广西高速公路机电系统建设探讨

何炯翔

摘要：为更好地了解广西高速公路机电系统的结构与功能以及各子系统之间的运作规律、设备组成及其相关技术状况，文章对广西高速公路的交通流特征、交通流参数之间的关系以及各类干扰因素进行了深入分析和探讨，以期提出具有针对性的优化措施，实现广西高速公路向智能高效、经济化、舒适化发展。

关键词：高速公路;交通工程;机电系统;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

機电系统作为高速公路有效运营的保障，在高速公路运营管理过程中具有主导作用。广西高速公路交通工程机电系统主要由监控、通信、收费等子系统构成，这些都是实现高速公路信息化、智能化管理的重要工具，也是发挥高速公路交通功能的主要管理系统，各系统之间相互独立又相互联系。在此基础上，为更好了解广西高速公路机电系统的结构与功能以及各子系统之间的运作规律、设备组成及其相关技术状况，本文对广西高速公路的交通流特征、交通流参数之间的关系以及各类干扰因素进行了深入分析和探讨，以期提出具有针对性的优化措施，实现广西高速公路向智能高效、经济化、舒适化发展。

1 高速公路机电系统探析

1.1 高速公路监控系统

高速公路监控系统具备监测和控制两大功能，其主要对交通流量和交通环境进行监控，是保障高速公路安全、顺畅、有效运行的机电系统。高速公路里程较长，车速快，与普通交通路段有所差异。在高速公路上发生交通事故一般极为严重，不仅会造成重大经济及财产损失，更容易导致人员伤亡，且高速公路上极易造成连环撞击事件，引发更大的交通事件。因此，对高速公路监控系统而言，除了对高速公路上交通流运行状态和交通环境进行监测外，还包括对交通设施和交通流行为的控制，两者密切相关。

目前，广西高速公路监控系统采用现代信息化技术对全线交通运行状况以及设施运行状态进行管理和检测，分别由现场监控站和各级监控中心组成，并通过一系列智能化管理方法和控制手段，实现对交通流和交通流量的调整、控制，以减少交通事故、改善交通环境，达到高速公路安全、快捷、舒适的目的。这主要得益于广西高速公路监控系统具备以下几点基本功能：（1）采集交通流信息数据，并判断交通运行状态;（2）依据交通运行状态采取有效控制方案或策略，并决定控制规则的参数;（3）执行控制方案或策略，并将控制规则的参数反馈于交通流，以此实现交通的循环监控。

通过对监控系统的功能特点和设备要求进行分析，又可细分为以下五个子系统：

（1）信息采集子系统

即通过车辆检测器、红外检测器、通信设备等手段获取各路段的交通原始信息数据。交通原始信息数据的采集不仅仅是交通车流量的信息，更包括交通环境信息的采集，如气象信息等。由于高速公路上要求车速较快，天气条件对高速公路交通的影响被翻倍扩大，交通路段的湿度、温度、能见度、风速、风向、雨雪雾等各类气候情况的变化，使车辆在高速行驶状态下极易发生交通事故。因此，采集高速公路上的气象信息数据显得十分必要，而脱离了具体气象信息作出的控制方案或策略就显得不切实际，交通控制参数也就毫无意义。

（2）交通控制子系统

交通控制子系统包括交通控制参数、方法和目标。通过分析信息采集子系统采集到的气象信息数据和交通运行状态，配置相应的交通控制方案，以此作用于交通流。同时依据不同形式的控制方案，使控制方法有所不同，可主要分为匝道控制和主线控制。

（3）交通诱导信息显示子系统

该子系统是交通诱导子系统和显示子系统的统称，主要针对于交通事件。依靠从交通控制子系统处获取的交通控制方案以及控制参数作用于交通流，为车辆提供诱导信息。其中交通诱导子系统包含可变限速诱导系统和可变情报板系统：前者通过道路中间或两侧的车速标志，诱导全线车速变化，确保车辆均匀分布在高速公路上，避免事故发生;后者则是再现重要路段气象视频数据和车辆视频实时数据以及抓拍记录。

（4）中央控制设施子系统

该子系统是监控系统的核心，具有以下基本功能：①实时运算、分析和处理中心计算机送来的各种数据，并依据需要进行打印、制表等;②依靠处理得到的数据进行事件判断，提出相关控制方案和策略，反作用于交通流;③依靠摄像机等电子产品监视重要路段交通流状况，如隧道、大型桥梁等;④通信联络功能，包括接收和转送业务电话、紧急电话等;⑤全线交通事件的检测、报警和记录;⑥沿线供配电照明设施的调度和控制;⑦全系统组成工作状态的监测。

（5）计算机网络子系统

计算机网络子系统包括计算机操作系统、计算机设备、数据库系统、网络连接设备、计算机网络管理、监控系统应用程序等。该子系统是促进各子系统之间与系统内部相互联系、连为一体的重要系统设备，使其成为完整和功能强大的有机整体。

1.2 高速公路通信系统

广西地处云贵高原东南边缘，属第二地势，多山地，且山体庞大、山岭连绵、岭谷相间，因而高速公路在地域上多跨越山、岭、河流等。因此，为保证大量交通信息及时有效地传达、接收，高速公路通信系统的建设不可或缺。高速公路通信系统负责各类信息的交换和传送，主要由以下几个部分组成：（1）主干线传输。高速公路跨越地域较多，为满足通信需要，主干线不仅要承担中长途网的信号交流，还要考虑省内各地甚至与省外各地交通部门的通信需要，是交通通信的主干线;（2）业务电话、指令电话、紧急电话分别承担通信系统的基本通信电话功能、交通管理和调度指挥电话功能、安全报警电话功能，服务对象分别为专用网内用户和公用网用户、高速公路内部工作人员、高速公路使用者;（3）数据传输、图像传输、广播承担收费系统和监控系统的信息传输通道，为各类图像信息提供信道和交通信息电台广播;（4）通信电源和通信管道分别负责通信供电和信号传输。

通信系统是高速公路机电系统稳定、顺畅运行的支撑系统，在整个高速公路管理中起着承前启后、相互衔接的关键作用，承担的主要任务有：

（1）负责传输监控系统和收费系统各类信息，包括数据、图像、语音等，确保系统正常运行;（2）负责管理部门与内部各业务部门事故增援、道路设施维修等业务的联系;（3）负责收费中心、监控中心、管理部门和业务部门与外界的联系。按功能划分则有：监控系统的数据检测、各类有线电话及无线电话信号控制和调度、各类指令控制与发布、系统内部信息与社会信息的交换等。

1.3 高速公路收费系统

高速公路收费系统同样是广西高速公路有效运营的重要保障。高速公路每天都承载源源不断的车流，每日负责运营管理、高速公路维修等问题需要花费大量人力、物力、财力，而收费系统所收费用则是保障高速公路运营管理、道路设施维修以及建设新道路等的重要经济来源，因此在整个机电系统中起着至关重要的作用。其主要功能有：（1）在车辆进入收费口时统计车型、车流量及相关信息;（2）整理、汇总相关数据，并传送到收费管理中心、监控中心等进行进一步信息处理;（3）保存重要数据，并依据监控中心反馈信息控制和调节出入高速公路的车辆。

目前我国高速公路收费方式有两种，一是开放式收费，二是封闭式收费。其中封闭式收费是指公路网中行驶的车辆，在进入入口时领取有其行驶记录和行驶特征信息的通行券（现如今国内多采用IC卡为通行券），到出口时交回通行券并按其行驶里程及车型进行缴费。因其收费合理、无漏收等优点，同时为了及时、有效回收高速公路建设成本，还本付息，现广西高速公路多采用封闭式收费模式。同时对其提出的要求如下：（1）收费系统需要有相对科学合理、公平的收费标准，如按照相关收费政策进行收费，或按照车型收费等;（2）收费要保证高效，避免延误，提高道路服务水平，确保收费车道的畅通;（3）收费系统设计应保证严谨周密，避免漏收多收以及作弊行为;（4）收费系统在保证收费准确性以及高效性的基础上尽可能降低收费工作人员的劳动强度，并具备一定的统计功能;（5）具备报警及自检功能。

2 广西高速公路机电系统存在的问题分析

（1）机电设备管理混乱，工作效率低下

目前，广西高速公路机电设备管理存在一个误区，对机电设备的管理多停留在维修和保护方面，只简单保证其有效运行，而忽视了对机电设备的分类、编码。目前，广西部分高速公路关于机电设备设施的库存信息的记录方式主要还是依靠相关管理人员实行手工记录及统计相关数据信息，工作量大，且费时费力，还容易出现工作误差，十分不利于对机电设备相关信息的查询，导致在后续进行机电设备相关资料交接和处理时带来了很大困难，降低了工作效率。

（2）缺乏科学有效的评价反馈机制

为确保高速公路全线安全有效运行，广西高速公路的机电设备一般分布较为分散，这也导致对机电设备的管理较为困难。目前，广西高速公路机电管理体系中尚缺乏科学、完善的机电设备评价机制，加之广西的特殊地势，对高速公路运行状态难以及时、有效掌握，管理工作还存在较大的盲目性，高速公路机电系统的管理水平还停留在比较原始的阶段。特别是机电系统出现故障要进行故障信息上報时，上报手段还存在口头表达和书面报告的形式，信息上报到监控中心和管理中心的过程和控制方案反馈信息的过程耗时较长，导致没能及时对机电系统设备故障进行检修处理，极易造成更恶劣情况的发生。

（3）信息化水平较低

尽管我国对高速公路机电系统的建设极为重视，但相对发达国家而言还是较落后，广西高速公路机电系统的建设也是一样，缺乏健全的设备故障预测机制，导致设备发生故障时经常造成故障报告存档信息等方面出现信息不对称、信息更新慢等问题，难以有效把控和预测机电设备运行状态。同时缺乏与外界有效的、双向的沟通渠道，造成部分机电系统对外业务难以展开。

3 关于广西高速公路机电系统建设的几点建议

（1）注重三项系统目标一致性

三项系统指监控系统、收费系统和通信系统。虽然各系统都存在自身特点和性质，但三项系统之间存在紧密的内在联系，都是为实现高速公路安全、便捷、舒适等目标而设计的，因此，三项系统之间需要相互协调，保持目标一致性，促使问题有效解决。如系统设计与现实状况通常存在信息差异，可能某些路段在系统设计阶段比较完美，但运用到现实中时，由于地形、气象、设备等原因存在误差，导致道路建成若干年后形成一些问题。因此，三项系统在建设、设计伊始就应当考虑到这些细节问题，注意相互协调，确保交通工程的长久持续。

（2）三项系统要协调配套

三项系统是交通工程有效运营的重要保障，其中通信系统在三项系统中起支撑、保障作用，不论是监控系统进行监控信号、数据传输，还是收费系统收费计算机联网等都需要通信系统提供各种速率的传输通道。因此，三项系统需要配套设计，便于机电系统高效运行、管理及维修等。目前，广西部分高速公路的通信系统还是采用PDH系列传输设备，而近年来科学技术迅猛发展，拥有更高速率及更丰富开销字节等优势更明显的SDH系列传输设备将成为未来高速公路通信系统的主流设备。因此，在进行设备更新换代时，应注意三者之间相互协调配套。另外三项系统对电源供配电要求都有所差异，但都追求供电稳定，中断几率小，因此，在为三项系统设计供配电部分时，需考虑整体统一性。

（3）定期进行系统升级，保持整体协调性

对系统进行升级，首先要对机电系统的硬件进行扩容及对其他软件系统进行扩容，这需要专业设计部门或单位对其进行测试、设计，确保系统升级后的整体效果，如是否具有兼容性以及和其他设备、软硬件的契合度。其次，进行扩容或升级之前应做好前期工作，备份原先相关数据和设计好详尽的实施方案，谨防重要数据的丢失，确保扩容和升级后能与原先设备保持一致性，达到整体协调的效果。

（4）积极采用新技术

三项系统具有明显的技术密集、科技含量高等特点，尤其是近几年来社会发展步伐不断加快，新技术替代旧技术更是层出不穷，其中三项系统所采用的自动监控、智能信息采集、计算机网络、通信、数据传输等技术也同样面临着被新技术替换的境况。因此，为避免三项系统被过早淘汰，在施工及设计之初对技术、设备、材料等的选择就要慎之又慎，在设计之时密切关注外界最新技术动态并认真分析，只有这样才可能满足技术先进性的要求，促进三项系统保留更长时间的技术优势。

4 结语

通过对广西高速公路机电系统的深刻探析发现，随着科学技术的迅猛发展，各类先进机电设备陆续应用到高速公路中，促进了高速公路管路信息化、网络化、智能化发展，极大提升了高速公路的管理水平;同时先进的技术和设备带来高效、专业的管理方式、方法和模式，这也使得对人才的标准相应提高。所以，在新时代发展背景下，广西高速公路机电系统一方面要依托现代科技的发展，不断引进先进的电子、通信、控制等技术;另一方面要注重人才培养，不断提高人才自身理论与技术素养，提升整体管理水平，以適应新形势发展需求。

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