盧娟

摘要：文章從高速公路機(jī)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成及現(xiàn)狀分析出發(fā)，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三個(gè)層面所存在的現(xiàn)有弊端和待優(yōu)化部分進(jìn)行研究，提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，并具體闡述了新技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，為高速公路機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路;機(jī)電系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì);新技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U412.366 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.047

文章編號(hào)：1673-4874（2019）10-0170-04

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程的不斷加快，高速公路建設(shè)進(jìn)入飛速發(fā)展的時(shí)期。在高速公路投入使用的過程中，機(jī)電系統(tǒng)作為重要的組成部分在收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。因此，如何對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以及將新技術(shù)進(jìn)行投入，這對(duì)推進(jìn)高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)意義重大。近年來，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了一些研究，主要有：湯翊通過研究通信系統(tǒng)在高速公路的結(jié)構(gòu)組成、作用機(jī)制等剖析機(jī)電工程技術(shù)，深入分析了高速公路中機(jī)電系統(tǒng)新技術(shù)，為以后的研究提供基礎(chǔ)。劉云峰針對(duì)高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)介紹，為通信系統(tǒng)的發(fā)展提供了方向。楊暉、韓笑等從高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的概述、高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)的主要技術(shù)、現(xiàn)代高速公路通信系統(tǒng)的功能及作用、未來高速公路通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的建議等方面進(jìn)行了闡述。本文主要從高速公路機(jī)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成及現(xiàn)狀分析出發(fā)，通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三個(gè)層面進(jìn)行介紹，對(duì)三者的現(xiàn)有弊端和存在的待優(yōu)化部分進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和新技術(shù)應(yīng)用，以期研究結(jié)果可為后期高速公路機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展提供參考。

1高速公路機(jī)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成及現(xiàn)狀分析

1.1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成

（1）收費(fèi)系統(tǒng)。收費(fèi)系統(tǒng)主要是記錄車輛的出行日期、時(shí)間以及公里數(shù)信息等，然后結(jié)合相應(yīng)的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)收取一定的出行費(fèi)用，從而保證高速公路建設(shè)工作能夠有足夠的資金對(duì)道路及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置是為了規(guī)范車輛的出行行為，通常監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)與當(dāng)?shù)氐墓脖O(jiān)管系統(tǒng)連接起來，對(duì)于一些違規(guī)行為直接進(jìn)行罰款和扣分的處理，嚴(yán)重的可能直接吊銷駕駛證，如在高速公路掉頭、超速、違規(guī)停車等，都是監(jiān)控系統(tǒng)的重點(diǎn)監(jiān)管內(nèi)容。

（3）通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)是為了保障其他系統(tǒng)信號(hào)傳輸穩(wěn)定，能夠讓相應(yīng)的視頻信號(hào)以及數(shù)據(jù)信息可以及時(shí)傳遞到核心操作系統(tǒng)，并進(jìn)行備份保存。

1.2 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

隨著我國科技信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，現(xiàn)階段許多城市的高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)工作也在進(jìn)步，均已經(jīng)安裝了智能化、自動(dòng)化的設(shè)備，管理部門同時(shí)引進(jìn)了一些先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件及硬件設(shè)備，比如，紅外線夜視攝像頭、電子不停車收費(fèi)通道、事故識(shí)別以及自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置等。此外，相關(guān)技術(shù)人員也在積極研究節(jié)省電能、提高通信速度的可行方式。然而，由于實(shí)際上我國的高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)工作還處于發(fā)展階段，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系還不夠完善，尤其是監(jiān)管力度還不夠，存在部分機(jī)電設(shè)備已經(jīng)達(dá)到使用壽命卻沒有更換的問題，并且存在個(gè)別設(shè)備出現(xiàn)故障未及時(shí)修理等情況。

另外，高速公路管理部門只注重借鑒其他地區(qū)或國家的公路交通運(yùn)行設(shè)計(jì)和管理方式，而沒有結(jié)合實(shí)際情況對(duì)當(dāng)?shù)氐母咚俟窓C(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新性的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，以及新興技術(shù)的應(yīng)用還存在投入資金、技術(shù)力度不夠等問題，都是制約機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展的重要阻礙。

2 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1監(jiān)控系統(tǒng)

技術(shù)人員在實(shí)際對(duì)高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分掌握監(jiān)控系統(tǒng)的使用功能，并結(jié)合公路的具體路線走向情況以及外部環(huán)境的一些影響因素，制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方案并對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性進(jìn)行研究。

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)需要利用信息技術(shù)來完成，技術(shù)人員可以整理相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，建立監(jiān)控系統(tǒng)的工作平臺(tái)，并將不同的監(jiān)控功能進(jìn)行分類，整理出一個(gè)健全的結(jié)構(gòu)體系（如圖1所示）。目前技術(shù)人員還在研究如何讓監(jiān)控系統(tǒng)具備監(jiān)測天氣變化的功能，這需要從軟件方面進(jìn)行創(chuàng)新研究。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)專門建立數(shù)據(jù)資源庫，將監(jiān)控系統(tǒng)記錄下來的畫面資源存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，方便在車主對(duì)罰款有爭議時(shí)，可通過調(diào)取資源數(shù)據(jù)來作為相應(yīng)的證據(jù)。此外，設(shè)計(jì)工作也不能僅限于軟件和系統(tǒng)上，還應(yīng)當(dāng)從輸電線路連接以及監(jiān)控設(shè)備的架設(shè)方式上進(jìn)行研究。值得注意的是，由于監(jiān)控設(shè)備通常需要架設(shè)在相對(duì)比較高的地方，因此極易在雷雨天氣受到雷苗而造成設(shè)備的損壞，因此，如何科學(xué)設(shè)置避雷針和其他避雷設(shè)備也是技術(shù)人員目前需要進(jìn)行優(yōu)化研究的重點(diǎn)問題。

2.2 收費(fèi)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面有一個(gè)比較大的弊端，即在高速公路出行的高峰期（如節(jié)假日期間），容易在出入口的地方出現(xiàn)擁堵問題，給人們的日常出行造成了不良影響。因此，現(xiàn)階段技術(shù)人員正在積極研究對(duì)收費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。該項(xiàng)工作中，最重要的一項(xiàng)工作就是電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的建立。目前我國許多地區(qū)的高速公路都安裝了專門的不停車收費(fèi)通道，其主要的設(shè)計(jì)原理就是通過在車身上安裝一個(gè)身份識(shí)別裝置，車主通過輸入正確的駕駛證信息、車輛信息啟用裝置后，相應(yīng)的智能技術(shù)會(huì)對(duì)信息進(jìn)行審核并記錄。之后，車輛只需要通過專門的通道通行，相應(yīng)的感應(yīng)設(shè)備就會(huì)自動(dòng)識(shí)別車輛基礎(chǔ)信息、實(shí)際載重情況以及出行路程，然后通過感應(yīng)設(shè)備直接連入收費(fèi)系統(tǒng)，對(duì)車主的個(gè)人網(wǎng)上銀行賬戶進(jìn)行自動(dòng)扣費(fèi)。車輛車型分類及計(jì)費(fèi)系數(shù)見表1。

2.3 通信系統(tǒng)

高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)主要有兩個(gè)功能：（1）讓車主在行駛過程中的移動(dòng)設(shè)備具備通信的功能，避免出現(xiàn)車輛故障而手機(jī)沒有信號(hào)，從而無法及時(shí)報(bào)警;（2）讓收費(fèi)站能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的通信交流的功能，主要包括交流是否存在收費(fèi)系統(tǒng)出現(xiàn)故障以及根據(jù)天氣變化情況接收或發(fā)出封路指令的功能。在優(yōu)化研究工作上，技術(shù)人員主要研究的是如何維護(hù)信號(hào)運(yùn)行的問題，目前比較常見的方式就是在各個(gè)服務(wù)區(qū)覆蓋WiFi信號(hào)，免費(fèi)供車主使用。此外，還需研究如何擴(kuò)大信號(hào)的覆蓋范圍，這方面的信號(hào)優(yōu)化工作涉及到對(duì)局域網(wǎng)的設(shè)置問題，技術(shù)人員需要結(jié)合高速公路的運(yùn)行路線進(jìn)行設(shè)計(jì)，并充分考慮一些山區(qū)信號(hào)弱的問題，安裝一些信號(hào)增幅器。信號(hào)傳輸?shù)木€纜方面也可以進(jìn)行合理的選擇，例如，使用光纜提高通信傳播速度等。然而，由于光纜傳輸線自身比較纖細(xì)，目前存在容易受到惡劣天氣的影響而造成通信不穩(wěn)定等問題。

3 高速公路機(jī)電系統(tǒng)中新技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)

機(jī)電系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，若沿用傳統(tǒng)的視頻、數(shù)據(jù)、語音獨(dú)立設(shè)置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不僅組網(wǎng)復(fù)雜、設(shè)備繁多、維護(hù)難度增大，而且還會(huì)造成建設(shè)成本的增加，因此，新型技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。新技術(shù)應(yīng)用不僅包括軟件及系統(tǒng)的應(yīng)用，也包括對(duì)基礎(chǔ)硬件設(shè)備的優(yōu)化升級(jí)。從監(jiān)控系統(tǒng)方面來看，目前比較常用的新技術(shù)就是對(duì)視頻檢測器軟件和功能的創(chuàng)新，其主要是結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及視頻監(jiān)控的可視化功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的實(shí)時(shí)自動(dòng)化記錄。同時(shí)，在控制終端的系統(tǒng)上，技術(shù)人員利用分屏技術(shù)以及強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)荷載和運(yùn)行能力，將施工人員在公路各個(gè)關(guān)鍵位置設(shè)置的監(jiān)控畫面結(jié)合起來，并通過對(duì)行車速度進(jìn)行估算，預(yù)估出車輛出現(xiàn)在下一個(gè)畫面的時(shí)間，從而保證車輛的行駛安全。此外，現(xiàn)階段技術(shù)人員正在研究的夜視監(jiān)控以及對(duì)天氣變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控都屬于新型技術(shù)，并且已經(jīng)取得了一定的成效。

3.2 收費(fèi)系統(tǒng)

ETC系統(tǒng)作為電子不停車收費(fèi)功能的新技術(shù)已廣泛應(yīng)用到高速公路機(jī)電系統(tǒng)當(dāng)中，該系統(tǒng)主要是由識(shí)別、通信等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，主要包含自動(dòng)車輛識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)車型分類系統(tǒng)以及現(xiàn)場稽查處理系統(tǒng)等。早期的人工收費(fèi)系統(tǒng)存在過站效率低、人工成本高等問題，尤其對(duì)于節(jié)假日等高峰通行時(shí)段，而ETC系統(tǒng)的投入使用將會(huì)使得收費(fèi)效率大大提高。圖2為ETC系統(tǒng)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。其中硬件系統(tǒng)保證了車輛識(shí)別、監(jiān)控和通信;軟件系統(tǒng)通過智能連接用戶進(jìn)行不停車識(shí)別繳費(fèi)。上述的主要技術(shù)操作都是基于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，而在具體的新技術(shù)應(yīng)用過程中，技術(shù)人員還需要解決一些設(shè)計(jì)方面的不足。目前來說，較為重要的是基于出行線路提供不同的選擇，以及如何準(zhǔn)確識(shí)別出行的線路，按照車輛所經(jīng)過的不同高速公路的公里數(shù)設(shè)置科學(xué)合理的收費(fèi)金額等問題。

3.3 通信系統(tǒng)

在通信系統(tǒng)方面，目前比較普遍的技術(shù)主要就是自動(dòng)交換光技術(shù)，其能夠?qū)Ω鱾€(gè)機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，及時(shí)檢測出故障，并通過相應(yīng)的警報(bào)裝置來提醒維修人員處理。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是能夠?qū)收蠁栴}進(jìn)行精準(zhǔn)定位，省去了許多故障排查的時(shí)間，能夠盡快恢復(fù)高速公路的通信功能，滿足人們的出行需求，確保高速公路的出行安全與穩(wěn)定。同時(shí)，還有PIN技術(shù)，其是在IP和底層的傳輸介質(zhì)之間設(shè)置一個(gè)層面，用來進(jìn)行分組業(yè)務(wù)操作，為其它業(yè)務(wù)提供幫助。相對(duì)于自動(dòng)交換光技術(shù)，PIN技術(shù)的使用成本較低，但是它的實(shí)用性和安全性都比較有保障，是一種性價(jià)比較高的技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用新技術(shù)的過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要結(jié)合高速公路建設(shè)的實(shí)際情況，考慮經(jīng)濟(jì)效益的問題，選擇合理的技術(shù)手段確保通信信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

4 結(jié)語

高速公路機(jī)電系統(tǒng)在確保高速公速使用安全、高效等方面發(fā)揮著重要的作用，如何對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和投入新技術(shù)，對(duì)于發(fā)展高速公路機(jī)電系統(tǒng)意義重大。本文主要從高速公路機(jī)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成及現(xiàn)狀分析出發(fā)，通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三個(gè)層面進(jìn)行介紹，對(duì)三者現(xiàn)有的弊端和存在的待優(yōu)化部分進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。最后，具體闡述了新技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三大系統(tǒng)中的應(yīng)用，為以后高速公路機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展提供了參考。需要指出的是，高速公路機(jī)電系統(tǒng)目前仍存在或多或少的問題，未來仍要積極應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)有針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化研究，不斷結(jié)合新技術(shù)來完善整體的高速公路機(jī)電系統(tǒng)，提升系統(tǒng)運(yùn)行的效率。