高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝分析

赫家林

摘要 為更充分地發(fā)揮高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的功能，文章介紹了我國不同地區(qū)機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置差異及常見設(shè)計(jì)問題，同時(shí)結(jié)合高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從路口收費(fèi)站、公路路面檢測(cè)及特大橋梁監(jiān)控等方面闡述監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用情況，探究了監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素與安裝要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 高速公路；監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；安裝

中圖分類號(hào) U417文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）10-0007-03

0 引言

高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的主要是提高公路行駛安全性，通過監(jiān)控關(guān)鍵路段的車輛行駛與道路狀況，維持當(dāng)?shù)亟煌ㄖ刃虻姆€(wěn)定[1]。當(dāng)前國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速，基礎(chǔ)建設(shè)水平不斷提升。整體而言，我國東部地區(qū)有著更為科學(xué)且完善的機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)，其原因在于地區(qū)地勢(shì)平坦；而中部地區(qū)和西部地區(qū)則由于地勢(shì)情況十分復(fù)雜，難以形成完善的機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)。鑒于此，該文結(jié)合我國中西部地區(qū)機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的常見問題進(jìn)行分析，以期進(jìn)一步促進(jìn)我國高速公路的高質(zhì)量發(fā)展與應(yīng)用。

1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題

1.1 管理工作復(fù)雜

當(dāng)前我國高速公路雖已逐漸普及監(jiān)控系統(tǒng)，但其在投入運(yùn)營過程中并沒有完全發(fā)揮作用，原因主要在于前期建設(shè)系統(tǒng)時(shí)考慮不全面，經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)功能與公路監(jiān)控需求偏差問題，導(dǎo)致系統(tǒng)執(zhí)行效率低下[2]。同時(shí)，高速公路建設(shè)的目標(biāo)并非僅是保障日常出行，還包含多種其他職能，尤其是在高速公路被賦予多元化職能的時(shí)代背景下，其管理工作呈現(xiàn)復(fù)雜化。

1.2 機(jī)器故障

機(jī)械故障問題又稱為固定故障，具體表現(xiàn)為部分檢測(cè)設(shè)備在運(yùn)行過程中突然失效。這種故障一般可通過定期保養(yǎng)和定期維護(hù)來降低發(fā)生概率。但主機(jī)損壞、電源損壞以及通信光纜損壞等系統(tǒng)性故障，則會(huì)給當(dāng)?shù)亟煌ňW(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來十分嚴(yán)重的影響，甚至可能會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到對(duì)重點(diǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)的需求。

2 高速公路設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)的層次性

當(dāng)前，高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)以國家統(tǒng)一的三級(jí)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)為主，一般包含省級(jí)監(jiān)控、分部中心監(jiān)控和基層監(jiān)控。省級(jí)監(jiān)控主要為全省高速公路網(wǎng)點(diǎn)的綜合監(jiān)控。分中心監(jiān)控主要是由監(jiān)控單位作為負(fù)責(zé)方，開展對(duì)局部公路路段的監(jiān)控管理工作，其管理內(nèi)容包括運(yùn)營收費(fèi)站、隧道和公路橋梁等局部運(yùn)行狀況?；鶎庸芾碚緞t需管理場(chǎng)外監(jiān)控設(shè)備。此外，部分隧道考慮管理?xiàng)l件較特殊，通常可結(jié)合監(jiān)控設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程管理，而對(duì)于棧橋和重要性較高的橋梁，則需專門派遣工作人員進(jìn)行管理。

2.2 系統(tǒng)組成

省監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控管理網(wǎng)絡(luò)中級(jí)別最高的成分，運(yùn)行過程中需管理自治區(qū)、直轄市的高速公路網(wǎng)點(diǎn)，管理方式包括網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備以及線上管理平臺(tái)等。當(dāng)前這些管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以銜接成整體，效率低下。

分部路段監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)有多種管理方式可供選擇，具體方案需綜合考慮項(xiàng)目投資總量、道路交通壓力、運(yùn)營效果等不同因素來確定[3]。相比省監(jiān)控系統(tǒng)，分部路段監(jiān)控管理系統(tǒng)常使用較為先進(jìn)的通信設(shè)備，但相應(yīng)子系統(tǒng)的監(jiān)控范圍較小。

基層監(jiān)控單元主要集中設(shè)置于棧橋、隧道等特殊路段。常用的管理模式為輪流值班、無人值班等。對(duì)于隧道路段的監(jiān)控管理方案，一般需結(jié)合隧道安全程度、所在地理位置、隧道整體長度以及運(yùn)營成本等因素綜合確定。

2.3 外部設(shè)備

場(chǎng)外監(jiān)控設(shè)備根據(jù)等級(jí)不同，可以分為A1、A2、A3三種。其中，A1等級(jí)的監(jiān)控設(shè)備能準(zhǔn)確分析交通監(jiān)控、信息傳輸或道路管理工作中出現(xiàn)的異常情況，及時(shí)發(fā)布相關(guān)公告，同時(shí)結(jié)合主線通信設(shè)備加以控制，確保異常問題不會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。A2、A3等級(jí)的監(jiān)控設(shè)備則是在A1的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)關(guān)鍵位置或重要設(shè)備開展針對(duì)性的信息采集、診斷和處理工作。

監(jiān)控系統(tǒng)可具體分為交通狀態(tài)監(jiān)控、交通視頻監(jiān)控、交通控制監(jiān)控和信息采集監(jiān)控等子系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

3 高速公路機(jī)電應(yīng)用

3.1 路口收費(fèi)站

高速路口設(shè)置收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)，一方面能保護(hù)國家財(cái)產(chǎn)，另一方面能為執(zhí)法工作提供便利。首先，我國高速公路鋪設(shè)工作從根本上看屬于貸款項(xiàng)目，往往是向社會(huì)募集大量建設(shè)成本后開展建設(shè)，而在高速公路收費(fèi)站上建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，能監(jiān)督工作人員是否遵紀(jì)守法，監(jiān)察是否有他人惡意破壞收費(fèi)站設(shè)備設(shè)施，起到保護(hù)國家資產(chǎn)的作用[4]。其次，收費(fèi)站工作人員主要負(fù)責(zé)日常收費(fèi)，無法準(zhǔn)確記錄過往車輛具體信息，而設(shè)置監(jiān)控設(shè)備則能準(zhǔn)確記錄過往車輛信息，后續(xù)執(zhí)法人員可通過監(jiān)控錄像開展調(diào)查，為可能的執(zhí)法工作提供便利。

3.2 公路路面檢測(cè)

路面檢測(cè)系統(tǒng)主要面向在主干道路上行駛的車輛，主要任務(wù)為通過監(jiān)控，分析并搜集過往車輛的違規(guī)信息，為后續(xù)的事故判斷和仲裁提供依據(jù)。在實(shí)踐中，一般沿道路每隔1 km左右布設(shè)一套遙控?cái)z像機(jī)，用以監(jiān)控路段氣象狀態(tài)和實(shí)時(shí)交通狀態(tài)，并確認(rèn)突發(fā)事故原因等現(xiàn)場(chǎng)情況。布設(shè)圖如圖2所示。

路面檢測(cè)系統(tǒng)主要包含傳感器和紅外線設(shè)備等，工程技術(shù)人員將這些設(shè)備安裝在路邊并使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行連接，形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)[5]。系統(tǒng)運(yùn)行過程中捕捉路過的車輛信息，并通過電子信息形式傳輸至車輛管理等部門。相關(guān)部門接收到電子信息后，進(jìn)一步分析判斷車輛違規(guī)情況，通過信息情報(bào)板等方式將確認(rèn)后的違規(guī)信息發(fā)送到車輛駕駛員處，車輛駕駛員獲取違規(guī)信息后自行前往當(dāng)?shù)剀囕v管理所接受仲裁。路面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于車輛數(shù)據(jù)的收集相對(duì)準(zhǔn)確、直觀，且能評(píng)價(jià)交通路段的擁擠狀況，為有關(guān)部門的疏通措施制定提供依據(jù)，保證交通效率與安全。

3.3 特大橋梁監(jiān)控

我國國土面積廣袤，很多地區(qū)地勢(shì)較為復(fù)雜。其中，東部地區(qū)地勢(shì)相對(duì)平緩，通常在建設(shè)道路橋梁時(shí)可以直接平鋪。而西部、西南等地區(qū)開展道路工程建設(shè)時(shí)，常需要建設(shè)特大橋梁并設(shè)置大量的隧道，工程規(guī)模更大，建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)更高，因而在這些地區(qū)開展施工時(shí)，需要確保監(jiān)控系統(tǒng)安裝的規(guī)范性，有效警示周邊車輛駕駛員注意安全。

相較于常規(guī)路段，危險(xiǎn)地區(qū)的道路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置要求有所不同。該地區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)一般包括物流系統(tǒng)、天氣信息系統(tǒng)、電子監(jiān)控系統(tǒng)以及道路環(huán)境系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)需動(dòng)態(tài)采集精準(zhǔn)的道路信息，處理后傳輸至信息接收部門，用以發(fā)布通告，并作出建議。監(jiān)控系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的監(jiān)控部門主要負(fù)責(zé)采集和提供信息，作為紐帶將信息提交于其他部門，確保交通系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)組成

國內(nèi)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)組成主要包括車輛檢測(cè)、大屏投影、計(jì)算機(jī)信息處理、氣象監(jiān)測(cè)、可變情報(bào)標(biāo)志和圖像采集等內(nèi)容。根據(jù)不同路段的危險(xiǎn)等級(jí)和重要程度，監(jiān)控系統(tǒng)可劃分為3個(gè)等級(jí)。

（1）局部監(jiān)控。局部監(jiān)控的監(jiān)控目標(biāo)為單一的收費(fèi)站或高速公路。一條高速公路通常會(huì)設(shè)置數(shù)個(gè)管理站臺(tái)，監(jiān)控系統(tǒng)主要布置在收費(fèi)站臺(tái)及其附近位置，通過攝像并儲(chǔ)存，上傳至車輛管理所中心。

（2）分中心監(jiān)控。由高速公路總路面監(jiān)控系統(tǒng)收集上傳的路面錄像和信息數(shù)據(jù)，處理后發(fā)送至上級(jí)監(jiān)控管理中心。

（3）省級(jí)監(jiān)控中心。省級(jí)監(jiān)控中心是信息管理中心中級(jí)別最高的層級(jí)，其工作職能包括管理轄區(qū)內(nèi)公路的運(yùn)營情況，并統(tǒng)一管理下級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)上傳的錄像、視頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信息等[6]。

嚴(yán)格意義上來講，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)可分為場(chǎng)內(nèi)監(jiān)控和場(chǎng)外監(jiān)控。其中，場(chǎng)外監(jiān)控系統(tǒng)主要集中于高速公路兩側(cè)，包含攝像機(jī)、限速標(biāo)志牌、氣象監(jiān)測(cè)和車輛監(jiān)控等裝置，能監(jiān)控公路路面發(fā)生的實(shí)時(shí)情況，及時(shí)分析車輛是否存在危險(xiǎn)因素并給予提示和警告，盡量降低事故發(fā)生概率，減少事故經(jīng)濟(jì)損失。內(nèi)部監(jiān)控系統(tǒng)則包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、閉路電視檢測(cè)系統(tǒng)、投影設(shè)備和地圖版面設(shè)備等模塊。這些設(shè)備形成整體系統(tǒng)，能將下級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)上傳的信息內(nèi)容反饋到屏幕上，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)開展計(jì)算、分析與處理，為有關(guān)工作人員預(yù)案的設(shè)置和調(diào)整提供依據(jù)，并能將形成的最終方案發(fā)布到路面，指導(dǎo)當(dāng)?shù)毓ぷ魅藛T開展現(xiàn)場(chǎng)工作，確保高速公路交通系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。其組成如圖3所示。

5 高速公路機(jī)電控制系統(tǒng)安裝

5.1 安裝準(zhǔn)備

為確保監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整、穩(wěn)定地運(yùn)行，需在安裝開始前做好如下準(zhǔn)備工作：檢測(cè)后續(xù)應(yīng)用到的設(shè)備安全性，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)組織，準(zhǔn)備電源線、視頻連接接口等設(shè)備材料。值得指出的是，監(jiān)控機(jī)房中設(shè)備總數(shù)和種類較多，因而常存在大量線路縱橫交錯(cuò)現(xiàn)象，后續(xù)運(yùn)行過程中如出現(xiàn)問題將導(dǎo)致排查困難，故在安裝工作開展前需重點(diǎn)預(yù)排線路，確保各個(gè)線路之間的接口符合前期規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)[7]。

5.2 本地控制

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，本地控制器是非常重要的組成部分，也是安裝環(huán)節(jié)的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。如在公路隧道路段安裝本地控制器，則須嚴(yán)格把控其安裝標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)任何局部缺漏時(shí)都需拆除重裝。在隧道中，安裝本地控制器的位置宜選擇在孔壁上方，在確保控制器穩(wěn)定的基礎(chǔ)上盡量延長其使用壽命。安裝完成本地控制器前，需再次檢查光纜、電纜等材料之間接口是否充分符合前期設(shè)計(jì)要求，確保與設(shè)計(jì)圖紙一致。

5.3 火災(zāi)報(bào)警器

火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)置能提高公路運(yùn)行安全性，是監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵的安全措施之一。當(dāng)前我國應(yīng)用的火災(zāi)報(bào)警器以半自動(dòng)報(bào)警器為主，該種設(shè)備雖然使用較為方便，但日常管理工作開展相對(duì)復(fù)雜，需在安裝時(shí)提前標(biāo)記線纜和光纜位置，作為后續(xù)線路安裝的定位依據(jù)，同時(shí)需要專門的安裝人員嚴(yán)格按規(guī)范要求實(shí)施線路鋪設(shè)，最后安裝開關(guān)、傳感器等啟動(dòng)零部件。

5.4 攝像機(jī)安裝

作為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的主要職能設(shè)備，攝像機(jī)監(jiān)測(cè)貫穿監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的全過程。在安裝攝像機(jī)時(shí)，一般需開展攝像儀器的運(yùn)行狀態(tài)及整體使用功能檢測(cè)，包括：評(píng)價(jià)攝像視頻內(nèi)容是否足夠清晰，是否能結(jié)合需求完成變焦和聚焦，是否能清晰觀察到路面行駛車輛的具體信息，是否能在環(huán)境惡劣條件下始終保持良好運(yùn)行狀態(tài)[8]。這些檢測(cè)內(nèi)容都需在完成攝像機(jī)安裝之前得出結(jié)論，如攝像機(jī)安裝完成并投入應(yīng)用后才發(fā)現(xiàn)運(yùn)行功能不佳，則會(huì)導(dǎo)致維護(hù)成本大幅度提高，系統(tǒng)也難以保持正常運(yùn)行效率。

6 結(jié)語

高速公路的使用功能和常規(guī)市政道路存在差異，由于在高速公路上行駛的車輛速度更快，危險(xiǎn)性更高，需要駕駛員始終保持高度集中的注意力，否則事故發(fā)生概率極大，因而對(duì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和管理要求也更高。當(dāng)前我國高速公路事業(yè)不斷蓬勃發(fā)展，總里程不斷增加，但部分管理人員難以充分發(fā)揮監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率較低，因而還需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究，并在實(shí)踐中采取措施提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，為交通事業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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