論高速公路機電工程發展與應用

丁亮

摘要：本文通過對應用于我國高速公路上的機電工程設備例如監控系統、收費系統、電力系統、通信系統等的簡要闡述說明，對高速公路機電工程發展與應用進行了介紹。可以看出，機電工程在高速公路上的應用涉及到了計算機、電子、電信、自動控制等各個方面，是多種技術的綜合應用。

關鍵詞：高速公路；機電工程；三大系統

高速公路的工程建設離不開機電工程的應用，通常我們所說的高速公路機電工程主要是指監控系統、通信系統和收費系統這三大系統，其余還包括照明等其他系統。機電工程涉及到網絡技術、計算機技術、電子技術、通信技術、自動控制技術、信息顯示技術等方面，是多種技術的綜合應用，同時它又是保證高速公路正常運營的必要組成部分，它的建設是實現高速公路安全、舒適、高速功能的必要條件。

1、高速公路通信系統

作為高速公路系統建設工程的重要組成成分，它的建設直接影響到公路的管理體系及運營模式，同樣，高速公路管理體系和運營模式以及其運營管理水平都又反過來影響了是否能讓機電工程發揮其最大作用，二者相互影響，是一個統一的整體。近些年在我國很多一二線城市，智能交通系統（ITS）在高速公路的應用上都得到了很好的發展。雖然對于我國而言，智能交通系統在高速公路上的應用起步較晚，但是隨著國家政策的實施及高速公路建設里程數的不斷增加，高速公路機電工程建設發展迅速，并成為拉動我國交通經濟增長的主要動力之一。作為高速公路系統建設的重要組成成分及基礎，高速公路各級部門工作實施運營管理及監控收費系統的語音、數據、圖像等信息傳輸都離不開通信系統，它為各種網絡服務（Intranet、Internet等）以及電視系統提供傳輸通道[1]。

就通信技術在高速公路上的應用發展而言，它經歷了從無線對講到800MHz無線集群系統，從小容量微波通信系統到SDH數字光纖傳輸系統，從單一語音傳輸到語音、圖像、數據等多種信息載體的多媒體傳輸，從模擬信號通信到數字信號通信的轉化，進入到寬帶綜合業務數字（B-ISDN）通信系統。

就傳輸信息內容而言，語音傳輸業務包括業務電話BT、指令電話CT、緊急電話ET、無線集群、廣播系統等。圖像傳輸業務則主要為交通監控圖像以及會議電視圖像。數據傳輸業務分為兩大部分，一種是對一些低速數據，包括車輛檢測、氣象檢測等外場交通監控數據采集傳輸控制；另外一種是收費中心—收費站—收費車道的收費系統計算網絡，其局域網速率一般為10Mbs/100Mbs。

利用目前主流的傳輸介質，以光導纖維為媒介，采用了SDH同步數字傳輸技術，網絡IP技術、VOIP技術、異步傳輸技術等等。

隨著經濟社會的發展，車流量、信息量一直在增加，同時對信息傳輸效率的要求也越來越高，將語音、數據、圖像三種業務在同一平臺上傳輸，這就要求通信系統要朝著光纖化、數字化、寬帶化、分組化方向發展。但就未來而言ATMOVERSDH憑借其優勢成為高速公路通信系統及其聯網技術的首選，而寬帶IP（IPOVERATM，IPOVERSDH，IPOVERWDM等），VOIP技術將是未來交通專用通信網的發展趨勢。

2、高速公路監控系統

監控系統以各道路交通管制系統為基礎，主要包括信息采集子系統、監控中心及信息提供子系統三個部分。信息采集子系統包括：車輛檢測器、氣象檢測器、自動稱重傳感器、緊急電話和巡邏車等。其中信息采集主要由車輛檢測器、氣象檢測器、自動稱重傳感器、緊急電話、巡邏車等構成。監控中心負責的是全線路范圍內交通情況的監視和控制。信息提供子系統包括交通標志、標線、信號和LED大屏幕可變信息情報板等，這也是為汽車用戶服務的主要形式[2]。

高速公路監控系統是一個封閉的環路系統，其以公路上車輛行駛情況參數和狀況為輸入信息，在對這些數據分析處理判斷后得出相應指令，控制更改路況報板顯示內容，從而發揮對交通流量的調節控制和疏導。

現如今，應用到高速公路上的監控系統設備分模擬和數字兩種。網絡化的前提和必要條件是數字化，而作為信息高速公路基礎的網絡化又是數字化的延伸和拓展。從模擬化像數字化過渡是未來發展的必然方向。

對比模擬視頻與數字視頻，數字視頻的優點突出：

（1）數字信號在傳輸過程中的再生技術和糾錯編解碼技術使基本不產生噪聲，從而使信噪比基本不變，圖像接受質量高且穩定，適合信息的多環節、長距離傳輸。十分契合未來高速公路發展基本特征及需求。

（2）輸入信號穩定，可避免在模擬系統中非線性失真的影響，消除了DG（差分增益）和DB（差分相位）失真引起的圖像畸變。

（3）數字信號方便信息的存儲和檢索，可采用非線性搜索方式高效快速搜索出各種所需類型文件，避免了使用模擬信號近乎強制性的順序搜索方法。

（4）將數字技術與計算機配合能夠對設備自動控制和操作，對于未來實現高速公路自動化具有十分重要的意義。

（5）采用時分多路數字技術，可以實現信道多工復用。

（6）利用數字編碼方法，便于視頻的保密。

數字視頻信號具有可擴展性、可分極性和互操作性，數字化系統可實現基于數字平臺上的擴展和改造，這極大避免了模擬系統的改造過程中設備更新造成的浪費。

從以上內容可以得出，數字系統優點明顯、功能強大，且適應未來發展趨勢。

3、高速公路收費系統

高速公路建設需要大量資金，通常國家會采取貸款修路的方式，公路投入使用之后再通過收費方式償還貸款。因此，收費系統的建設對于我國高速公路的可持續發展至關重要。

目前高速公路收費主要有以下方式，例如采取封閉收費制，半自動收費，其他也有開放式收費，可用現金、磁卡、IC卡收費，也可停車電子卡收費。隨著ITS技術的應用，大多數高速公路采用開放式收費（ETC），部分車道全自動的電子收費，機器判型、電子卡收費、計算機管理、閉路電視監視及檢測器校驗。

高速公路收費系統分三級管理，分別是收費中心、收費站、及收費車道。通信普遍采用IEEE802.3為標準的TCP/IP通信網絡傳輸信息，采取UNIX多任務操作系統，外圍設備為機電一體化產品。

收費系統設備隨計算機設備更新而更新，收費系統管理軟件也處于不斷更新當中，其更新由管理體制變化決定，軟件功能要包括收費業務、車道運行參數、交通量報表、黑名單、磁卡和電子卡報表、數據備份、收費報表、系統維護、收費站管理等各種模塊[3]。

4、高速公路機電設備的供電與配電系統

通常我國發達地區為使高速公路用電有可靠保證將會為高速公路建設專用變電站和壓輸電線路，對上述三大系統設備用電通常會按一類負荷供電，其余按二類負荷供電。對于重要路段高速公路，除了變電所采用雙電源10kV供電外，還自備發電機組以提供更為可靠的保障。

5、結語

隨科學的發展和經濟的發展，計算機技術、通信技術、電子技術、網絡技術，以及GPS車輛定位導航技術、GIS地理信息系統等將會更為先進，未來也將廣泛應用到高速公路機電工程建設當中，隨這些技術的不斷發展，高速公路機電系統也將更為先進、運營更安全、操作更簡易、維修更方便，符合安全、舒適、高速要求。未來三大系統將會數字化，在不久的將來，高速公路信息化網絡擁有公網標準接口之后，將會產生聯網監控、聯網收費、聯網通信系統的“國家信息高速公路”，將形成巨大的戰略資源，可為國家和投資者帶來巨大效益，這一切都將歸功于未來高速公路機電系統的數字化、網絡化、智能化的應用。

參考文獻：

[1]朱曉艷，張銀.高速公路PPP項目可行性缺口補助計算公式分析及應用[J].公路交通科技，2018（02）：41-47.

[2]范躍濤.“互聯網+”在高速公路施工管理的應用研究[J].交通世界，2018（Z2）：210-211.

[3]郭傳樂.BIM技術在高速公路機電工程中的應用分析[J/OL].交通世界，2017（28）：166-167[2018-03-21].

[4]伏沛.C高速公路項目養護工程管理問題及改進策略研究[D].西南交通大學，2017.