摘要：交通是人们生活中必不可少的一部分，在高速公路建设的过程中必须要涉及到机电工程，高速公路的机电工程是比较复杂的，由多个部分组成。机电工程的有效应用对于高速公路的安全运行、通行能力和经济效益起到了关键性的作用。而如何确保高速工程机电系统质量一直以来都是我国高速公路建设史上最为重要的内容之一。高速公路机电工程包含收费系统、监控系统、通信系统，本文介绍高速公路机电工程三大系统的技术应用现状，机电工程的有效应用对于高速公路的安全运行、通行能力和经济效益起到了关键性的作用。
关键词：高速公路；机电工程系统；技术应用
前言
高速公路机电工程包含收费系统、监控系统、通信系统。机电工程的有效应用对于高速公路的安全运行、通行能力和经济效益起到了关键性的作用。在科技日益进步的今天，高速公路的机电系统将会迎来数字化和网络化的时代。在各个信息都能明确掌握下的高速公路，将变得更加安全、高效。机电工程在未来的互联网背景下，能够确保信息的交流沟通更加快捷和稳定。
一、高速公路机电工程系统的特点
所谓的高速公路机电工程系统主要包括收费、监控、通信三个系统，这三个系统的特点分别如下：
1、收费系统的特点
高速公路机电工程的收费系统主要是通过远程对讲机、监控器以及计算机等高科技设备来完成的，该系统主要由三部分组成即收费中心、收费站以及收费通道。在该过程中为了确保整个流程的安全性，避免非法人员的入侵，在该系统中设计中分别对各级管理人员进行了不同的权限设置，促使各环节有专门的责任人进行负责，进而提高高速公路维修费用的合理利用。
2、监控系统的特点
所谓的监控系统就是通过现代化的技术手段来实现对高速公路各阶段的实时监控，从而确保其可以正常安全的运行。监控系统主要是由信息发布、信息处理以及信息采集三个系统组成，信息发布系统则是通过现代的信息引导系统以及无线广播等构成；信息处理技术则包含了地图显示装置、电视监视装置、综合控制台等设备；信息采集则主要是通过对事物视频来进行的监控装置构成。
3、通信系统的特点
最为高速公路机电工程最为重要的组成部分，通信系统可以及时和准确的将机电工程系统中有价值的数据通过先进的科学技术来传输到指定的环节，从而帮助工作人员进行相应的维护等，进而促使整个高速工程质量的提升，确保高速工程质量的安全和稳定的运转。
二、高速公路机电工程系统的技术应用
1、收费系统
广东省高速公路采用分区域联网收费，区域内不同经营单位管理的收费高速公路实行“统一收费、系统分帐”的收费管理方式；在同一区域内，普通用户凭入口领取的通行卡在出口以现金的方式缴付通行费；持粤通卡用户可以凭入口使用的粤通卡在出口以非现金方式缴付通行费，粤通卡在全省范围内所有区域通用；在ETC车道，用户持粤通卡结合车载机，可以以不停车方式通过入出口并自动缴付通行费。
联网收费系统采用分级管理的方式：即现金收费在联网收费区域内进行分帐结算；非现金收费在区域内拆帐，在省联网收费结算中心进行结算。整个系统分为省联网收费结算系统、区域结算中心系统、区域管理点系统、路段收费中心系统、收费站系统和收费车道系统。暂时未联网的独立路段收费系统可以与省联网收费结算中心直接相连接进行数据交换，从而使省联网收费结算中心可以为其提供粤通卡结算服务。
1.1收费系统组成
收费系统由收费计算机系统、路径识别系统、防病毒系统、闭路电视监视系统、内部对讲系统、紧急报警系统、供配电系统、防雷及接地系统等部分组成。
收费计算机系统：收费车道广场交换机通过光纤与收费站站级交换机相连接，构成 10/100M 局域网。收费站交换机通过通信系统提供的 10/100M 通道与收费中心相连接。
收费中心计算机系统由中心服务器、管理计算机（车道监视及收费管理工作站、财务工作站、IC 卡管理工作站、交接班管理工作站）、光盘刻录机、激光、喷墨、以太网交换机等设备构成。该网络拓扑结构采用“星型”模式，它们通过 6 类 UTP 直接连到收费中心以太网交换机上。收费中心与收费站通过由通信系统提供的 10M/100Mbps 数据传输通道进行数据通信，与管理中心的区域数据采集点的计算机系统进行数据交换。
收费站站内计算机系统由服务器，网络硬盘录像机 NVR、以太网交换机、投包机等设备构成。收费站站内网络系统通过以太网交换机+6 类 UTP 连接相关设备来实现，其网络拓扑结构采用“星型”模式。
收费车道控制机通过以太网交换机+光缆实现与站内计算机系统相连接，车道控制机与收费广场交换机采用其网络拓扑结构采用“星型”模式，超 5 类 UTP 连接的方式构成车道计算机系统。收费站的各种数据逐级分别上传收费中心和区域收费中心。时钟、费率、黑名单等数据由区域收费中心产生后，逐级下传。
收费防病毒系统：防病毒系统部署采用收费中心独立管理模式，即按照收费中心、站级系统二级管理模式进行，收费中心集策略控制中心与中央控管中心功能于一体，区域中心集中管理监控。
实行路网统一管理。系统与病毒中心建立连接，在有新的查杀病毒包或者其他防病毒策略提供下载时，自动分发至各站级服务器，再由各站级服务器系统向下级防护点分发。
闭路电视监视系统：闭路电视监视系统包括收费广场两侧、出入口收费车道、出入口收费亭。系统采用收费中心集中监控模式，收费系统与监控系统共用中心闭路电视监视系统。收费车道、亭视（音）频信号在收费广场本地接视频交换机汇聚，通过单模光纤上传收费站内。上传至站内的数字化视频流直接保存在 NVR 视频存储服务器。NVR 视频存储服务器与站内视频交换机相接，视频交换机经万兆以太网交换机与收费中心视频监控系统形成数据链路，在收费中心任何授权的管理工作站都可以查看到全线任何一路监控、收费视频图像。收费中心通过视频控制工作站将上传的视频码流解码后在监视墙上的切换显示和广场摄像机云台的俯仰、转动及摄像机镜头的变焦的操作。
内部对讲系统：根据路段的实际情况，结合当前的技术发展和管理要求，专业集有线对讲、无线对讲、广播喊话、背景音乐、调度管理、报警管理、视频联动等专业多媒体对讲报警广播调度管理系统，系统能与收费业务深度融合应用管理，提高路段的信息化管理水平，提高日常工作效率与应急处理能力。
供配电系统：收费站机房内主要设备和收费车道主要设备用电均由站房内的 UPS 集中供电，收费站机房主要设备需保证双路供电（市电和柴油发电机供电），其电源由变电站低压配电屏通过专门回路引至 UPS，禁止与其它设施（如照明、空调）共用。
防雷监控系统：在收费站的电源机房的总电源输入端供电回路的相线及中性线对地线之间每线安装雷电测试电流等于 35kA 的 10/350 微秒的开关型和最大放电电流等于 40kA 的 8/20 微秒的限压型的具有两级保护的三相复合型防雷器 SPD1，要求 SPD1 的保护电平小于等于 1.0kV。
在收费站 UPS 配电箱输出至收费广场配电箱的电源输出端的火线和零线分别对地线之间每线安装雷电测试电流等于 35kA 的 10/350 微秒的开关型和最大放电电流等于 40kA 的 8/20 微秒的限压型的具有两级保护的单相复合型防雷器 SPD2，要求 SPD2 的保护电平小于等于 1.0kV。
车道计重收费系统：根据《广东省高速公路及其他封闭式收费公路货车全计重收费指导意见》文件要求，为了适应货车完全计重的需要，必须提高计重设备的精度，达到二级（含二级）以上精度。
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军警 ETC 系统：主要由 ETC 车道控制器、单天线路侧单元（RSU）、高速自动栏杆、车道通行信号灯、雾灯、费额显示器、双通道车辆检测器和车道摄像机以及必须配套的部件等部分构成路径识别系统：广东省高速公路联网收费按照广东省“一张网”工作会议纪要，全省多义性路径采用“RFID 复合卡+RFID电子路标（不停车标识站）+5.8Ghz ETC标识站（自由流）+高清卡口防逃费稽查” 的基本技术方案。
多义性路径识别系统有省联网收费清算中心系统、路段收费中心系统、收费站系统、出/入口车道系统、路侧标识站等组成。多义性路径识别系统专用设备主要由复合通行卡（CPC）、复合读写器（CR）和路侧识别单元（RSIU）等组成。
1.2高速公路监控系统
高速公路监控系统是收费系统中的一部分，能有效的采集图像和信息，及时了解收费站附近的情况，采取对应的措施安排人员进行处理，比如说车辆过多的时候，加开通行的通道。
2、监控系统
高速监控系统主要由交通信息采集、信息处理和信息发布三部分组成。信息采集系统用于实时交通信息的采集，主要包括交通流数据采集、气象环境监测、闭路电视监视系统、隧道环境检测、紧急电话、火灾报警等设施和设备。信息处理系统是监控系统的核心环节，通过对采集的交通信息进行分析，形成控制方案、策略，进而对高速公路车辆运行状况进行引导。信息处理系统通常由计算机系统、室内显示设备和操作控制台等设备组成。信息发布系统主要包括可变信息标志、可变限速标志、可变车道控制标志、交通信号灯和交通广播等设施。
1、路段通信模块
路段通信模块是高速公路监控系统的核心部分，一方面收集通过路段通信图像对公路交通流进行分析，另外一方面发出分流和调度指令以保证高速公路的正常运行。路段通信模块包含的子功能有，交通信息采集、信息发布等功能，内置车辆检测装置、能见度检测装置、闭路电视、紧急电话、可变情报板、可变速标志。
2、视频监控模块
视频监控是高速路监控系统又一核心部分。第一，24小时全程监控高速公路车流、路况，向监控中心传输实时影像，方便监控中心进行全局管理。第二，在突发情况和交通事故责任认定上发挥了重要作用。第三，配合车辆检测装置对高速路上汽车速度、性能进行监控，达到危险预警的作用。视频监控模块包含视频摄像、图像传输、输出、控制子系统，内置摄像机、全景式摄像头、枪式摄像头、防护罩、云台、摄像机基座、电缆、光缆、视频发射机、视频切换矩阵等装置。
3、隧道监控模块
通常的高速公路存在一些隧道、山洞等，隧道属于半封闭空间，视野、灯光、道宽都受到了限制，因此，将隧道监控单独列出，强化其功能对保证高速路畅通和安全具有重要意义。隧道监控模块主要采集隧道内车流量、占有率、光强、通风火灾事故、交通事故等数据信息。隧道监控模块包含的内容有交通信号灯、车道指示器、车辆检测器、可变情报板、射流风机、光强检测仪、环境检测仪。实施对隧道的宏观管理和调度，为驾驶员提供一个安全、舒适、通畅的行车环境。
4、应急通信模块
为了防止交通事故、恶劣天气、人为损坏、设备老化而出现的信号中断、信号滞后和全局性信号中断等情况。通常高速公路检测系统需要继续进行配置应急通信模块。应急通信模块包含紧急电话、应急摄影传输机、应急对讲机等，用于处理复杂情况和道路交通救援等，在主体监控系统恢复正常后，对应急通信模块进行老旧设备损坏更换、保养工作，以应对下一次可能突发的情况。
5、图形处理模块
图形处理模块是位于总监测中心和分检测中心，为了更加直观的展示高速公路道路交通情况实施图形而设定的，以中心大屏幕LED显示屏或者采用高清投影仪为核心，以路段地图板与隧道地图板数据汇集而成，地图板固定显示内容有，关键路段收费站实况、重要河流路段、跨江及跨河大桥、铁路与高速路立体交叉图像，动态现实的图像有道路交通事故多发地段实时影像等。
3、通信系统
通信系统有5个主要构成部分，每个构成都息息相关不可缺少。首先介绍通信系统的基础部分，通信管道和通信光缆。通信管道采用的是干线管道，管壁材料为双壁波纹管，这种材质的管道在使用过程中更具安全性，能够保证通信线路的正常工作。通信光缆由两部分组成，一部分为干线光缆，一部分为人站光缆。人站光缆的特点是光缆符合传统要求，信号传递为传导式。干线光缆的特点是单模光缆，这种模式的光缆在信息的传递过程中更有优势，能够保证信息传递的效率。数字光纤传输系统是通信系统的关键部分，作为高速公路中的监控系统，它承担着整个高速公路的信息监控和传输，也承担着信息保护和富有的关键技术，是高速公路信息管理的重要通道。高速公路的收费系统也是通信系统的重要组成之一，该系统是保证高速公路经济效益的唯一渠道，同时也是将公路信息传递给管理部门的重要平台。高速公路的作业环境较为艰苦，通信系统受外界环境因素影响较大，所以对信息的保护技术要求比较严格。数字程控交换系统可以对高速公路施行指令，该系统组成结构式数字程控交换机与通讯站点。系统的工作方式是，通讯站点接收由总指挥中心发送的信号，数字交换系统对两者之间的信号进行维护，保证信息的安全。通信系统中的数据信息调度系统是数据通信系统，数据通信系统一般采用光纤传输，在数据调度上效率较高。
通信系统在运营过程中重要的一部分就是数字程控交换。通信系统运营时需要在通讯站点设置一台程控数字交换机，为路段提供通信业务。通信业务包括电话、指令电话和移动电话。业务电话系统为高速公路上的管理部门提供电话服务。电话系统是自动拨号设置，并且与市话公用网络在全国网络范围内都可以进行拨号连接。监控中心是指令电话系统，指令电话系统可以对各个分中心下达调度指令并进行交通监控。如果在监控中心和通信站点分别建设指令电话系统，可以加强对交通业务的控制和调度。通信系统中的监控系统在通信系统的运营中扮演着非常重要的角色。高速公路上的监控系统由两部分系统构成，一个是纯监控系统，一个是场外监控设备配电系统。在纯监控系统中，又包含了网络子系统、闭路电视系统、采集信息系统等，监控外场设备由配电、外场电缆、外场电压等系统组成。监控分中心负责监控子系统，通过传输管道和外场设备进行网络数据传输的监控。收费中心通常与监控中心结合在一起，监控中心可以通过收费网络系统对高速公路的过往车辆进行监控。监控系统通常配置50套摄像机，每台摄像机拍摄的影像都会通过网络通道传送至监控中心。分散矩阵式的光缆布局，使得每一个监控分中心都能对分散的摄像机进行信息控制。
三、结束语
综上所述，高速公路机电工程系统性能的高低严重影响到整个高速公路建设和实施起到非常重要的决定性作用。施工人员如何确切的掌控高速公路机电系统的建设和维护就成为了确保整个高速公路质量的关键所在，因此，确保高速公路机电工程系统的正常运行将成为整个高速公路机电工程的首要任务。高速公路机电系统与高速公路后期安全稳定的运行有着密切的联系，所以，加强机电工程项目中各阶段的质量控制也就成为了确保整个高速公路能否安全运行的首要任务，我们务必要禁止任何违规现象出现在高速公路机电系统中，从而建起真正经得起时间考验的高速机电工程，从而提高高速机电工程的耐久性以及高速公路的安全稳定长久的运行，更好的促进我国和谐社会的发展。
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论文作者:谭兴府
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/23
标签：高速公路论文; 系统论文; 监控系统论文; 中心论文; 机电工程论文; 车道论文; 通信系统论文; 《基层建设》2019年第5期论文;