論高速公路機電工程發(fā)展與應(yīng)用

丁亮

摘要：本文通過對應(yīng)用于我國高速公路上的機電工程設(shè)備例如監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等的簡要闡述說明，對高速公路機電工程發(fā)展與應(yīng)用進行了介紹?？梢钥闯?，機電工程在高速公路上的應(yīng)用涉及到了計算機、電子、電信、自動控制等各個方面，是多種技術(shù)的綜合應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高速公路；機電工程；三大系統(tǒng)

高速公路的工程建設(shè)離不開機電工程的應(yīng)用，通常我們所說的高速公路機電工程主要是指監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和收費系統(tǒng)這三大系統(tǒng)，其余還包括照明等其他系統(tǒng)。機電工程涉及到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息顯示技術(shù)等方面，是多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，同時它又是保證高速公路正常運營的必要組成部分，它的建設(shè)是實現(xiàn)高速公路安全、舒適、高速功能的必要條件。

1、高速公路通信系統(tǒng)

作為高速公路系統(tǒng)建設(shè)工程的重要組成成分，它的建設(shè)直接影響到公路的管理體系及運營模式，同樣，高速公路管理體系和運營模式以及其運營管理水平都又反過來影響了是否能讓機電工程發(fā)揮其最大作用，二者相互影響，是一個統(tǒng)一的整體。近些年在我國很多一二線城市，智能交通系統(tǒng)（ITS）在高速公路的應(yīng)用上都得到了很好的發(fā)展。雖然對于我國而言，智能交通系統(tǒng)在高速公路上的應(yīng)用起步較晚，但是隨著國家政策的實施及高速公路建設(shè)里程數(shù)的不斷增加，高速公路機電工程建設(shè)發(fā)展迅速，并成為拉動我國交通經(jīng)濟增長的主要動力之一。作為高速公路系統(tǒng)建設(shè)的重要組成成分及基礎(chǔ)，高速公路各級部門工作實施運營管理及監(jiān)控收費系統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息傳輸都離不開通信系統(tǒng)，它為各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（Intranet、Internet等）以及電視系統(tǒng)提供傳輸通道[1]。

就通信技術(shù)在高速公路上的應(yīng)用發(fā)展而言，它經(jīng)歷了從無線對講到800MHz無線集群系統(tǒng)，從小容量微波通信系統(tǒng)到SDH數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)，從單一語音傳輸?shù)秸Z音、圖像、數(shù)據(jù)等多種信息載體的多媒體傳輸，從模擬信號通信到數(shù)字信號通信的轉(zhuǎn)化，進入到寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字（B-ISDN）通信系統(tǒng)。

就傳輸信息內(nèi)容而言，語音傳輸業(yè)務(wù)包括業(yè)務(wù)電話BT、指令電話CT、緊急電話ET、無線集群、廣播系統(tǒng)等。圖像傳輸業(yè)務(wù)則主要為交通監(jiān)控圖像以及會議電視圖像。數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)分為兩大部分，一種是對一些低速數(shù)據(jù)，包括車輛檢測、氣象檢測等外場交通監(jiān)控數(shù)據(jù)采集傳輸控制；另外一種是收費中心—收費站—收費車道的收費系統(tǒng)計算網(wǎng)絡(luò)，其局域網(wǎng)速率一般為10Mbs/100Mbs。

利用目前主流的傳輸介質(zhì)，以光導(dǎo)纖維為媒介，采用了SDH同步數(shù)字傳輸技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)IP技術(shù)、VOIP技術(shù)、異步傳輸技術(shù)等等。

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，車流量、信息量一直在增加，同時對信息傳輸效率的要求也越來越高，將語音、數(shù)據(jù)、圖像三種業(yè)務(wù)在同一平臺上傳輸，這就要求通信系統(tǒng)要朝著光纖化、數(shù)字化、寬帶化、分組化方向發(fā)展。但就未來而言ATMOVERSDH憑借其優(yōu)勢成為高速公路通信系統(tǒng)及其聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的首選，而寬帶IP（IPOVERATM，IPOVERSDH，IPOVERWDM等），VOIP技術(shù)將是未來交通專用通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

2、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)以各道路交通管制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，主要包括信息采集子系統(tǒng)、監(jiān)控中心及信息提供子系統(tǒng)三個部分。信息采集子系統(tǒng)包括：車輛檢測器、氣象檢測器、自動稱重傳感器、緊急電話和巡邏車等。其中信息采集主要由車輛檢測器、氣象檢測器、自動稱重傳感器、緊急電話、巡邏車等構(gòu)成。監(jiān)控中心負責(zé)的是全線路范圍內(nèi)交通情況的監(jiān)視和控制。信息提供子系統(tǒng)包括交通標(biāo)志、標(biāo)線、信號和LED大屏幕可變信息情報板等，這也是為汽車用戶服務(wù)的主要形式[2]。

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是一個封閉的環(huán)路系統(tǒng)，其以公路上車輛行駛情況參數(shù)和狀況為輸入信息，在對這些數(shù)據(jù)分析處理判斷后得出相應(yīng)指令，控制更改路況報板顯示內(nèi)容，從而發(fā)揮對交通流量的調(diào)節(jié)控制和疏導(dǎo)。

現(xiàn)如今，應(yīng)用到高速公路上的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備分模擬和數(shù)字兩種。網(wǎng)絡(luò)化的前提和必要條件是數(shù)字化，而作為信息高速公路基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)化又是數(shù)字化的延伸和拓展。從模擬化像數(shù)字化過渡是未來發(fā)展的必然方向。

對比模擬視頻與數(shù)字視頻，數(shù)字視頻的優(yōu)點突出：

（1）數(shù)字信號在傳輸過程中的再生技術(shù)和糾錯編解碼技術(shù)使基本不產(chǎn)生噪聲，從而使信噪比基本不變，圖像接受質(zhì)量高且穩(wěn)定，適合信息的多環(huán)節(jié)、長距離傳輸。十分契合未來高速公路發(fā)展基本特征及需求。

（2）輸入信號穩(wěn)定，可避免在模擬系統(tǒng)中非線性失真的影響，消除了DG（差分增益）和DB（差分相位）失真引起的圖像畸變。

（3）數(shù)字信號方便信息的存儲和檢索，可采用非線性搜索方式高效快速搜索出各種所需類型文件，避免了使用模擬信號近乎強制性的順序搜索方法。

（4）將數(shù)字技術(shù)與計算機配合能夠?qū)υO(shè)備自動控制和操作，對于未來實現(xiàn)高速公路自動化具有十分重要的意義。

（5）采用時分多路數(shù)字技術(shù)，可以實現(xiàn)信道多工復(fù)用。

（6）利用數(shù)字編碼方法，便于視頻的保密。

數(shù)字視頻信號具有可擴展性、可分極性和互操作性，數(shù)字化系統(tǒng)可實現(xiàn)基于數(shù)字平臺上的擴展和改造，這極大避免了模擬系統(tǒng)的改造過程中設(shè)備更新造成的浪費。

從以上內(nèi)容可以得出，數(shù)字系統(tǒng)優(yōu)點明顯、功能強大，且適應(yīng)未來發(fā)展趨勢。

3、高速公路收費系統(tǒng)

高速公路建設(shè)需要大量資金，通常國家會采取貸款修路的方式，公路投入使用之后再通過收費方式償還貸款。因此，收費系統(tǒng)的建設(shè)對于我國高速公路的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

目前高速公路收費主要有以下方式，例如采取封閉收費制，半自動收費，其他也有開放式收費，可用現(xiàn)金、磁卡、IC卡收費，也可停車電子卡收費。隨著ITS技術(shù)的應(yīng)用，大多數(shù)高速公路采用開放式收費（ETC），部分車道全自動的電子收費，機器判型、電子卡收費、計算機管理、閉路電視監(jiān)視及檢測器校驗。

高速公路收費系統(tǒng)分三級管理，分別是收費中心、收費站、及收費車道。通信普遍采用IEEE802.3為標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，采取UNIX多任務(wù)操作系統(tǒng)，外圍設(shè)備為機電一體化產(chǎn)品。

收費系統(tǒng)設(shè)備隨計算機設(shè)備更新而更新，收費系統(tǒng)管理軟件也處于不斷更新當(dāng)中，其更新由管理體制變化決定，軟件功能要包括收費業(yè)務(wù)、車道運行參數(shù)、交通量報表、黑名單、磁卡和電子卡報表、數(shù)據(jù)備份、收費報表、系統(tǒng)維護、收費站管理等各種模塊[3]。

4、高速公路機電設(shè)備的供電與配電系統(tǒng)

通常我國發(fā)達地區(qū)為使高速公路用電有可靠保證將會為高速公路建設(shè)專用變電站和壓輸電線路，對上述三大系統(tǒng)設(shè)備用電通常會按一類負荷供電，其余按二類負荷供電。對于重要路段高速公路，除了變電所采用雙電源10kV供電外，還自備發(fā)電機組以提供更為可靠的保障。

5、結(jié)語

隨科學(xué)的發(fā)展和經(jīng)濟的發(fā)展，計算機技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及GPS車輛定位導(dǎo)航技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)等將會更為先進，未來也將廣泛應(yīng)用到高速公路機電工程建設(shè)當(dāng)中，隨這些技術(shù)的不斷發(fā)展，高速公路機電系統(tǒng)也將更為先進、運營更安全、操作更簡易、維修更方便，符合安全、舒適、高速要求。未來三大系統(tǒng)將會數(shù)字化，在不久的將來，高速公路信息化網(wǎng)絡(luò)擁有公網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口之后，將會產(chǎn)生聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)收費、聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的“國家信息高速公路”，將形成巨大的戰(zhàn)略資源，可為國家和投資者帶來巨大效益，這一切都將歸功于未來高速公路機電系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]朱曉艷，張銀.高速公路PPP項目可行性缺口補助計算公式分析及應(yīng)用[J].公路交通科技，2018（02）：41-47.

[2]范躍濤.“互聯(lián)網(wǎng)+”在高速公路施工管理的應(yīng)用研究[J].交通世界，2018（Z2）：210-211.

[3]郭傳樂.BIM技術(shù)在高速公路機電工程中的應(yīng)用分析[J/OL].交通世界，2017（28）：166-167[2018-03-21].

[4]伏沛.C高速公路項目養(yǎng)護工程管理問題及改進策略研究[D].西南交通大學(xué)，2017.