董明華++徐永超++張疆

摘 要：機(jī)電系統(tǒng)的順利運(yùn)行，是高速公路核心運(yùn)輸功能得以充分發(fā)揮的首要前提保障。整個的高速公路機(jī)電系統(tǒng)在建造和運(yùn)營管理過程中也被稱為“機(jī)電工程”或者“交通工程設(shè)施”。高速公路機(jī)電系統(tǒng)是個復(fù)雜的系統(tǒng)，由種類、數(shù)量繁多的機(jī)電設(shè)備組成。該文基于該研究者工作經(jīng)驗，對高速公路機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行了分類，探討了各個子系統(tǒng)的功能。

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

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0043-02

高速公路包括道路和交通工程設(shè)施兩大系統(tǒng)，而機(jī)電系統(tǒng)又是交通工程設(shè)施的重要組成部分，高速公路機(jī)電系統(tǒng)是管理人員用于高速公路現(xiàn)代化管理的主要工具。作為發(fā)揮道路設(shè)施交通功能的核心輔助系統(tǒng)，高速公路機(jī)電系統(tǒng)采用了先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備，并且以電子、電氣、通信控制、交通工程以及機(jī)械設(shè)備等專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，建設(shè)形成了完整的控制管理系統(tǒng)。另一方面，除去路政、道路養(yǎng)護(hù)、營運(yùn)服務(wù)等常見的普通公路管理服務(wù)以外，高速公路管理的實施還需要機(jī)電系統(tǒng)的輔助配合，用以完成收費、信息管理，以及交通監(jiān)控等項目。

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是個復(fù)雜的系統(tǒng)，由種類、數(shù)量繁多的機(jī)電設(shè)備組成。根據(jù)功能的不同，高速公路機(jī)電系統(tǒng)也可以被細(xì)分為多個子系統(tǒng)，包括“三大系統(tǒng)”（即通信系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)，以及收費系統(tǒng)）、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，為了便于管理，有時也將高速公路機(jī)電管理部門的辦公設(shè)備劃入其中。在“三大系統(tǒng)”中，通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)施，主要功能是為收費、監(jiān)控系統(tǒng)中信息的傳遞提供通道。收費系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)主要由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備構(gòu)成，實現(xiàn)高速公路上的收費、監(jiān)測和控制功能。

1 通信系統(tǒng)

高速公路在地理上是一條數(shù)十至數(shù)百公里長的條形地帶或網(wǎng)狀區(qū)域，在管理上符合管理中心、分中心、分中心路側(cè)監(jiān)控站和收費場站的沿線點群分布。為了滿足大量信息的及時交換需求，通信系統(tǒng)承擔(dān)了管理信息傳輸和信息交換的主要任務(wù)。

高速公路需要傳輸?shù)男畔雌涔δ芸梢詣澐譃椋罕O(jiān)控、收費、隧道消防等機(jī)電子系統(tǒng)的控制指令，以及監(jiān)控和收費的管理數(shù)據(jù)。同時，還包括，閉路電視的視頻信號，管理部門與車輛用戶之間交互的多媒體信息，以及，車輛用戶和衛(wèi)星之間的通信信息等。除此之外，程控數(shù)字交換電話與緊急電話中的語音信息也是高速公路傳輸信息中的一部分。在高速公路的信息傳輸過程中，其通信系統(tǒng)采用的通信形式不僅僅包括有光纖、電纜等的有線傳輸，同時還應(yīng)用無線微波移動等多種通信形式。這種多樣化的信息傳輸途徑，高效的滿足了高速公路交通管理中對于監(jiān)控、收費以及其他各種輔助系統(tǒng)信息傳輸?shù)母哔|(zhì)量要求。

在高速公路有線通信系統(tǒng)中，光纜通常作為信息傳輸?shù)闹鞲删€，并輔助以多種通信子系統(tǒng)，這其中包括有光纖數(shù)字通信系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)、程控數(shù)字交換系統(tǒng)等。

2 監(jiān)控系統(tǒng)

交通監(jiān)控是對高速公路交通流運(yùn)行狀態(tài)及其交通設(shè)施和交通環(huán)境的監(jiān)視（監(jiān)測）與控制，是實現(xiàn)高速公路運(yùn)行管理的主要手段。交通監(jiān)控系統(tǒng)主要是由現(xiàn)場監(jiān)控站以及各個層級的監(jiān)控中心組成。通過整個監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員可實現(xiàn)對高速公路的高效管理。同時，保證行車安全和道路通暢是監(jiān)控系統(tǒng)的基本目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，監(jiān)控系統(tǒng)還可以進(jìn)一步的實現(xiàn)高速、以及環(huán)境保護(hù)等其他目標(biāo)。在整個監(jiān)控系統(tǒng)中，對于隧道、橋梁等主要路段，以及交通主干道的匝道連接點，和互通立交等地應(yīng)實施24h的連續(xù)監(jiān)視。除此之外，監(jiān)管系統(tǒng)中的監(jiān)測部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的傳輸、顯示、分析和存儲，包括交通流數(shù)據(jù)和與交通環(huán)境相關(guān)的氣象、路面等狀況。同時，隧道的照明狀況、隧道火災(zāi)和道路的大氣狀況也需要實時監(jiān)測。交警和路政的定時巡邏、對機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的巡檢和診斷也是監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分?？刂撇糠指鶕?jù)監(jiān)視獲取的交通信息，做出有效的控制決策，使交管部門可以通過無線廣播、可變信息板、可變限速板等實時信息交換手段，向駕駛員提供有效的交通道路信息和行駛建議。在入口匝道和主干道等地，可通過各種可控設(shè)施發(fā)送控制指令，以有效的達(dá)到交通控制的目標(biāo)。同時，在隧道控管系統(tǒng)中，照明亮度的自動化控制，以及隧道火災(zāi)發(fā)生時的緊急處理都是監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能。

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備遍布整個高速公路網(wǎng)絡(luò)，具有繁多的功能，根據(jù)不同的功能通常將監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備分為交通檢測設(shè)備、氣象和道路環(huán)境檢測設(shè)備、交通指示設(shè)備、閉路電視交通監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）、可變信息顯示系統(tǒng)、大型顯示系統(tǒng)等。

3 收費系統(tǒng)

征收通行費是高速公路管理企業(yè)最主要的經(jīng)濟(jì)收入，是完成營運(yùn)管理、道路設(shè)備維修、還貸交稅、建設(shè)新路的資金來源。我國的高速公路從一開始就采取收費政策，該政策對中國高速公路的快速發(fā)展起到了重要作用。

收費系統(tǒng)根據(jù)不同的收費形式、人工參與程度和通行卡方式，有不同的設(shè)備配置。目前的收費方式，可大體分為半自動收費和全自動收費兩大類。目前，就我國國情而言，半自動收費系統(tǒng)被絕大多數(shù)高速公路管理系統(tǒng)所采用。按照車型和行駛里程收取通行費用是半自動收費系統(tǒng)的基本形式。該收費系統(tǒng)通過對進(jìn)入高速公路的每輛車進(jìn)行識別，根據(jù)車型判斷其所屬類別，統(tǒng)計分析汽車進(jìn)出口距離，按照不同類型汽車的通行費征收費率計算收費。

根據(jù)中華人民共和國交通部《高速公路聯(lián)網(wǎng)收費暫行技術(shù)要求》中的描述和要求，我國的高速公路收費系統(tǒng)通?？杀粍澐譃樗膫€層次：收費車道、收費站、收費分中心和收費結(jié)算中心。收費車道是整個收費系統(tǒng)的基本單元，完成最基本的收費任務(wù)，包括按照正常車道收費流程工作，將收費的實時數(shù)據(jù)上傳到收費站系統(tǒng)；收費站下轄多個收費車道，其主要功能是接受來自收費車道的收費數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲和整合，并將這些處理過的原始數(shù)據(jù)上傳到收費中心或結(jié)算中心，管理本站的收費賬目、欠款、罰款等賬目的錄入統(tǒng)計功能；收費分中心以原有的多個路段為基礎(chǔ)建立起來，其基本功能包括接收從下轄的所有收費站上傳的收費數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，并且對收集到的材料進(jìn)行匯總和統(tǒng)計分析等工作。作為整個收費系統(tǒng)的核心，收費結(jié)算中心承擔(dān)著接收來自收費站、收費分中心上傳的原始收費的基本任務(wù)，同時，收費結(jié)算中心還需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行賬目的拆分復(fù)查，數(shù)據(jù)統(tǒng)計，票務(wù)管理，數(shù)據(jù)維護(hù)和數(shù)據(jù)備份等多種重要工作。

基于遠(yuǎn)程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的收費管理系統(tǒng)，與監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)相互配合，高效的完成收費任務(wù)。收費系統(tǒng)中包含了很多高速公路收費的專用設(shè)備，通常按照功能不同將收費系統(tǒng)的設(shè)備劃分為收費車道設(shè)備、收費中心設(shè)備等。

4 隧道機(jī)電系統(tǒng)

公路隧道是山嶺地區(qū)用做克服地形或高程障礙、改善路線、提高車速、縮短里程的重要交通手段。同時，公路隧道在節(jié)約燃料、節(jié)省時間方面表現(xiàn)顯著。同時，通過采用公路隧道，交通建設(shè)過程中可以減少對植被的破壞，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還可以避免落石、塌方等危害。因此，公路隧道是高速公路的重要組成部分。但是，由于公路隧道的自身特性影響，比如車速高、車流量大、光線較差、空氣質(zhì)量不好、環(huán)境噪音大等，使公路隧道比一般路段更容易發(fā)生交通事故。而且由于空間有限，使得公路隧道內(nèi)事故處理困難，交通中斷時間較長，如若發(fā)生火災(zāi)，危險系數(shù)將直線上升。因此，完善的公路隧道的機(jī)電工程是保證車輛安全通行的必要條件。公路隧道機(jī)電工程是指在公路隧道這一特殊路段上，根據(jù)交通工程學(xué)原理和方法，為了使車輛安全、快速、舒適通過，而設(shè)置的通風(fēng)、照明、監(jiān)控、消防、供電、安全及管理等設(shè)施、設(shè)備和系統(tǒng)。

作為高速公路機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，同時由于隧道的特殊性，公路隧道機(jī)電系統(tǒng)通常被視為與“三大系統(tǒng)”并列的機(jī)電子系統(tǒng)。實際上隧道機(jī)電系統(tǒng)中的設(shè)備也可以嚴(yán)格的劃分入監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等，因此也有分類方法不將隧道機(jī)電系統(tǒng)獨立出來而是融入其他系統(tǒng)中。

5 其他子系統(tǒng)

除了“三大系統(tǒng)”和隧道機(jī)電系統(tǒng)外，照明系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)也是高速公路機(jī)電系統(tǒng)中不可或缺的部分，高速公路管理部門的辦公設(shè)備也可歸入高速公路機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

照明系統(tǒng)主要是完成主車道照明、廣場（立交和收費站）照明和隧道照明的任務(wù)。在交通繁忙路段和其他重要路段設(shè)置主線照明，可以改善夜間的行車環(huán)境，提高行車安全系數(shù)，減少事故的發(fā)生。作為事故多發(fā)區(qū)域，立交和匝道鏈接點的照明設(shè)備可以改善行車環(huán)境，并且保證監(jiān)控攝像機(jī)的夜間監(jiān)視功能良好發(fā)揮。收費廣場普遍采用的高桿照明可以保障收費車輛的安全交匯和排隊。對于公路隧道而言，其照明系統(tǒng)需要在白天和夜間持續(xù)工作，而且，隧道內(nèi)部各個區(qū)段的亮度分布也應(yīng)該基于滿足人的視覺適應(yīng)特點來進(jìn)行設(shè)計和實施。隧道各個區(qū)段的人工照明亮度應(yīng)可以進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，同時，還應(yīng)該設(shè)置斷電和火災(zāi)時的隧道應(yīng)急照明系統(tǒng)。

供配電系統(tǒng)是高速公路機(jī)電工程中的另一個必不可少的輔助系統(tǒng)。高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的供配電系統(tǒng)是24h無間斷供電的基本保障，它既可以保障整個機(jī)電系統(tǒng)的正常供電，也可以提供緊急情況下的緊急供電。在正常供電系統(tǒng)中，通?？煞譃樽冸姾团潆妰刹糠?。變電部分需要建設(shè)高壓和低壓配電間以及各種配電箱和配電屏以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而配電部分需要沿線設(shè)置電纜及管道，并且配合安裝各種規(guī)格的電力電纜，和控制電纜，以及通信電纜。緊急供電一般配備柴油發(fā)電機(jī)組、防酸漏鉛電瓶或不間斷電源。消防系統(tǒng)對高速公路的重點路段、隧道、收費站區(qū)域、辦公區(qū)域進(jìn)行火災(zāi)的監(jiān)測，并完成自動、手動報警和自動、手動滅火功能，是高速公路安全運(yùn)行的保障。

消防系統(tǒng)主要包括火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、消防栓滅火系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

辦公系統(tǒng)設(shè)備包括管理部門的自動化辦公系統(tǒng)（OA），也涉及到OA系統(tǒng)中用到的設(shè)備（如計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、空調(diào)等）、運(yùn)輸設(shè)備（如公務(wù)車輛、工程作業(yè)車輛等）、以及計算機(jī)軟件和圖書檔案等。辦公系統(tǒng)雖然并不直接為高速公路的運(yùn)營服務(wù)，但是高速管理部門提高管理效率的工具，并且辦公系統(tǒng)中的設(shè)備在管理、維護(hù)、維修上與其他機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備大致相同，因此將其納入高速公路機(jī)電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。

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