市政道路交通機電工程設(shè)計方案及發(fā)展趨勢淺析

王鵬澤

（安徽省路橋工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展和信息化技術(shù)的飛速進(jìn)步，傳統(tǒng)的交通機電工程設(shè)計已經(jīng)逐漸不能滿足市政道路建設(shè)的功能需求，迫切需要對傳統(tǒng)交通機電工程設(shè)計進(jìn)行發(fā)展和演化。本文結(jié)合具體案例探討了交通機電工程在實際市政道路項目中的設(shè)計方案和未來發(fā)展趨勢[1]。

1 項目簡介

某市政道路（金橋大道—沿江快速路）為大型PPP項目的組成部分，該道路規(guī)劃道路紅線寬度為25m，為城市次干路。單塊板斷面形式，設(shè)計速度為40km/h。設(shè)計起點為金橋大道，樁號為0+000，終點位于沿江快速路，終點樁號為0+550.205，全長550.205m。該市政道路交通機電工程設(shè)計包含信號控制系統(tǒng)、電子警察及卡口系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)、后臺存儲系統(tǒng)、照明及供配電系統(tǒng)等。

2 項目交通機電工程設(shè)計方案

2.1 信號控制系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)組成

信號控制系統(tǒng)由交通信號燈、車輛檢測設(shè)備、交通信號機、數(shù)據(jù)通信傳輸系統(tǒng)、區(qū)域控制機、中央控制機組成。信號數(shù)據(jù)直接接入路口接入工業(yè)以太網(wǎng)交換機，實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)接入和傳輸，與監(jiān)控、電警等數(shù)據(jù)共享交換機實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。

2.1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)設(shè)計功能包括實時協(xié)調(diào)控制、降級協(xié)調(diào)控制、無電纜協(xié)調(diào)控制、單點感應(yīng)控制、多時段定時式控制方式、全紅、關(guān)燈、指定相位控制、模擬手動、特勤路線控制、手動功能等。

2.1.3 主要設(shè)備選型

交通信號系統(tǒng)所采用設(shè)備需滿足相關(guān)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求。

（1）交通信號機。

設(shè)計選用C 類信號機，所選信號機需與當(dāng)?shù)亟痪箨牞F(xiàn)有交通信號控制系統(tǒng)中心平臺兼容，實現(xiàn)實時管控。

（2）機動車信號燈。

設(shè)計選用機動車滿屏信號燈和機動車箭頭信號燈。機動車信號燈每組由紅、黃、綠三個幾何位置分立單元組成，同一方向紅、黃、綠三色方向指示信號燈應(yīng)為三個幾何位置分離單元組成；信號燈顯示畫面為紅滿屏/黃滿屏/綠滿屏和紅箭頭/黃箭頭/綠箭頭；機動車滿屏信號燈燈面直徑統(tǒng)一使用?400mm，?400 滿盤燈紅黃綠LED 發(fā)光單元各不小于205 顆，?400 箭頭燈紅黃綠LED 發(fā)光單元各不小于120 顆。

（3）人行信號燈。

人行信號燈燈面直徑統(tǒng)一使用?300mm（誤差在±5%以內(nèi)），采用高亮度發(fā)光二極管，發(fā)光強度不低于5000cd/m2，信號燈單個發(fā)光單元的功率應(yīng)不大于12W。燈體材質(zhì)采用鋁合金壓鑄燈箱，與信號燈桿連接固定的安裝支架采用熱鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)件，其外觀顏色與信號燈桿一致。

2.2 電子警察和卡口系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由前端采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和中心管理三個子系統(tǒng)構(gòu)成，前端采集即路口單元，主要包含高清智能一體機、補光燈；網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)主要由工業(yè)以太網(wǎng)交換機、光纖收發(fā)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及通信線路組成；中心管理單元包含電子警察中心管理服務(wù)器、存儲服務(wù)器及大屏顯示等組成[2]，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電子警察及卡口系統(tǒng)架構(gòu)

2.2.2 系統(tǒng)功能

電子警察及卡口系統(tǒng)需實現(xiàn)以下功能：①信號檢測功能；②車輛檢測功能；③闖紅燈行為記錄；④違法變道及壓線記錄；⑤不按規(guī)定車道行駛記錄；⑥路口停車及逆行記錄；⑦卡口記錄功能；⑧車輛號牌識別；⑨交通流數(shù)據(jù)采集功能；⑩違法錄像功能；防誤拍功能；圖片記錄要求；自適應(yīng)補光；數(shù)據(jù)傳輸功能；斷點續(xù)傳；前端數(shù)據(jù)存儲；自動校時；故障自動監(jiān)測報警；歷史數(shù)據(jù)查詢；系統(tǒng)管理。

2.2.3 主要設(shè)備選型

（1）攝像機。

設(shè)計選用900 萬高清一體化攝像機，攝像機采用1"英寸全局曝光CMOS 技術(shù)圖像傳感器、視頻幀率在1～25fps 可調(diào)，最大圖像尺寸不低于4096×2160 像素、支持主流壓縮標(biāo)準(zhǔn)、支持主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、內(nèi)置視頻識別功能，支持車牌識別、視頻觸發(fā)、車身顏色識別、車型識別，通行車輛信息捕獲和違章檢測功能、具備視頻、線圈、雷達(dá)等車輛檢測聯(lián)動等功能。

（2）終端服務(wù)器。

終端服務(wù)器需主要性能要求包括：檢測、通信單元采用微控制器設(shè)計，穩(wěn)定可靠；信號燈交流信號輸入接口不低于16 路；配置不低于16 路交通燈信號狀態(tài)指示燈；不低于1 個RS485 輸出接口；檢測信號燈電壓范圍：AC110～270V；可設(shè)置波特率、地址和上傳模式；輸入接口采用壓電保護(hù)、光電隔離等防護(hù)措施；工作環(huán)境溫度：-30～70℃。

2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)由前端攝像機、視頻傳輸、中心控制設(shè)備、存儲設(shè)備等組成。

前端攝像機直接通過具備POE 供電的千兆工業(yè)級光纖交換機通過光纖接入路口千兆工業(yè)級以太網(wǎng)交換機?？紤]高清監(jiān)控的幀碼流，建議光纖收發(fā)器和交換機使用光口直接相連，不再二次光電轉(zhuǎn)換。由路口工業(yè)以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心[3]。

高清錄像應(yīng)可辨清信號燈顏色、散光度、保證車牌數(shù)字及字母清晰可辨清晰度，不應(yīng)出現(xiàn)因快進(jìn)拖動等操作產(chǎn)生的卡幀或跳幀現(xiàn)象，交通監(jiān)控存儲錄像應(yīng)滿足不小于6M 碼流，25 幀，分辨率不小于1920×1080。前端實現(xiàn)本地視頻存儲，且不少于30d。

在監(jiān)控中心，通過平臺軟件和工作站、鍵盤實現(xiàn)控制、管理等功能。在監(jiān)控中心通過解碼器或者工作站實現(xiàn)解碼，通過工作站、大屏控制器實現(xiàn)電視墻顯示。

2.4 道路照明及供配電系統(tǒng)

（1）負(fù)荷計算。

AL：Pe=4.56kW；Kx=1；cos?=0.90；Ijs=7.7A。

（2）負(fù)荷等級。

該工程用電屬三級負(fù)荷。

（3）照度計算。

照度計算結(jié)果如下。

平均亮度Lav=1.5cd/m2，均勻度Lmin/Lav=0.4。

平均照度Eav=19.80Lx，均勻度Emin/Eav=0.4。

照明功率密度LPD=0.48W/m2。

照度計算結(jié)果滿足《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45—2015）中規(guī)定的照度標(biāo)準(zhǔn)。

（4）設(shè)計參數(shù)。

平均亮度Lav1.5cd/m2，均勻度Lmin/Lav=0.4。

平均照度Eav=20Lx，均勻度Emin/Eav=0.4。

照明功率密度LPD≤0.8W/m2。

（5）燈具選用。

燈具選用高光效燈具（效率達(dá)80%以上）。光源電器選用高效節(jié)能型成套產(chǎn)品。燈具采用半截光型燈具，誘導(dǎo)性好，需設(shè)置保護(hù)開關(guān)。

（6）燈桿布置。

標(biāo)準(zhǔn)路段：路段采用14m LED240W 單臂路燈雙側(cè)對稱布燈，平均間距30m，交叉路口采用（15m 3×LED200W）中桿燈。

（7）供電電源。

電源引自迎新大道和北門街交口路燈控制柜。

（8）路燈配電。

道路照明配電回路采用YJV 電纜，到各燈具采用防漏電連接器配出支線向燈具單相供電，支線采用BVV 3×2.5mm2。每個路燈配電箱進(jìn)線處設(shè)電表計量，并且該電表具有遠(yuǎn)程抄表功能。各道路照明的出線回路每相均設(shè)電流互感器和電流變送器，其控制方式為自動/遠(yuǎn)控。路燈安裝應(yīng)符合國家有關(guān)技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)并牢固、安全。路燈基礎(chǔ)圖最終以中標(biāo)單位提供的為準(zhǔn)。

（9）電纜選擇。

由路燈配電箱供給各路燈的配電回路采用YJV 電纜，照明燈具端電壓應(yīng)維持在額定電壓的90%～105%。經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟比較，路燈配電箱供電半徑為500m。電纜相線截面為YJV-1KV 5×16mm2，每盞燈需安裝漏電保護(hù)斷路器一支。

（10）防雷與接地。

低壓配電柜進(jìn)出線側(cè)配置防雷保護(hù)，并在設(shè)備前端安裝浪涌過電壓保護(hù)器，形成多級防雷體系，確保用電安全。整個配電系統(tǒng)采用TN-S 接地系統(tǒng)。在各路燈配電箱及每柱燈桿內(nèi)設(shè)置獨立接地裝置。路燈配電箱，金屬燈桿及構(gòu)件、燈具外殼等其外露可導(dǎo)電部分均與所在處的接地裝置可靠焊接，具備防雷保護(hù)功能，接地電阻不大于4Ω。

3 市政交通機電工程設(shè)計發(fā)展趨勢

3.1 視頻檢測代替線圈檢測

電子警察根據(jù)違章車輛抓拍的觸發(fā)方式進(jìn)行分類主要有兩種，即地感線圈觸發(fā)方式和視頻觸發(fā)方式。地感線圈是在需要在車道上切割環(huán)行線槽，然后埋設(shè)感應(yīng)線圈（或感應(yīng)棒）。車輛通過時感應(yīng)線圈會發(fā)出信號給相應(yīng)設(shè)備，對車輛的檢測比較準(zhǔn)確。但是由于需要在地下埋設(shè)感應(yīng)線圈，加大了施工難度同時提高了工程成本。路面變更時更需要重埋線圈。此外，線圈觸發(fā)方式由于安裝在路面上少數(shù)固定區(qū)域，一般無法準(zhǔn)確辨識出車輛運行軌跡，從而無法判別不按車道標(biāo)識行駛，違章變道，異常停車等復(fù)雜行為。

視頻觸發(fā)方式采用圖像處理和分析技術(shù)，對路口視頻中車輛進(jìn)行定位和跟蹤，實現(xiàn)對車輛的運動軌跡的精確分析，從而判別出闖紅燈，不按車道標(biāo)識行駛，違章變道等各類違章行為。視頻觸發(fā)方式具有功能強大、綜合，施工維護(hù)方便（無須埋設(shè)和維護(hù)地感線圈）、成本合理等特點。隨著該類產(chǎn)品檢測性能的快速提高，視頻觸發(fā)方式正逐步取代地感線圈觸發(fā)方式，成為現(xiàn)代電子警察系統(tǒng)的發(fā)展方向。

3.2 多桿合一

市道路上設(shè)置的主要交通桿件包括：交通標(biāo)志桿、信號燈桿、交通視頻監(jiān)控桿、電子警察桿、視頻流量檢測器桿、違停抓拍桿等、路燈桿等。為推進(jìn)道路桿件及相關(guān)設(shè)施的集約化、規(guī)范化建設(shè)，構(gòu)建和諧有序的道路空間，目前多桿合一設(shè)計是市政道路交通機電工程設(shè)計的發(fā)展趨勢[4]。在綜合考慮各類桿件設(shè)置要求的前提下，綜合桿根據(jù)主要搭載的設(shè)施分為兩類：A 類和B類。A 類桿為帶電類交通設(shè)施之間共桿設(shè)計，B 類桿為帶電類交通設(shè)施和不帶電類交通設(shè)施之間共桿設(shè)計。

合桿應(yīng)滿足安全性、功能性和景觀性的要求；設(shè)計荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）規(guī)定取值，結(jié)構(gòu)安全等級為一級；合桿基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）執(zhí)行，按照桿件類型以及搭載設(shè)施進(jìn)行設(shè)計；合桿以及關(guān)聯(lián)金屬構(gòu)件應(yīng)接地，應(yīng)結(jié)合周邊環(huán)境確定防雷設(shè)計方案；合桿結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）等規(guī)范執(zhí)行。

3.3 智慧化設(shè)計

當(dāng)前隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城市中的交通、能源和土地之間存在很多的矛盾，同時隨著城市人口的不斷增加，城市交通壓力在逐漸增大，出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象，給城市道路的實際運行造成很大的影響，交通運行效率也嚴(yán)重下降。同時城市車輛的增加，導(dǎo)致城市交通污染現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，需要進(jìn)一步對城市道路發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃。

智能道路的發(fā)展需求包含以下方面的內(nèi)容：①對道路中的各種設(shè)施性能進(jìn)行了解，能夠為道路設(shè)施的評估和后期養(yǎng)護(hù)提供大量的數(shù)據(jù)資料。②智能道路設(shè)計要給駕駛?cè)藛T提供相應(yīng)的服務(wù)，包括道路實際施工情況和路面的實時情況，能夠為車輛提供相應(yīng)的定位和指引服務(wù)工作，確保車輛在行駛過程中的安全，汽車能夠在行駛過程中掌握相關(guān)的路況，了解道路的實際情況等。在智能交通運輸系統(tǒng)中，提高定位、預(yù)測和預(yù)警系統(tǒng)，有效確保車輛行駛的安全和可靠。在智慧道路交通系統(tǒng)中，智能道路的建設(shè)是一項十分重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，智能道路的建設(shè)是為了對道路設(shè)施進(jìn)行智能化管理，通過智能化構(gòu)建和維護(hù)，有效完善城市智能道路工程的建設(shè)，滿足當(dāng)前城市道路交通的實際需求。

在當(dāng)前的市政交通機電工程設(shè)計中，基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能監(jiān)控平臺系統(tǒng)、智慧路燈、智慧斑馬線系統(tǒng)、云存儲技術(shù)都已經(jīng)得到應(yīng)用。相信在不遠(yuǎn)的未來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，更多的市政交通智能化需求和智慧化設(shè)計設(shè)計會得到逐步應(yīng)用。

4 結(jié)語

交通機電工程是發(fā)揮市政道路交通運輸和服務(wù)功能的重要組成部分，充分保障市政道路的安全運營和使用效益，本文結(jié)合具體案例主要對市政道路交通機電系統(tǒng)設(shè)計方案進(jìn)行簡要介紹，并對市政道路交通機電系統(tǒng)的未來發(fā)展方向進(jìn)行分析，希望能對市政道路交通機電系統(tǒng)設(shè)計起到一定的參考作用。