高速公路機電監控系統的應用研究

王 云

華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210001

1 高速公路機電監控系統的結構組成

高速公路機電監控系統由計算機系統、不間斷電源系統、投影設備、閉路電視監控設備四部分組成，不同組成部分發揮的作用存在明顯差異，具體如下。第一，計算機系統。計算機系統是采用局域網結構構建的多媒體信息平臺，在監控系統運行期間，負責接入視頻圖像與語音信息，對所采集的外場設備監測信息進行分析處理，并在用戶界面以圖表等形式加以集中顯示，輔助工作人員制訂相應的控制方案，遠程向外場設備發布路況信息與下達控制指令。第二，不間斷電源系統。其本質上屬于一種含有儲能裝置的不間斷電源，負責對外場設備不間斷提供電源，維持外場設備與機電監控系統的穩定運行。在系統運行期間，如果出現市電供電中斷狀況，蓄電池將通過逆變器供電來控制UPS電源交流輸出電壓。第三，投影設備。在系統運行期間，投影設備負責通過接口將相連設備的視頻信息投射出來，幫助工作人員直觀掌握高速公路實時路況與配套設施設備運行情況。同時，投影設備還是顯示路況信息的終端設備。第四，閉路電視監控設備。通過在高速路口收費站、公路隧道、橋梁等應用場景安裝遙控攝像機、云臺等設備，持續對監視場所情況進行監測，并將視頻信號上傳至計算機系統，在用戶界面實時、真實地反映被監視對象的畫面。

2 高速公路機電監控系統的具體應用

2.1 高速路口收費站監控

在高速公路中，收費站是對通行車輛收取通行費用的設施，通過所收取資金來維持高速公路運輸體系的運轉，為公路養護、設施設備維護保養工作的開展提供資金。然而，在我國高速公路體系發展期間，時常出現通行車輛偷逃費用的問題，不僅嚴重侵害了運營企業與政府的合法權益，還會對正常的運營秩序造成較大沖擊，嚴重時甚至可能引發車輛追尾等交通安全事故。在這一背景下，應用機電監控系統可以從根本上解決以上問題，維持良好的高速公路運營秩序。在收費站設置若干數量的監控設備，持續將收費站現場視頻圖像信號上傳至計算機系統，可以幫助工作人員實時掌握現場情況與通行車輛繳費情況，在觀察到車輛走“S”形，出現跳稱、拖稱等異常情況時，遠程下達控制指令，對問題車輛進行重點盤查，并對偷逃費用的車輛信息進行記錄上報。另外，我國近年來加大了撤銷高速收費站的工作力度，以電子不停車收費系統（ETC）取代傳統的高速公路人工收費模式。截至2019年底，我國250組省界收費站撤站工作全部完成，實施ETC模式。該模式下，機電監控系統采用車輛自動識別技術，對通行車輛進行自動感應識別，將感應數據提交至系統數據庫，自動完成相關收費數據的交換；然后，將收費數據提交至計算機收費管理系統，自動從識別車輛預付款賬戶內扣除應繳納的過路費。因此，可以說機電監控系統是ETC系統的重要組成部分。

2.2 隧道與特大橋梁監控

在高速公路工程中，與其他路段相比，隧道與特大橋梁區域的現場環境較為特殊，是交通安全事故的高發區域，偶爾會出現照明燈具故障、隧道通風狀況不佳等突發狀況，存在安全隱患。為此，應用機電監控系統可以有效預防和減少交通事故與突發狀況的發生，可以起到現場信息監控采集、路況信息通報、遠程控制的三重作用。第一，現場信息監控采集。在隧道與特大橋梁路段安裝若干數量與種類的傳感器與攝像頭，信息傳感裝置會持續對周邊環境情況與設施設備運行狀態進行感知，將所采集監測到的信號上傳至監控中心，在中心控制界面以圖表和視頻圖像直播等形式進行集中展示，幫助工作人員全面掌握特殊路段的實時交通路況，及時發現存在的問題，如設備故障、車輛追尾等。第二，路況信息通報。在監測到公路隧道與特大橋梁路段中出現突發狀況時，為了控制影響范圍與受損程度，避免發生車輛連環追尾等問題，監控中心可將現場路況與監測信息整理后發送給周邊區域車輛駕駛員，提醒前方有危險路段。同時，在問題嚴重時，該系統可以將路況信息提供給消防部門與醫療機構，及時組織開展現場救援工作。當出現設備故障時，該系統可以將信息提交給檢修部門，使其可以及時前往現場開展設備檢修工作。第三，遠程控制。在公路隧道與特大橋梁路段出現突發狀況后，工作人員可以通過機電監控系統，遠程向現場設備下達控制指令，調整現場照明、緊急電話與廣播、通風、消防等系統的運行模式，以此控制事故影響范圍，及時恢復高速公路正常運營秩序。例如，出現市電供電中斷問題時，可以遠程控制供電系統快速切換至應急備用電源。

2.3 高速公路路面監控

在高速公路路面監控方面，機電監控系統負責通過圖像傳輸通道，持續將所采集的路面監控視頻圖像實時上傳至監控指揮中心，使值班人員據此全面掌握各區域的路面狀況，將所采集到的監測數據轉換為有用信息，如統計車流量、測量車輛行駛度等，將所轉換信息作為制訂高速公路行車組織管理計劃的信息依據，從中提取關鍵信息并提供給車輛駕駛員，幫助駕駛員了解前方路況。同時，機電監控系統可以及時發現并統計高速公路中出現的交通事故，協調相關部門前往現場開展救援與協調工作，并將肇事車輛與駕駛員的車牌號、面部特征等信息提交至公安部門，為交通案件的偵破提供技術支持。

3 高速公路機電監控系統應用存在的問題及對策

3.1 共享高速公路機電監控系統資源

現階段，我國多數高速公路機電監控系統的設備性能指標、組網方案、接口軟件標準、管理模式存在一定的差異性，尚不具備構建統一化與整體性的高速公路機電監控體系的條件，沒有做到對機電監控信息資源的充分利用，對高速公路管理工作的開展造成了阻礙。

針對這一問題，應及早統一高速公路機電監控系統的技術標準，構建區域性的高速公路管理系統，將各路段工程的機電監控系統納入總體管理系統中，從而實現不同高速公路機電監控系統信息數據的共享傳輸。同時，對高速公路管理組織結構進行優化調整，明確劃分各部門人員的職責權限，確定高速公路與機電監控系統的管理權和管理主體，避免出現交叉管理問題，消除管理盲區。

3.2 健全系統管理體系

從高速公路機電監控系統實際應用情況來看，隨著科技水平的不斷提高，以及對全新軟件產品與硬件設備設施的配置，系統整體運行水平在持續提升。然而，管理部門并未根據系統運行狀況與軟硬件結構的變化對配套管理體系進行大規模調整，部分管理條款內容與管理方式較為滯后，無法滿足實際的管理需求。以軟件管理方面為例，雖然在不斷引進全新的軟件產品，使系統使用功能呈現多元化趨勢，但是尚未構建起統一的管理準則與軟件評價體系，部分使用的軟件產品與系統的兼容性較差，或是軟件之間存在功能重疊問題，沒有發揮出預期作用。

因此，管理部門應結合系統運行情況，準確分析機電監控系統的管理需求，對現行機電監控系統管理體系進行完善補充，明確管理標準、管理流程、突發狀況下的處理措施等，為系統管理工作的開展提供明確依據，避免受到人為主觀因素的影響。例如，在軟件管理方面，明確軟件產品的使用標準，從系統兼容性、不同軟件功能是否沖突、運行效率、運行穩定性、技術適配性等多個方面進行綜合評分，如果軟件分值未達到相應標準，則表明該款軟件不具備應用條件。同時，在管理體系中明確機電監控系統與配套軟件的升級維護間隔周期和具體維護內容，定期解決系統運行與軟件使用期間累計的問題。

此外，在設備管理方面，應引入分級機制，綜合分析設備型號、歷史運行數據、使用年份、故障出現率等因素，將設備劃分為若干等級，明確不同等級設備的日常維護、定期檢修工作內容與開展周期。

3.3 優化完善數字化監控系統技術體系

部分高速公路早期建成的機電監控系統使用功能較為單一，自動化與智能化程度不足，需要配置大量中心值班人員來完成基礎性工作，不利于我國高速公路事業的可持續發展。簡而言之，現行技術體系較為滯后，機電監控技術手段單一，難以應對愈發復雜的高速公路路況。因此，應積極引進全新技術手段，構建數字化與智能化的機電監控系統，突破傳統技術方法的局限性。例如，在視頻通信技術方面，可以選用全新的壓縮標準全光視頻綜合接入技術，推動各型號視頻通信設備的數字協議標準化與接入圖像傳輸網絡化發展，明確不同工況條件下的系統組網方案，以此解決傳統視頻通信技術無法平滑過渡的問題。在圖像處理方面，可以應用數字圖像處理與存儲技術，以實現系統的目標提取、圖像亮度與顏色調整、軌跡跟蹤處理等功能。

4 結束語

綜上所述，機電監控系統在高速公路工程中起到實時路況監控、信息發布與遠程控制等作用，對維護高速公路運營秩序有著重要的現實意義。因此，管理部門必須正確認識機電監控系統的應用價值及其所存在的具體問題，采取有效的處理措施，推動機電監控系統的標準化、規范化、智能化與數字化發展。