文/王國(guó)輝

1 前言

我國(guó)民生經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使得我國(guó)道路交通對(duì)于高速公路的需求日益高漲，同時(shí)也對(duì)我國(guó)高速公路配套的機(jī)電系統(tǒng)提出了更高的挑戰(zhàn)。作為機(jī)電系統(tǒng)的主要組成部分，收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)共同構(gòu)建起了高效的管理體系。通過(guò)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)各子系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)并在合適的環(huán)節(jié)引入新技術(shù)，能夠很好地改善高速公路工作效率。

2 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的基本組成

2.1 機(jī)電系統(tǒng)的基本組成

2.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是統(tǒng)計(jì)和監(jiān)管高速公路車(chē)流量，其往往與當(dāng)?shù)亟煌ㄖ鞴懿块T(mén)相聯(lián)動(dòng)，規(guī)范高速公路行車(chē)，并協(xié)助管理過(guò)往車(chē)輛的違規(guī)行為，譬如違規(guī)掉頭、超速、超載等。此外，監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)將會(huì)予以保存，以供交通管理的大數(shù)據(jù)研究。

2.1.2 收費(fèi)系統(tǒng)

收費(fèi)系統(tǒng)是高速公路機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是記載高速公路車(chē)輛通行時(shí)間、里程，并根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算應(yīng)收費(fèi)用。該系統(tǒng)的主要作用是保障高速公路的合理運(yùn)營(yíng)與持續(xù)發(fā)展，并對(duì)其在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)進(jìn)行維護(hù)。

2.1.3 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)的主要功能是聯(lián)系機(jī)電系統(tǒng)各部分，保證整體的穩(wěn)定運(yùn)行，并將系統(tǒng)內(nèi)與系統(tǒng)外聯(lián)系起來(lái)，保證機(jī)電系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)工作。此外，通信系統(tǒng)還兼具傳輸和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能。

2.2 問(wèn)題分析

2.2.1 管理體系薄弱

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是一個(gè)涉及領(lǐng)域廣泛、專業(yè)化程度高的系統(tǒng)，所以其管理范圍相對(duì)較寬，對(duì)于管理者的個(gè)人專業(yè)能力要求也較高，在此基礎(chǔ)上想要對(duì)系統(tǒng)各部分統(tǒng)一調(diào)度與管理難度較大。目前，在系統(tǒng)技術(shù)、設(shè)備快速發(fā)展的同時(shí)，管理體系卻相對(duì)較為滯后，未形成體系，且對(duì)于設(shè)備維護(hù)、管理也沒(méi)有切實(shí)可行的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，很多管理部門(mén)對(duì)于系統(tǒng)維護(hù)認(rèn)知不足，沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)、設(shè)備進(jìn)行分類與編號(hào)，使得管理工作的開(kāi)展十分繁重。通過(guò)以上論述可知，目前高速公路機(jī)電系統(tǒng)的管理存在很大的不足，難以將其作用有效發(fā)揮[1]。

2.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)效果不佳

在高速公路中監(jiān)控系統(tǒng)的使用效果往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。首先，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)項(xiàng)目需求缺乏針對(duì)性，無(wú)法很好地適應(yīng)項(xiàng)目環(huán)境，導(dǎo)致成本較高卻效率低下；此外，在使用中只注重監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)，缺乏主動(dòng)地調(diào)控，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)缺失交通反饋能力。

2.2.3 不符合交通發(fā)展方向

目前我國(guó)交通領(lǐng)域提出了“智慧高速”的發(fā)展理念，以期實(shí)現(xiàn)更為高效、舒適的高速行車(chē)環(huán)境，但目前的機(jī)電系統(tǒng)在技術(shù)、設(shè)備等方面發(fā)展較為滯后，無(wú)法很好地滿足建設(shè)“智慧高速”需求。

3 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)

在對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)充分明確其系統(tǒng)預(yù)期功能要求，并根據(jù)高速公路具體情況考慮，譬如路線、車(chē)流量等；此外，還要結(jié)合各項(xiàng)外部因素，制定出適合該路段的監(jiān)控系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案，隨后對(duì)初步方案還要進(jìn)行可行性分析和經(jīng)濟(jì)性分析。

目前高速公路的監(jiān)控對(duì)象越來(lái)越豐富，包括了音頻、視頻、指令代碼、文本等多種形式。而傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于各種形式監(jiān)控對(duì)象采用的往往是獨(dú)立儲(chǔ)存、獨(dú)立管理的模式，其處理效率很低且交互性較差，占用的儲(chǔ)存空間很大，管理起來(lái)很不方便。

監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)需要依賴于大量的公路數(shù)據(jù)以及合適的處理技術(shù)。設(shè)計(jì)人員可以在系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建出監(jiān)控系統(tǒng)的核心工作平臺(tái)，并將各項(xiàng)預(yù)期功能嵌入其中，以形成完整的監(jiān)控系統(tǒng)體系。

為了使監(jiān)控系統(tǒng)適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境因素，需要其對(duì)天氣因素進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，而這一功能的實(shí)現(xiàn)主要是依賴于軟件開(kāi)發(fā)。此外，為了最大效應(yīng)地利用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，往往還需要對(duì)其進(jìn)行匯總、分析以及預(yù)測(cè)，建立專門(mén)的資源庫(kù)，儲(chǔ)存監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。在很多場(chǎng)景下可以使用，譬如交通事故責(zé)任劃分時(shí)，可以將其調(diào)取出作為證據(jù)。除此之外，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分也應(yīng)當(dāng)給予足夠重視，譬如設(shè)備連接、架設(shè)方式等。為了保證較好的傳輸效果，監(jiān)控設(shè)備大多設(shè)置在視野空曠的高處，但隨之而來(lái)的是雷擊等自然條件帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此在設(shè)計(jì)中針對(duì)這一問(wèn)題應(yīng)當(dāng)著重進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 收費(fèi)系統(tǒng)

實(shí)踐表明，傳統(tǒng)的高速公路收費(fèi)方式在高車(chē)流時(shí)段往往會(huì)造成擁堵，特別是節(jié)假日期間擁堵給交通運(yùn)輸帶來(lái)了巨大的壓力，影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義與改良價(jià)值。在收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化中，最為主要的解決方式是引入ETC 系統(tǒng)，目前已有的實(shí)踐表明該方法對(duì)于提高收費(fèi)系統(tǒng)工作效率有著顯著效果，其基本原理是通過(guò)收費(fèi)系統(tǒng)中的裝置對(duì)車(chē)輛信息進(jìn)行識(shí)別，并自動(dòng)從車(chē)主網(wǎng)銀賬戶扣除費(fèi)用。目前，我國(guó)實(shí)行的ETC 系統(tǒng)根據(jù)車(chē)型不同進(jìn)行分段收費(fèi)。

此外，為提升通行效率、落實(shí)交通運(yùn)輸部門(mén)“智慧交通”的理念，構(gòu)建ETC 門(mén)架系統(tǒng)在領(lǐng)域內(nèi)得到了推動(dòng)。其原理為在高速公路出入口設(shè)立ETC 門(mén)架，上傳車(chē)輛的行車(chē)數(shù)據(jù)，使高速公路通行能夠?qū)嵭蟹侄斡?jì)費(fèi)。這一系統(tǒng)的應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)省界收費(fèi)站的取消，提升高速公路運(yùn)輸能力。

3.3 通信系統(tǒng)

高速公路通信系統(tǒng)在其工作中的功能實(shí)現(xiàn)主要有兩方面：

3.3.1 為司機(jī)提供高速公路上的通信服務(wù)，保障其在交通事故、車(chē)輛故障等緊急情況下能夠及時(shí)地獲得救援。

3.3.2 為機(jī)電系統(tǒng)各部分提供交流溝通渠道，同時(shí)構(gòu)建機(jī)電系統(tǒng)與外部的聯(lián)系，確保高速公路能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)并及時(shí)排查維修故障，且在極端情況下還能夠傳達(dá)重要指令。

在優(yōu)化的具體方法方面，主要是從通信信號(hào)的傳輸上入手的，譬如目前廣泛采用的方式是建立WIFI 覆蓋區(qū)，為車(chē)主提供通信服務(wù)。除此之外，也有部分設(shè)計(jì)人員選擇加強(qiáng)信號(hào)傳輸質(zhì)量，特別是在山區(qū)等信號(hào)傳輸不便的地方可以配備信號(hào)強(qiáng)化裝置；對(duì)于部分信號(hào)較差的地區(qū)，也可以考慮鋪設(shè)光纖用于傳輸通信信號(hào)，但該法對(duì)環(huán)境要求較高，譬如惡劣天氣等可能會(huì)造成線纜損壞[2]。

4 高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的新技術(shù)研究

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)的工作內(nèi)容根據(jù)監(jiān)控對(duì)象的不同可分為道路監(jiān)控以及收費(fèi)站監(jiān)控。道路監(jiān)控的目的是為了實(shí)時(shí)獲取道路狀況及交通動(dòng)態(tài)，以發(fā)現(xiàn)潛在的交通風(fēng)險(xiǎn)；收費(fèi)站監(jiān)控的目的是為了加強(qiáng)工作人員的管理，避免違規(guī)人工操作的出現(xiàn)，同時(shí)對(duì)工作人員收費(fèi)過(guò)程進(jìn)行記錄，為可能發(fā)生的爭(zhēng)議提供證據(jù)。

針對(duì)以上監(jiān)控需求，監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展傾向于智能化，依托互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和傳感設(shè)備，且與氣象、交管等多部門(mén)的聯(lián)動(dòng)，形成多維度、深層次的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)。該數(shù)據(jù)網(wǎng)可運(yùn)用于大數(shù)據(jù)處理分析，為機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)化提供方向。

4.2 收費(fèi)系統(tǒng)

收費(fèi)過(guò)程依據(jù)車(chē)輛性質(zhì)狀態(tài)可分為停車(chē)和不停車(chē)這兩類收費(fèi)方法，前者在傳統(tǒng)人工收費(fèi)中得到了廣泛應(yīng)用，且在目前的收費(fèi)系統(tǒng)中仍占據(jù)主導(dǎo)。而不停車(chē)收費(fèi)在目前收費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)（即ETC）發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，ETC 車(chē)道在高速公路車(chē)道中也占據(jù)了主流。

相較于傳統(tǒng)人工收費(fèi)方式，ETC 技術(shù)具有更高的效率和更低的成本，在節(jié)假日等高峰時(shí)段能夠很好地滿足需求。在組成上，ETC 系統(tǒng)可大致分為軟件與硬件兩部分。

硬件系統(tǒng)主要承擔(dān)了通信、分類、監(jiān)控三大功能，軟件系統(tǒng)借助用戶移動(dòng)終端進(jìn)行自動(dòng)扣費(fèi)。以上的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)技術(shù)層面進(jìn)行的優(yōu)化，但具體到實(shí)際交通中，仍需要對(duì)于不同路線、車(chē)型進(jìn)行劃分，以便設(shè)置出與之相適應(yīng)的扣費(fèi)金額。

在ETC 技術(shù)在國(guó)內(nèi)大范圍普及的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升車(chē)輛通行效率，“自由流”收費(fèi)的發(fā)展趨勢(shì)日漸顯著?！白杂闪鱁TC 技術(shù)”的應(yīng)用不需要單獨(dú)設(shè)立收費(fèi)站及其附屬設(shè)施就能夠大大減少成本投入；此外，車(chē)輛還可以在正常行駛速度下完成收費(fèi)，相較于普通ETC 收費(fèi)速度更快。

4.3 通信系統(tǒng)

受到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能通信持續(xù)發(fā)展的影響，機(jī)電系統(tǒng)通信技術(shù)仍將長(zhǎng)期處在快速發(fā)展的狀態(tài)下，滿足其他子系統(tǒng)革新的需求。目前，在通信系統(tǒng)中被廣泛使用的新技術(shù)有以下兩種：分組傳送網(wǎng)技術(shù)和自動(dòng)交換光技術(shù)。

實(shí)踐表明，分組傳送網(wǎng)技術(shù)（PTN）的應(yīng)用可以極大降低通信操作難度，便于工作人員進(jìn)行通信處理；同時(shí)，該技術(shù)具備很好的安定性，能夠保障通信的穩(wěn)定與安全。除此之外，較低的技術(shù)成本也使得其具有很高的性價(jià)比。

在通信系統(tǒng)中，分組傳送網(wǎng)技術(shù)常常配合自動(dòng)交換光技術(shù)使用，后者能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各部分的運(yùn)行情況，并對(duì)異常情況進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警和記錄。自動(dòng)交換光技術(shù)的應(yīng)用相較于傳統(tǒng)維修方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠精準(zhǔn)判定、定位出現(xiàn)問(wèn)題的部位，提升維修效率，恢復(fù)其系統(tǒng)功能。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文論述可知，未來(lái)機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)化、發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)切合實(shí)際需求，從通信、收費(fèi)、監(jiān)控三個(gè)層面出發(fā)詳細(xì)分析其應(yīng)用缺陷，并優(yōu)化處理。特別值得注意的是，機(jī)電系統(tǒng)優(yōu)化的方向應(yīng)當(dāng)適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)融合高科技手段，不斷提升機(jī)電系統(tǒng)工作效率。目前，機(jī)電系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了顯著的成果，但未來(lái)仍具有很寬闊的發(fā)展空間，需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)、研發(fā)技術(shù)。