高速公路交通機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化探究

袁學(xué)文

（甘肅紫光智能交通與控制技術(shù)有限公司,甘肅 蘭州 730010）

0 引言

雖然高速公路體系有了飛速發(fā)展，但是也要充分意識到隨著高速公路運(yùn)營智能化需求提升，只是通過簡單的高速公路建設(shè)已無法滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，為了進(jìn)一步提升高速公路運(yùn)行效率需要加強(qiáng)機(jī)電系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營管理，增加高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)資金投入，對于高速公路機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，解決傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)存在的問題，進(jìn)一步推動高速公路機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展[1]。

1 目前高速公路機(jī)電系統(tǒng)存在的問題分析

隨著近些年技術(shù)水平的快速提升，高速公路機(jī)電系統(tǒng)也有了較大發(fā)展。對于現(xiàn)代高速公路來說，如何有效處理交通的快速發(fā)展和目前機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)水平之間的矛盾已經(jīng)成為了高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化最為關(guān)注的問題。本文主要針對高速公路機(jī)電系統(tǒng)自身是否可以滿足目標(biāo)效能、是否存在足夠的空間進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化等方面實施機(jī)電系統(tǒng)優(yōu)化。現(xiàn)階段高速公路機(jī)電系統(tǒng)方面存在的問題主要存在如下幾方面：

第一，某些高速公路的機(jī)電系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備都是很多年前建設(shè)的，這些設(shè)備的技術(shù)性能相對滯后，無法滿足現(xiàn)代高速公路智能化發(fā)展需求，也不能實現(xiàn)高速公路的信息化發(fā)展，整體運(yùn)行效率相對較低，實現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)相對較低。另外，從設(shè)計來看，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計不敢采用新技術(shù)，僅立足于很成熟的技術(shù)，沒有一定的前瞻性，有的甚至直接套用原有設(shè)計，很難推動機(jī)電系統(tǒng)的全新發(fā)展。

第二，現(xiàn)階段高速公路所應(yīng)用的機(jī)電系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)備缺少統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)化的管理標(biāo)準(zhǔn)，也就是指缺少較為規(guī)范的、系統(tǒng)化的文件對不同機(jī)電設(shè)備所具有的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范，從而造成不同品牌機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備之間很難實現(xiàn)充分融合以及信息互通，一定程度上限制了高速公路機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展；

第三，傳統(tǒng)高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計中，特別是干線通信方面缺少整體性規(guī)劃設(shè)計，從而造成干線網(wǎng)鏈路很難進(jìn)行集中性保護(hù)，現(xiàn)有的高速公路機(jī)電系統(tǒng)，除了部分較發(fā)達(dá)地區(qū)高速公路已實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)外，基本上都是各段相對分隔，彼此獨立運(yùn)行的；高速公路系統(tǒng)內(nèi)部、各路段之間并沒有真正做到相互聯(lián)網(wǎng)、信息共享，沒有形成一個有機(jī)融合的整體[2]。

2 高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化措施

2.1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化思路

針對上述分析的高速公路機(jī)電系統(tǒng)存在的問題，對于高速公路機(jī)電系統(tǒng)實施必要的設(shè)計優(yōu)化，從而實現(xiàn)高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化最終目標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化總體流程如圖1所示。

在實際操作過程中首先要對高速公路機(jī)電系統(tǒng)具體情況進(jìn)行調(diào)研分析，明確高速公路機(jī)電系統(tǒng)的具體現(xiàn)狀以及存在的問題，同時找到機(jī)電系統(tǒng)問題的原因所在，之后對于高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行分析，按照機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計優(yōu)化最終目標(biāo)對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最終得到科學(xué)合理的機(jī)電系統(tǒng)優(yōu)化方案。

2.2 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化措施

2.2.1 路網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

對于現(xiàn)有高速公路運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)來說，想要實現(xiàn)智能性交通網(wǎng)絡(luò)，最主要的是要處理好“全面感知”方面的問題，所以對于路網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)來說需要充分發(fā)揮現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)施的功能，并對其進(jìn)行一定的完善，最終建立起高速公路運(yùn)行的監(jiān)測以及應(yīng)急處置平臺，增強(qiáng)高速公路的運(yùn)營水平[3]。

第一，路網(wǎng)運(yùn)行狀況的可視化。通過較高檢測精度的視頻檢測器來獲取精準(zhǔn)的可視化圖像，并且將其傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的顯示屏中，可以實時觀測出車的相關(guān)信息（包括車流量、車速、車型等等）。

第二，提升交通環(huán)境檢測的準(zhǔn)確性。營運(yùn)車輛GPS數(shù)據(jù)的充分應(yīng)用?，F(xiàn)階段絕大部分車輛都已經(jīng)設(shè)置GPS車載設(shè)備，可以通過營運(yùn)車輛GPS系統(tǒng)獲取車輛的路線和時間，能夠?qū)崿F(xiàn)對高速公路網(wǎng)的長時間觀測。

加強(qiáng)和商業(yè)導(dǎo)航平臺的合作，實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)的共享。近些年商業(yè)導(dǎo)航平臺用戶數(shù)量逐漸增加，其路況信息發(fā)布的及時性和準(zhǔn)確性逐漸增加，但是其并不能獲取實時運(yùn)行速度、引發(fā)交通堵塞原因等信息，同時這些商業(yè)導(dǎo)航平臺并不會關(guān)注如何改善交通狀況，所以高速公路監(jiān)控系統(tǒng)可以加強(qiáng)和商業(yè)平臺的合作，發(fā)揮各方優(yōu)勢，成為了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

通過移動設(shè)備獲取實時數(shù)據(jù)。智能終端用戶逐年增加，所以通過這些設(shè)備及時獲取路網(wǎng)信息已經(jīng)成為了目前最主要的內(nèi)容。

第三，實現(xiàn)交通狀態(tài)的可控性。加強(qiáng)路網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點信息發(fā)布設(shè)施的設(shè)置。此設(shè)置已經(jīng)成為了行駛?cè)藛T獲取交通信息最主要的方式，現(xiàn)階段省級高速公路設(shè)置的信息發(fā)布設(shè)置主要有“門架式情報板”以及“懸臂式情報板”，可以將其設(shè)置在收費(fèi)站入口之前，獲取相應(yīng)發(fā)布信息。

設(shè)置圖形交通誘導(dǎo)屏。可以在關(guān)鍵交通位置設(shè)置彩色交通誘導(dǎo)屏，能夠獲取大量直觀圖形信息，可以為駕駛?cè)藛T提供準(zhǔn)確的道路指引。

2.2.2 通信系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

可以以省級收費(fèi)管理中心為核心形成省級的通信體系，以此為基礎(chǔ)逐漸進(jìn)行大容量智能傳輸設(shè)備的升級改造，從而對通信系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善?，F(xiàn)階段以SDH為基礎(chǔ)的多業(yè)務(wù)傳送平臺向未來網(wǎng)絡(luò)過渡時，需要逐漸淘汰小容量干線設(shè)備，加快主干網(wǎng)絡(luò)的升級優(yōu)化。

第一，對于路段接入網(wǎng)來說，可以采取分組傳送網(wǎng)（PTN）設(shè)備。此方面設(shè)備主要采取的是光傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，針對的是IP業(yè)務(wù)類型，能夠?qū)崿F(xiàn)非常低的使用成本。隨著近些年監(jiān)控系統(tǒng)以及收費(fèi)系統(tǒng)逐漸向著數(shù)字化、高清設(shè)備方向發(fā)展，PTN設(shè)備能夠充分體現(xiàn)出其優(yōu)勢所在，可以實現(xiàn)小顆粒IP業(yè)務(wù)的靈活接入，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)的匯聚收斂。

第二，對于語音交換網(wǎng)絡(luò)來說，可以通過軟交換系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)程控交換網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)階段高速公路機(jī)電系統(tǒng)所用設(shè)備相對老舊，很多程控交換設(shè)備都已經(jīng)停產(chǎn)，而軟件換設(shè)備的方式能夠形成更加靈活的組網(wǎng)方式，所以在進(jìn)行接入網(wǎng)設(shè)備改造過程中要逐漸對程控交換機(jī)通過軟件換設(shè)備來代替[4]。

第三，要形成完善的通信資源管理系統(tǒng)。要不斷完善通信資源管理系統(tǒng)，特別是在通道開通、帶寬應(yīng)用、通信設(shè)備資源分配等方面更是要實現(xiàn)集中性管理。需要加強(qiáng)省級區(qū)域通信系統(tǒng)管道和主干光纜應(yīng)用方面的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)無法滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的管道和光纜要對其進(jìn)行修繕，嚴(yán)重情況下要進(jìn)行重新鋪設(shè)。

2.2.3 收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

第一，ETC收費(fèi)通過率方面的設(shè)計優(yōu)化。隨著車輛保有量以及形式的逐漸增加，對于ETC收費(fèi)系統(tǒng)的要求也逐漸增加，ETC車道無法正常通行的情況逐漸頻繁，對于用戶體驗造成較大影響，需要對其進(jìn)行優(yōu)化。針對現(xiàn)階段ETC系統(tǒng)存在的問題，可以通過相控陣技術(shù)對其進(jìn)行優(yōu)化，通過全新的相控陣ETC天線對其進(jìn)行優(yōu)化。在實際操作時可以在ETC路測設(shè)備中應(yīng)用相控陣?yán)走_(dá)，可以大大改善ETC系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，能夠提升正常通車效率。

第二，多義性路徑識別系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

（1）識別系統(tǒng)模式分析。對于高速公路來說，其收費(fèi)系統(tǒng)中采取多義性路徑識別系統(tǒng)最主要的是要明確按照何種路徑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行收費(fèi)，也要確定怎樣進(jìn)行通行費(fèi)用的拆分。為了處理好以上問題，可以通過更加準(zhǔn)確的識別模式形成多義性路徑識別系統(tǒng)，其關(guān)鍵內(nèi)容為：

在區(qū)域性路網(wǎng)內(nèi)部全部基本環(huán)路上設(shè)置標(biāo)志點系統(tǒng)，以此來獲取經(jīng)過車輛的路徑信息，明確車輛實際運(yùn)行路徑。對于封閉式收費(fèi)系統(tǒng)來說，一旦車輛經(jīng)過路網(wǎng)就會形成“入口信息”以及“出口信息”等信息，而路徑主要包括入口、出口以及路段等相關(guān)信息，可以按照這些信息識別車輛實際行駛路徑。

（2）技術(shù)路線比選。想要更加精準(zhǔn)的對車輛路徑進(jìn)行識別，需要通過標(biāo)識站進(jìn)行信息收集，可以通過如下幾種方式來實現(xiàn)：

①車牌照識別系統(tǒng)。對于高速公路行駛的車輛來說，車牌信息是最主要的體現(xiàn)車輛信息的特征，是否能夠準(zhǔn)確識別車輛行駛路徑最主要的是對車牌的識別準(zhǔn)確性以及外部環(huán)境的影響。現(xiàn)階段車牌識別系統(tǒng)的成本相對較低，但是波動較大，需要維護(hù)量較大[5]。

②停車標(biāo)識站方案。此種方案需要較大投資并且后續(xù)運(yùn)營費(fèi)用較高，同時想要準(zhǔn)確識別車輛需要控制車輛速度，容易引發(fā)交通擁堵。

③不停車標(biāo)識站方案。此方案主要是在多義性路段設(shè)置路側(cè)標(biāo)識站（RSU），一旦車輛通過就可以利用RFID技術(shù)獲取車輛信息并寫入通行卡中，車輛到達(dá)出口收費(fèi)站后就可以讀取卡中信息，判定車輛路徑。

3 結(jié)語

高速公路的機(jī)電系統(tǒng)是確保其正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在，本文主要針對機(jī)電系統(tǒng)存在的問題，從路網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)等方面提出了設(shè)計優(yōu)化內(nèi)容，通過本文的介紹能夠?qū)Ω咚俟窓C(jī)電系統(tǒng)優(yōu)化提供一定參考和幫助，對于推動高速公路發(fā)展具有現(xiàn)實意義。