论高速公路机电工程发展与应用

丁亮

摘要：本文通过对应用于我国高速公路上的机电工程设备例如监控系统、收费系统、电力系统、通信系统等的简要阐述说明，对高速公路机电工程发展与应用进行了介绍。可以看出，机电工程在高速公路上的应用涉及到了计算机、电子、电信、自动控制等各个方面，是多种技术的综合应用。

关键词：高速公路；机电工程；三大系统

高速公路的工程建设离不开机电工程的应用，通常我们所说的高速公路机电工程主要是指监控系统、通信系统和收费系统这三大系统，其余还包括照明等其他系统。机电工程涉及到网络技术、计算机技术、电子技术、通信技术、自动控制技术、信息显示技术等方面，是多种技术的综合应用，同时它又是保证高速公路正常运营的必要组成部分，它的建设是实现高速公路安全、舒适、高速功能的必要条件。

1、高速公路通信系统

作为高速公路系统建设工程的重要组成成分，它的建设直接影响到公路的管理体系及运营模式，同样，高速公路管理体系和运营模式以及其运营管理水平都又反过来影响了是否能让机电工程发挥其最大作用，二者相互影响，是一个统一的整体。近些年在我国很多一二线城市，智能交通系统（ITS）在高速公路的应用上都得到了很好的发展。虽然对于我国而言，智能交通系统在高速公路上的应用起步较晚，但是随着国家政策的实施及高速公路建设里程数的不断增加，高速公路机电工程建设发展迅速，并成为拉动我国交通经济增长的主要动力之一。作为高速公路系统建设的重要组成成分及基础，高速公路各级部门工作实施运营管理及监控收费系统的语音、数据、图像等信息传输都离不开通信系统，它为各种网络服务（Intranet、Internet等）以及电视系统提供传输通道[1]。

就通信技术在高速公路上的应用发展而言，它经历了从无线对讲到800MHz无线集群系统，从小容量微波通信系统到SDH数字光纤传输系统，从单一语音传输到语音、图像、数据等多种信息载体的多媒体传输，从模拟信号通信到数字信号通信的转化，进入到宽带综合业务数字（B-ISDN）通信系统。

就传输信息内容而言，语音传输业务包括业务电话BT、指令电话CT、紧急电话ET、无线集群、广播系统等。图像传输业务则主要为交通监控图像以及会议电视图像。数据传输业务分为两大部分，一种是对一些低速数据，包括车辆检测、气象检测等外场交通监控数据采集传输控制；另外一种是收费中心—收费站—收费车道的收费系统计算网络，其局域网速率一般为10Mbs/100Mbs。

利用目前主流的传输介质，以光导纤维为媒介，采用了SDH同步数字传输技术，网络IP技术、VOIP技术、异步传输技术等等。

随着经济社会的发展，车流量、信息量一直在增加，同时对信息传输效率的要求也越来越高，将语音、数据、图像三种业务在同一平台上传输，这就要求通信系統要朝着光纤化、数字化、宽带化、分组化方向发展。但就未来而言ATMOVERSDH凭借其优势成为高速公路通信系统及其联网技术的首选，而宽带IP（IPOVERATM，IPOVERSDH，IPOVERWDM等），VOIP技术将是未来交通专用通信网的发展趋势。

2、高速公路监控系统

监控系统以各道路交通管制系统为基础，主要包括信息采集子系统、监控中心及信息提供子系统三个部分。信息采集子系统包括：车辆检测器、气象检测器、自动称重传感器、紧急电话和巡逻车等。其中信息采集主要由车辆检测器、气象检测器、自动称重传感器、紧急电话、巡逻车等构成。监控中心负责的是全线路范围内交通情况的监视和控制。信息提供子系统包括交通标志、标线、信号和LED大屏幕可变信息情报板等，这也是为汽车用户服务的主要形式[2]。

高速公路监控系统是一个封闭的环路系统，其以公路上车辆行驶情况参数和状况为输入信息，在对这些数据分析处理判断后得出相应指令，控制更改路况报板显示内容，从而发挥对交通流量的调节控制和疏导。

现如今，应用到高速公路上的监控系统设备分模拟和数字两种。网络化的前提和必要条件是数字化，而作为信息高速公路基础的网络化又是数字化的延伸和拓展。从模拟化像数字化过渡是未来发展的必然方向。

对比模拟视频与数字视频，数字视频的优点突出：

（1）数字信号在传输过程中的再生技术和纠错编解码技术使基本不产生噪声，从而使信噪比基本不变，图像接受质量高且稳定，适合信息的多环节、长距离传输。十分契合未来高速公路发展基本特征及需求。

（2）输入信号稳定，可避免在模拟系统中非线性失真的影响，消除了DG（差分增益）和DB（差分相位）失真引起的图像畸变。

（3）数字信号方便信息的存储和检索，可采用非线性搜索方式高效快速搜索出各种所需类型文件，避免了使用模拟信号近乎强制性的顺序搜索方法。

（4）将数字技术与计算机配合能够对设备自动控制和操作，对于未来实现高速公路自动化具有十分重要的意义。

（5）采用时分多路数字技术，可以实现信道多工复用。

（6）利用数字编码方法，便于视频的保密。

数字视频信号具有可扩展性、可分极性和互操作性，数字化系统可实现基于数字平台上的扩展和改造，这极大避免了模拟系统的改造过程中设备更新造成的浪费。

从以上内容可以得出，数字系统优点明显、功能强大，且适应未来发展趋势。

3、高速公路收费系统

高速公路建设需要大量资金，通常国家会采取贷款修路的方式，公路投入使用之后再通过收费方式偿还贷款。因此，收费系统的建设对于我国高速公路的可持续发展至关重要。

目前高速公路收费主要有以下方式，例如采取封闭收费制，半自动收费，其他也有开放式收费，可用现金、磁卡、IC卡收费，也可停车电子卡收费。随着ITS技术的应用，大多数高速公路采用开放式收费（ETC），部分车道全自动的电子收费，机器判型、电子卡收费、计算机管理、闭路电视监视及检测器校验。

高速公路收费系统分三级管理，分别是收费中心、收费站、及收费车道。通信普遍采用IEEE802.3为标准的TCP/IP通信网络传输信息，采取UNIX多任务操作系统，外围设备为机电一体化产品。

收费系统设备随计算机设备更新而更新，收费系统管理软件也处于不断更新当中，其更新由管理体制变化决定，软件功能要包括收费业务、车道运行参数、交通量报表、黑名单、磁卡和电子卡报表、数据备份、收费报表、系统维护、收费站管理等各种模块[3]。

4、高速公路机电设备的供电与配电系统

通常我国发达地区为使高速公路用电有可靠保证将会为高速公路建设专用变电站和压输电线路，对上述三大系统设备用电通常会按一类负荷供电，其余按二类负荷供电。对于重要路段高速公路，除了变电所采用双电源10kV供电外，还自备发电机组以提供更为可靠的保障。

5、结语

随科学的发展和经济的发展，计算机技术、通信技术、电子技术、网络技术，以及GPS车辆定位导航技术、GIS地理信息系统等将会更为先进，未来也将广泛应用到高速公路机电工程建设当中，随这些技术的不断发展，高速公路机电系统也将更为先进、运营更安全、操作更简易、维修更方便，符合安全、舒适、高速要求。未来三大系统将会数字化，在不久的将来，高速公路信息化网络拥有公网标准接口之后，将会产生联网监控、联网收费、联网通信系统的“国家信息高速公路”，将形成巨大的战略资源，可为国家和投资者带来巨大效益，这一切都将归功于未来高速公路机电系统的数字化、网络化、智能化的应用。

参考文献：

[1]朱晓艳，张银.高速公路PPP项目可行性缺口补助计算公式分析及应用[J].公路交通科技，2018（02）：41-47.

[2]范跃涛.“互联网+”在高速公路施工管理的应用研究[J].交通世界，2018（Z2）：210-211.

[3]郭传乐.BIM技术在高速公路机电工程中的应用分析[J/OL].交通世界，2017（28）：166-167[2018-03-21].

[4]伏沛.C高速公路项目养护工程管理问题及改进策略研究[D].西南交通大学，2017.