高速公路机电系统组成及子系统分析

董明华++徐永超++张疆

摘 要：机电系统的顺利运行，是高速公路核心运输功能得以充分发挥的首要前提保障。整个的高速公路机电系统在建造和运营管理过程中也被称为“机电工程”或者“交通工程设施”。高速公路机电系统是个复杂的系统，由种类、数量繁多的机电设备组成。该文基于该研究者工作经验，对高速公路机电系统进行了分类，探讨了各个子系统的功能。

关键词：高速公路 机电系统 组成 子系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0043-02

高速公路包括道路和交通工程设施两大系统，而机电系统又是交通工程设施的重要组成部分，高速公路机电系统是管理人员用于高速公路现代化管理的主要工具。作为发挥道路设施交通功能的核心辅助系统，高速公路机电系统采用了先进的现代化技术设备，并且以电子、电气、通信控制、交通工程以及机械设备等专业技术为基础，建设形成了完整的控制管理系统。另一方面，除去路政、道路养护、营运服务等常见的普通公路管理服务以外，高速公路管理的实施还需要机电系统的辅助配合，用以完成收费、信息管理，以及交通监控等项目。

高速公路机电系统是个复杂的系统，由种类、数量繁多的机电设备组成。根据功能的不同，高速公路机电系统也可以被细分为多个子系统，包括“三大系统”（即通信系统，监控系统，以及收费系统）、供配电系统、照明系统等，为了便于管理，有时也将高速公路机电管理部门的办公设备划入其中。在“三大系统”中，通信系统为基础设施，主要功能是为收费、监控系统中信息的传递提供通道。收费系统和监控系统主要由计算机网络和终端设备构成，实现高速公路上的收费、监测和控制功能。

1 通信系统

高速公路在地理上是一条数十至数百公里长的条形地带或网状区域，在管理上符合管理中心、分中心、分中心路侧监控站和收费场站的沿线点群分布。为了满足大量信息的及时交换需求，通信系统承担了管理信息传输和信息交换的主要任务。

高速公路需要传输的信息按其功能可以划分为：监控、收费、隧道消防等机电子系统的控制指令，以及监控和收费的管理数据。同时，还包括，闭路电视的视频信号，管理部门与车辆用户之间交互的多媒体信息，以及，车辆用户和卫星之间的通信信息等。除此之外，程控数字交换电话与紧急电话中的语音信息也是高速公路传输信息中的一部分。在高速公路的信息传输过程中，其通信系统采用的通信形式不仅仅包括有光纤、电缆等的有线传输，同时还应用无线微波移动等多种通信形式。这种多样化的信息传输途径，高效的满足了高速公路交通管理中对于监控、收费以及其他各种辅助系统信息传输的高质量要求。

在高速公路有线通信系统中，光缆通常作为信息传输的主干线，并辅助以多种通信子系统，这其中包括有光纤数字通信系统、紧急电话系统、移动通信系统、程控数字交换系统等。

2 监控系统

交通监控是对高速公路交通流运行状态及其交通设施和交通环境的监视（监测）与控制，是实现高速公路运行管理的主要手段。交通监控系统主要是由现场监控站以及各个层级的监控中心组成。通过整个监控系统，管理人员可实现对高速公路的高效管理。同时，保证行车安全和道路通畅是监控系统的基本目标，在此基础上，监控系统还可以进一步的实现高速、以及环境保护等其他目标。在整个监控系统中，对于隧道、桥梁等主要路段，以及交通主干道的匝道连接点，和互通立交等地应实施24h的连续监视。除此之外，监管系统中的监测部分负责数据及相关信息的传输、显示、分析和存储，包括交通流数据和与交通环境相关的气象、路面等状况。同时，隧道的照明状况、隧道火灾和道路的大气状况也需要实时监测。交警和路政的定时巡逻、对机电系统设备的巡检和诊断也是监控系统的组成部分。控制部分根据监视获取的交通信息，做出有效的控制决策，使交管部门可以通过无线广播、可变信息板、可变限速板等实时信息交换手段，向驾驶员提供有效的交通道路信息和行驶建议。在入口匝道和主干道等地，可通过各种可控设施发送控制指令，以有效的达到交通控制的目标。同时，在隧道控管系统中，照明亮度的自动化控制，以及隧道火灾发生时的紧急处理都是监控系统的重要功能。

高速公路监控系统的设备遍布整个高速公路网络，具有繁多的功能，根据不同的功能通常将监控系统的设备分为交通检测设备、气象和道路环境检测设备、交通指示设备、闭路电视交通监视系统（CCTV）、可变信息显示系统、大型显示系统等。

3 收费系统

征收通行费是高速公路管理企业最主要的经济收入，是完成营运管理、道路设备维修、还贷交税、建设新路的资金来源。我国的高速公路从一开始就采取收费政策，该政策对中国高速公路的快速发展起到了重要作用。

收费系统根据不同的收费形式、人工参与程度和通行卡方式，有不同的设备配置。目前的收费方式，可大体分为半自动收费和全自动收费两大类。目前，就我国国情而言，半自动收费系统被绝大多数高速公路管理系统所采用。按照车型和行驶里程收取通行费用是半自动收费系统的基本形式。该收费系统通过对进入高速公路的每辆车进行识别，根据车型判断其所属类别，统计分析汽车进出口距离，按照不同类型汽车的通行费征收费率计算收费。

根据中华人民共和国交通部《高速公路联网收费暂行技术要求》中的描述和要求，我国的高速公路收费系统通常可被划分为四个层次：收费车道、收费站、收费分中心和收费结算中心。收费车道是整个收费系统的基本单元，完成最基本的收费任务，包括按照正常车道收费流程工作，将收费的实时数据上传到收费站系统；收费站下辖多个收费车道，其主要功能是接受来自收费车道的收费数据并进行存储和整合，并将这些处理过的原始数据上传到收费中心或结算中心，管理本站的收费账目、欠款、罚款等账目的录入统计功能；收费分中心以原有的多个路段为基础建立起来，其基本功能包括接收从下辖的所有收费站上传的收费数据和相关资料，并且对收集到的材料进行汇总和统计分析等工作。作为整个收费系统的核心，收费结算中心承担着接收来自收费站、收费分中心上传的原始收费的基本任务，同时，收费结算中心还需要对这些数据进行账目的拆分复查，数据统计，票务管理，数据维护和数据备份等多种重要工作。

基于远程计算机网络应用的收费管理系统，与监控系统、通信系统相互配合，高效的完成收费任务。收费系统中包含了很多高速公路收费的专用设备，通常按照功能不同将收费系统的设备划分为收费车道设备、收费中心设备等。

4 隧道机电系统

公路隧道是山岭地区用做克服地形或高程障碍、改善路线、提高车速、缩短里程的重要交通手段。同时，公路隧道在节约燃料、节省时间方面表现显著。同时，通过采用公路隧道，交通建设过程中可以减少对植被的破坏，保护生态环境，还可以避免落石、塌方等危害。因此，公路隧道是高速公路的重要组成部分。但是，由于公路隧道的自身特性影响，比如车速高、车流量大、光线较差、空气质量不好、环境噪音大等，使公路隧道比一般路段更容易发生交通事故。而且由于空间有限，使得公路隧道内事故处理困难，交通中断时间较长，如若发生火灾，危险系数将直线上升。因此，完善的公路隧道的机电工程是保证车辆安全通行的必要条件。公路隧道机电工程是指在公路隧道这一特殊路段上，根据交通工程学原理和方法，为了使车辆安全、快速、舒适通过，而设置的通风、照明、监控、消防、供电、安全及管理等设施、设备和系统。

作为高速公路机电系统的重要组成部分，同时由于隧道的特殊性，公路隧道机电系统通常被视为与“三大系统”并列的机电子系统。实际上隧道机电系统中的设备也可以严格的划分入监控系统、通信系统、供配电系统和照明系统等，因此也有分类方法不将隧道机电系统独立出来而是融入其他系统中。

5 其他子系统

除了“三大系统”和隧道机电系统外，照明系统、供配电系统、消防系统也是高速公路机电系统中不可或缺的部分，高速公路管理部门的办公设备也可归入高速公路机电系统进行统一管理。

照明系统主要是完成主车道照明、广场（立交和收费站）照明和隧道照明的任务。在交通繁忙路段和其他重要路段设置主线照明，可以改善夜间的行车环境，提高行车安全系数，减少事故的发生。作为事故多发区域，立交和匝道链接点的照明设备可以改善行车环境，并且保证监控摄像机的夜间监视功能良好发挥。收费广场普遍采用的高杆照明可以保障收费车辆的安全交汇和排队。对于公路隧道而言，其照明系统需要在白天和夜间持续工作，而且，隧道内部各个区段的亮度分布也应该基于满足人的视觉适应特点来进行设计和实施。隧道各个区段的人工照明亮度应可以进行控制调节，同时，还应该设置断电和火灾时的隧道应急照明系统。

供配电系统是高速公路机电工程中的另一个必不可少的辅助系统。高速公路机电系统中的供配电系统是24h无间断供电的基本保障，它既可以保障整个机电系统的正常供电，也可以提供紧急情况下的紧急供电。在正常供电系统中，通常可分为变电和配电两部分。变电部分需要建设高压和低压配电间以及各种配电箱和配电屏以保证正常运转。而配电部分需要沿线设置电缆及管道，并且配合安装各种规格的电力电缆，和控制电缆，以及通信电缆。紧急供电一般配备柴油发电机组、防酸漏铅电瓶或不间断电源。消防系统对高速公路的重点路段、隧道、收费站区域、办公区域进行火灾的监测，并完成自动、手动报警和自动、手动灭火功能，是高速公路安全运行的保障。

消防系统主要包括火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、消防栓灭火系统等子系统。

办公系统设备包括管理部门的自动化办公系统（OA），也涉及到OA系统中用到的设备（如计算机、打印机、复印机、空调等）、运输设备（如公务车辆、工程作业车辆等）、以及计算机软件和图书档案等。办公系统虽然并不直接为高速公路的运营服务，但是高速管理部门提高管理效率的工具，并且办公系统中的设备在管理、维护、维修上与其他机电系统设备大致相同，因此将其纳入高速公路机电设备进行统一管理。

参考文献

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