高速公路機電系統組成及子系統分析

董明華++徐永超++張疆

摘 要：機電系統的順利運行，是高速公路核心運輸功能得以充分發揮的首要前提保障。整個的高速公路機電系統在建造和運營管理過程中也被稱為“機電工程”或者“交通工程設施”。高速公路機電系統是個復雜的系統，由種類、數量繁多的機電設備組成。該文基于該研究者工作經驗，對高速公路機電系統進行了分類，探討了各個子系統的功能。

關鍵詞：高速公路 機電系統 組成 子系統

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：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施兩大系統，而機電系統又是交通工程設施的重要組成部分，高速公路機電系統是管理人員用于高速公路現代化管理的主要工具。作為發揮道路設施交通功能的核心輔助系統，高速公路機電系統采用了先進的現代化技術設備，并且以電子、電氣、通信控制、交通工程以及機械設備等專業技術為基礎，建設形成了完整的控制管理系統。另一方面，除去路政、道路養護、營運服務等常見的普通公路管理服務以外，高速公路管理的實施還需要機電系統的輔助配合，用以完成收費、信息管理，以及交通監控等項目。

高速公路機電系統是個復雜的系統，由種類、數量繁多的機電設備組成。根據功能的不同，高速公路機電系統也可以被細分為多個子系統，包括“三大系統”（即通信系統，監控系統，以及收費系統）、供配電系統、照明系統等，為了便于管理，有時也將高速公路機電管理部門的辦公設備劃入其中。在“三大系統”中，通信系統為基礎設施，主要功能是為收費、監控系統中信息的傳遞提供通道。收費系統和監控系統主要由計算機網絡和終端設備構成，實現高速公路上的收費、監測和控制功能。

1 通信系統

高速公路在地理上是一條數十至數百公里長的條形地帶或網狀區域，在管理上符合管理中心、分中心、分中心路側監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，通信系統承擔了管理信息傳輸和信息交換的主要任務。

高速公路需要傳輸的信息按其功能可以劃分為：監控、收費、隧道消防等機電子系統的控制指令，以及監控和收費的管理數據。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，車輛用戶和衛星之間的通信信息等。除此之外，程控數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控、收費以及其他各種輔助系統信息傳輸的高質量要求。

在高速公路有線通信系統中，光纜通常作為信息傳輸的主干線，并輔助以多種通信子系統，這其中包括有光纖數字通信系統、緊急電話系統、移動通信系統、程控數字交換系統等。

2 監控系統

交通監控是對高速公路交通流運行狀態及其交通設施和交通環境的監視（監測）與控制，是實現高速公路運行管理的主要手段。交通監控系統主要是由現場監控站以及各個層級的監控中心組成。通過整個監控系統，管理人員可實現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控系統的基本目標，在此基礎上，監控系統還可以進一步的實現高速、以及環境保護等其他目標。在整個監控系統中，對于隧道、橋梁等主要路段，以及交通主干道的匝道連接點，和互通立交等地應實施24h的連續監視。除此之外，監管系統中的監測部分負責數據及相關信息的傳輸、顯示、分析和存儲，包括交通流數據和與交通環境相關的氣象、路面等狀況。同時，隧道的照明狀況、隧道火災和道路的大氣狀況也需要實時監測。交警和路政的定時巡邏、對機電系統設備的巡檢和診斷也是監控系統的組成部分。控制部分根據監視獲取的交通信息，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，可通過各種可控設施發送控制指令，以有效的達到交通控制的目標。同時，在隧道控管系統中，照明亮度的自動化控制，以及隧道火災發生時的緊急處理都是監控系統的重要功能。

高速公路監控系統的設備遍布整個高速公路網絡，具有繁多的功能，根據不同的功能通常將監控系統的設備分為交通檢測設備、氣象和道路環境檢測設備、交通指示設備、閉路電視交通監視系統（CCTV）、可變信息顯示系統、大型顯示系統等。

3 收費系統

征收通行費是高速公路管理企業最主要的經濟收入，是完成營運管理、道路設備維修、還貸交稅、建設新路的資金來源。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展起到了重要作用。

收費系統根據不同的收費形式、人工參與程度和通行卡方式，有不同的設備配置。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，半自動收費系統被絕大多數高速公路管理系統所采用。按照車型和行駛里程收取通行費用是半自動收費系統的基本形式。該收費系統通過對進入高速公路的每輛車進行識別，根據車型判斷其所屬類別，統計分析汽車進出口距離，按照不同類型汽車的通行費征收費率計算收費。

根據中華人民共和國交通部《高速公路聯網收費暫行技術要求》中的描述和要求，我國的高速公路收費系統通常可被劃分為四個層次：收費車道、收費站、收費分中心和收費結算中心。收費車道是整個收費系統的基本單元，完成最基本的收費任務，包括按照正常車道收費流程工作，將收費的實時數據上傳到收費站系統；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據并進行存儲和整合，并將這些處理過的原始數據上傳到收費中心或結算中心，管理本站的收費賬目、欠款、罰款等賬目的錄入統計功能；收費分中心以原有的多個路段為基礎建立起來，其基本功能包括接收從下轄的所有收費站上傳的收費數據和相關資料，并且對收集到的材料進行匯總和統計分析等工作。作為整個收費系統的核心，收費結算中心承擔著接收來自收費站、收費分中心上傳的原始收費的基本任務，同時，收費結算中心還需要對這些數據進行賬目的拆分復查，數據統計，票務管理，數據維護和數據備份等多種重要工作。

基于遠程計算機網絡應用的收費管理系統，與監控系統、通信系統相互配合，高效的完成收費任務。收費系統中包含了很多高速公路收費的專用設備，通常按照功能不同將收費系統的設備劃分為收費車道設備、收費中心設備等。

4 隧道機電系統

公路隧道是山嶺地區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，公路隧道在節約燃料、節省時間方面表現顯著。同時，通過采用公路隧道，交通建設過程中可以減少對植被的破壞，保護生態環境，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、空氣質量不好、環境噪音大等，使公路隧道比一般路段更容易發生交通事故。而且由于空間有限，使得公路隧道內事故處理困難，交通中斷時間較長，如若發生火災，危險系數將直線上升。因此，完善的公路隧道的機電工程是保證車輛安全通行的必要條件。公路隧道機電工程是指在公路隧道這一特殊路段上，根據交通工程學原理和方法，為了使車輛安全、快速、舒適通過，而設置的通風、照明、監控、消防、供電、安全及管理等設施、設備和系統。

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

5 其他子系統

除了“三大系統”和隧道機電系統外，照明系統、供配電系統、消防系統也是高速公路機電系統中不可或缺的部分，高速公路管理部門的辦公設備也可歸入高速公路機電系統進行統一管理。

照明系統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。在交通繁忙路段和其他重要路段設置主線照明，可以改善夜間的行車環境，提高行車安全系數，減少事故的發生。作為事故多發區域，立交和匝道鏈接點的照明設備可以改善行車環境，并且保證監控攝像機的夜間監視功能良好發揮。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，其照明系統需要在白天和夜間持續工作，而且，隧道內部各個區段的亮度分布也應該基于滿足人的視覺適應特點來進行設計和實施。隧道各個區段的人工照明亮度應可以進行控制調節，同時，還應該設置斷電和火災時的隧道應急照明系統。

供配電系統是高速公路機電工程中的另一個必不可少的輔助系統。高速公路機電系統中的供配電系統是24h無間斷供電的基本保障，它既可以保障整個機電系統的正常供電，也可以提供緊急情況下的緊急供電。在正常供電系統中，通常可分為變電和配電兩部分。變電部分需要建設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轉。而配電部分需要沿線設置電纜及管道，并且配合安裝各種規格的電力電纜，和控制電纜，以及通信電纜。緊急供電一般配備柴油發電機組、防酸漏鉛電瓶或不間斷電源。消防系統對高速公路的重點路段、隧道、收費站區域、辦公區域進行火災的監測，并完成自動、手動報警和自動、手動滅火功能，是高速公路安全運行的保障。

消防系統主要包括火災自動報警系統、自動噴水滅火系統、消防栓滅火系統等子系統。

辦公系統設備包括管理部門的自動化辦公系統（OA），也涉及到OA系統中用到的設備（如計算機、打印機、復印機、空調等）、運輸設備（如公務車輛、工程作業車輛等）、以及計算機軟件和圖書檔案等。辦公系統雖然并不直接為高速公路的運營服務，但是高速管理部門提高管理效率的工具，并且辦公系統中的設備在管理、維護、維修上與其他機電系統設備大致相同，因此將其納入高速公路機電設備進行統一管理。

參考文獻

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