廣西高速公路機電系統(tǒng)建設探討

何炯翔

摘要：為更好地了解廣西高速公路機電系統(tǒng)的結構與功能以及各子系統(tǒng)之間的運作規(guī)律、設備組成及其相關技術狀況，文章對廣西高速公路的交通流特征、交通流參數(shù)之間的關系以及各類干擾因素進行了深入分析和探討，以期提出具有針對性的優(yōu)化措施，實現(xiàn)廣西高速公路向智能高效、經(jīng)濟化、舒適化發(fā)展。

關鍵詞：高速公路;交通工程;機電系統(tǒng);思考

To better understand the structure and function of Guangxi expressway electromechanical system and the operation law，equipment composition and related technical status between various subsystems，this article deeply analyzes the traffic flow characteristics，the relationships between traffic flow parameters of Guangxi expressway and various interference factors，in order to propose targeted optimization measures and realize the intelligent，efficient and economical development of Guangxi expressway.

Expressway;Traffic engineering;Electromechanical system;Thinking

0 引言

機電系統(tǒng)作為高速公路有效運營的保障，在高速公路運營管理過程中具有主導作用。廣西高速公路交通工程機電系統(tǒng)主要由監(jiān)控、通信、收費等子系統(tǒng)構成，這些都是實現(xiàn)高速公路信息化、智能化管理的重要工具，也是發(fā)揮高速公路交通功能的主要管理系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間相互獨立又相互聯(lián)系。在此基礎上，為更好了解廣西高速公路機電系統(tǒng)的結構與功能以及各子系統(tǒng)之間的運作規(guī)律、設備組成及其相關技術狀況，本文對廣西高速公路的交通流特征、交通流參數(shù)之間的關系以及各類干擾因素進行了深入分析和探討，以期提出具有針對性的優(yōu)化措施，實現(xiàn)廣西高速公路向智能高效、經(jīng)濟化、舒適化發(fā)展。

1 高速公路機電系統(tǒng)探析

1.1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)具備監(jiān)測和控制兩大功能，其主要對交通流量和交通環(huán)境進行監(jiān)控，是保障高速公路安全、順暢、有效運行的機電系統(tǒng)。高速公路里程較長，車速快，與普通交通路段有所差異。在高速公路上發(fā)生交通事故一般極為嚴重，不僅會造成重大經(jīng)濟及財產損失，更容易導致人員傷亡，且高速公路上極易造成連環(huán)撞擊事件，引發(fā)更大的交通事件。因此，對高速公路監(jiān)控系統(tǒng)而言，除了對高速公路上交通流運行狀態(tài)和交通環(huán)境進行監(jiān)測外，還包括對交通設施和交通流行為的控制，兩者密切相關。

目前，廣西高速公路監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代信息化技術對全線交通運行狀況以及設施運行狀態(tài)進行管理和檢測，分別由現(xiàn)場監(jiān)控站和各級監(jiān)控中心組成，并通過一系列智能化管理方法和控制手段，實現(xiàn)對交通流和交通流量的調整、控制，以減少交通事故、改善交通環(huán)境，達到高速公路安全、快捷、舒適的目的。這主要得益于廣西高速公路監(jiān)控系統(tǒng)具備以下幾點基本功能：（1）采集交通流信息數(shù)據(jù)，并判斷交通運行狀態(tài);（2）依據(jù)交通運行狀態(tài)采取有效控制方案或策略，并決定控制規(guī)則的參數(shù);（3）執(zhí)行控制方案或策略，并將控制規(guī)則的參數(shù)反饋于交通流，以此實現(xiàn)交通的循環(huán)監(jiān)控。

通過對監(jiān)控系統(tǒng)的功能特點和設備要求進行分析，又可細分為以下五個子系統(tǒng)：

（1）信息采集子系統(tǒng)

即通過車輛檢測器、紅外檢測器、通信設備等手段獲取各路段的交通原始信息數(shù)據(jù)。交通原始信息數(shù)據(jù)的采集不僅僅是交通車流量的信息，更包括交通環(huán)境信息的采集，如氣象信息等。由于高速公路上要求車速較快，天氣條件對高速公路交通的影響被翻倍擴大，交通路段的濕度、溫度、能見度、風速、風向、雨雪霧等各類氣候情況的變化，使車輛在高速行駛狀態(tài)下極易發(fā)生交通事故。因此，采集高速公路上的氣象信息數(shù)據(jù)顯得十分必要，而脫離了具體氣象信息作出的控制方案或策略就顯得不切實際，交通控制參數(shù)也就毫無意義。

（2）交通控制子系統(tǒng)

交通控制子系統(tǒng)包括交通控制參數(shù)、方法和目標。通過分析信息采集子系統(tǒng)采集到的氣象信息數(shù)據(jù)和交通運行狀態(tài)，配置相應的交通控制方案，以此作用于交通流。同時依據(jù)不同形式的控制方案，使控制方法有所不同，可主要分為匝道控制和主線控制。

（3）交通誘導信息顯示子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是交通誘導子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)的統(tǒng)稱，主要針對于交通事件。依靠從交通控制子系統(tǒng)處獲取的交通控制方案以及控制參數(shù)作用于交通流，為車輛提供誘導信息。其中交通誘導子系統(tǒng)包含可變限速誘導系統(tǒng)和可變情報板系統(tǒng)：前者通過道路中間或兩側的車速標志，誘導全線車速變化，確保車輛均勻分布在高速公路上，避免事故發(fā)生;后者則是再現(xiàn)重要路段氣象視頻數(shù)據(jù)和車輛視頻實時數(shù)據(jù)以及抓拍記錄。

（4）中央控制設施子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，具有以下基本功能：①實時運算、分析和處理中心計算機送來的各種數(shù)據(jù)，并依據(jù)需要進行打印、制表等;②依靠處理得到的數(shù)據(jù)進行事件判斷，提出相關控制方案和策略，反作用于交通流;③依靠攝像機等電子產品監(jiān)視重要路段交通流狀況，如隧道、大型橋梁等;④通信聯(lián)絡功能，包括接收和轉送業(yè)務電話、緊急電話等;⑤全線交通事件的檢測、報警和記錄;⑥沿線供配電照明設施的調度和控制;⑦全系統(tǒng)組成工作狀態(tài)的監(jiān)測。

（5）計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)

計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)包括計算機操作系統(tǒng)、計算機設備、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、網(wǎng)絡連接設備、計算機網(wǎng)絡管理、監(jiān)控系統(tǒng)應用程序等。該子系統(tǒng)是促進各子系統(tǒng)之間與系統(tǒng)內部相互聯(lián)系、連為一體的重要系統(tǒng)設備，使其成為完整和功能強大的有機整體。

1.2 高速公路通信系統(tǒng)

廣西地處云貴高原東南邊緣，屬第二地勢，多山地，且山體龐大、山嶺連綿、嶺谷相間，因而高速公路在地域上多跨越山、嶺、河流等。因此，為保證大量交通信息及時有效地傳達、接收，高速公路通信系統(tǒng)的建設不可或缺。高速公路通信系統(tǒng)負責各類信息的交換和傳送，主要由以下幾個部分組成：（1）主干線傳輸。高速公路跨越地域較多，為滿足通信需要，主干線不僅要承擔中長途網(wǎng)的信號交流，還要考慮省內各地甚至與省外各地交通部門的通信需要，是交通通信的主干線;（2）業(yè)務電話、指令電話、緊急電話分別承擔通信系統(tǒng)的基本通信電話功能、交通管理和調度指揮電話功能、安全報警電話功能，服務對象分別為專用網(wǎng)內用戶和公用網(wǎng)用戶、高速公路內部工作人員、高速公路使用者;（3）數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳輸、廣播承擔收費系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸通道，為各類圖像信息提供信道和交通信息電臺廣播;（4）通信電源和通信管道分別負責通信供電和信號傳輸。

通信系統(tǒng)是高速公路機電系統(tǒng)穩(wěn)定、順暢運行的支撐系統(tǒng)，在整個高速公路管理中起著承前啟后、相互銜接的關鍵作用，承擔的主要任務有：

（1）負責傳輸監(jiān)控系統(tǒng)和收費系統(tǒng)各類信息，包括數(shù)據(jù)、圖像、語音等，確保系統(tǒng)正常運行;（2）負責管理部門與內部各業(yè)務部門事故增援、道路設施維修等業(yè)務的聯(lián)系;（3）負責收費中心、監(jiān)控中心、管理部門和業(yè)務部門與外界的聯(lián)系。按功能劃分則有：監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測、各類有線電話及無線電話信號控制和調度、各類指令控制與發(fā)布、系統(tǒng)內部信息與社會信息的交換等。

1.3 高速公路收費系統(tǒng)

高速公路收費系統(tǒng)同樣是廣西高速公路有效運營的重要保障。高速公路每天都承載源源不斷的車流，每日負責運營管理、高速公路維修等問題需要花費大量人力、物力、財力，而收費系統(tǒng)所收費用則是保障高速公路運營管理、道路設施維修以及建設新道路等的重要經(jīng)濟來源，因此在整個機電系統(tǒng)中起著至關重要的作用。其主要功能有：（1）在車輛進入收費口時統(tǒng)計車型、車流量及相關信息;（2）整理、匯總相關數(shù)據(jù)，并傳送到收費管理中心、監(jiān)控中心等進行進一步信息處理;（3）保存重要數(shù)據(jù)，并依據(jù)監(jiān)控中心反饋信息控制和調節(jié)出入高速公路的車輛。

目前我國高速公路收費方式有兩種，一是開放式收費，二是封閉式收費。其中封閉式收費是指公路網(wǎng)中行駛的車輛，在進入入口時領取有其行駛記錄和行駛特征信息的通行券（現(xiàn)如今國內多采用IC卡為通行券），到出口時交回通行券并按其行駛里程及車型進行繳費。因其收費合理、無漏收等優(yōu)點，同時為了及時、有效回收高速公路建設成本，還本付息，現(xiàn)廣西高速公路多采用封閉式收費模式。同時對其提出的要求如下：（1）收費系統(tǒng)需要有相對科學合理、公平的收費標準，如按照相關收費政策進行收費，或按照車型收費等;（2）收費要保證高效，避免延誤，提高道路服務水平，確保收費車道的暢通;（3）收費系統(tǒng)設計應保證嚴謹周密，避免漏收多收以及作弊行為;（4）收費系統(tǒng)在保證收費準確性以及高效性的基礎上盡可能降低收費工作人員的勞動強度，并具備一定的統(tǒng)計功能;（5）具備報警及自檢功能。

2 廣西高速公路機電系統(tǒng)存在的問題分析

（1）機電設備管理混亂，工作效率低下

目前，廣西高速公路機電設備管理存在一個誤區(qū)，對機電設備的管理多停留在維修和保護方面，只簡單保證其有效運行，而忽視了對機電設備的分類、編碼。目前，廣西部分高速公路關于機電設備設施的庫存信息的記錄方式主要還是依靠相關管理人員實行手工記錄及統(tǒng)計相關數(shù)據(jù)信息，工作量大，且費時費力，還容易出現(xiàn)工作誤差，十分不利于對機電設備相關信息的查詢，導致在后續(xù)進行機電設備相關資料交接和處理時帶來了很大困難，降低了工作效率。

（2）缺乏科學有效的評價反饋機制

為確保高速公路全線安全有效運行，廣西高速公路的機電設備一般分布較為分散，這也導致對機電設備的管理較為困難。目前，廣西高速公路機電管理體系中尚缺乏科學、完善的機電設備評價機制，加之廣西的特殊地勢，對高速公路運行狀態(tài)難以及時、有效掌握，管理工作還存在較大的盲目性，高速公路機電系統(tǒng)的管理水平還停留在比較原始的階段。特別是機電系統(tǒng)出現(xiàn)故障要進行故障信息上報時，上報手段還存在口頭表達和書面報告的形式，信息上報到監(jiān)控中心和管理中心的過程和控制方案反饋信息的過程耗時較長，導致沒能及時對機電系統(tǒng)設備故障進行檢修處理，極易造成更惡劣情況的發(fā)生。

（3）信息化水平較低

盡管我國對高速公路機電系統(tǒng)的建設極為重視，但相對發(fā)達國家而言還是較落后，廣西高速公路機電系統(tǒng)的建設也是一樣，缺乏健全的設備故障預測機制，導致設備發(fā)生故障時經(jīng)常造成故障報告存檔信息等方面出現(xiàn)信息不對稱、信息更新慢等問題，難以有效把控和預測機電設備運行狀態(tài)。同時缺乏與外界有效的、雙向的溝通渠道，造成部分機電系統(tǒng)對外業(yè)務難以展開。

3 關于廣西高速公路機電系統(tǒng)建設的幾點建議

（1）注重三項系統(tǒng)目標一致性

三項系統(tǒng)指監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。雖然各系統(tǒng)都存在自身特點和性質，但三項系統(tǒng)之間存在緊密的內在聯(lián)系，都是為實現(xiàn)高速公路安全、便捷、舒適等目標而設計的，因此，三項系統(tǒng)之間需要相互協(xié)調，保持目標一致性，促使問題有效解決。如系統(tǒng)設計與現(xiàn)實狀況通常存在信息差異，可能某些路段在系統(tǒng)設計階段比較完美，但運用到現(xiàn)實中時，由于地形、氣象、設備等原因存在誤差，導致道路建成若干年后形成一些問題。因此，三項系統(tǒng)在建設、設計伊始就應當考慮到這些細節(jié)問題，注意相互協(xié)調，確保交通工程的長久持續(xù)。

（2）三項系統(tǒng)要協(xié)調配套

三項系統(tǒng)是交通工程有效運營的重要保障，其中通信系統(tǒng)在三項系統(tǒng)中起支撐、保障作用，不論是監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控信號、數(shù)據(jù)傳輸，還是收費系統(tǒng)收費計算機聯(lián)網(wǎng)等都需要通信系統(tǒng)提供各種速率的傳輸通道。因此，三項系統(tǒng)需要配套設計，便于機電系統(tǒng)高效運行、管理及維修等。目前，廣西部分高速公路的通信系統(tǒng)還是采用PDH系列傳輸設備，而近年來科學技術迅猛發(fā)展，擁有更高速率及更豐富開銷字節(jié)等優(yōu)勢更明顯的SDH系列傳輸設備將成為未來高速公路通信系統(tǒng)的主流設備。因此，在進行設備更新?lián)Q代時，應注意三者之間相互協(xié)調配套。另外三項系統(tǒng)對電源供配電要求都有所差異，但都追求供電穩(wěn)定，中斷幾率小，因此，在為三項系統(tǒng)設計供配電部分時，需考慮整體統(tǒng)一性。

（3）定期進行系統(tǒng)升級，保持整體協(xié)調性

對系統(tǒng)進行升級，首先要對機電系統(tǒng)的硬件進行擴容及對其他軟件系統(tǒng)進行擴容，這需要專業(yè)設計部門或單位對其進行測試、設計，確保系統(tǒng)升級后的整體效果，如是否具有兼容性以及和其他設備、軟硬件的契合度。其次，進行擴容或升級之前應做好前期工作，備份原先相關數(shù)據(jù)和設計好詳盡的實施方案，謹防重要數(shù)據(jù)的丟失，確保擴容和升級后能與原先設備保持一致性，達到整體協(xié)調的效果。

（4）積極采用新技術

三項系統(tǒng)具有明顯的技術密集、科技含量高等特點，尤其是近幾年來社會發(fā)展步伐不斷加快，新技術替代舊技術更是層出不窮，其中三項系統(tǒng)所采用的自動監(jiān)控、智能信息采集、計算機網(wǎng)絡、通信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g也同樣面臨著被新技術替換的境況。因此，為避免三項系統(tǒng)被過早淘汰，在施工及設計之初對技術、設備、材料等的選擇就要慎之又慎，在設計之時密切關注外界最新技術動態(tài)并認真分析，只有這樣才可能滿足技術先進性的要求，促進三項系統(tǒng)保留更長時間的技術優(yōu)勢。

4 結語

通過對廣西高速公路機電系統(tǒng)的深刻探析發(fā)現(xiàn)，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，各類先進機電設備陸續(xù)應用到高速公路中，促進了高速公路管路信息化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展，極大提升了高速公路的管理水平;同時先進的技術和設備帶來高效、專業(yè)的管理方式、方法和模式，這也使得對人才的標準相應提高。所以，在新時代發(fā)展背景下，廣西高速公路機電系統(tǒng)一方面要依托現(xiàn)代科技的發(fā)展，不斷引進先進的電子、通信、控制等技術;另一方面要注重人才培養(yǎng)，不斷提高人才自身理論與技術素養(yǎng)，提升整體管理水平，以適應新形勢發(fā)展需求。

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