何炯翔

摘要：為更好地了解廣西高速公路機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能以及各子系統(tǒng)之間的運(yùn)作規(guī)律、設(shè)備組成及其相關(guān)技術(shù)狀況，文章對(duì)廣西高速公路的交通流特征、交通流參數(shù)之間的關(guān)系以及各類干擾因素進(jìn)行了深入分析和探討，以期提出具有針對(duì)性的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)廣西高速公路向智能高效、經(jīng)濟(jì)化、舒適化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高速公路;交通工程;機(jī)電系統(tǒng);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(jī)電系統(tǒng)作為高速公路有效運(yùn)營(yíng)的保障，在高速公路運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中具有主導(dǎo)作用。廣西高速公路交通工程機(jī)電系統(tǒng)主要由監(jiān)控、通信、收費(fèi)等子系統(tǒng)構(gòu)成，這些都是實(shí)現(xiàn)高速公路信息化、智能化管理的重要工具，也是發(fā)揮高速公路交通功能的主要管理系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，為更好了解廣西高速公路機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能以及各子系統(tǒng)之間的運(yùn)作規(guī)律、設(shè)備組成及其相關(guān)技術(shù)狀況，本文對(duì)廣西高速公路的交通流特征、交通流參數(shù)之間的關(guān)系以及各類干擾因素進(jìn)行了深入分析和探討，以期提出具有針對(duì)性的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)廣西高速公路向智能高效、經(jīng)濟(jì)化、舒適化發(fā)展。

1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)探析

1.1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)具備監(jiān)測(cè)和控制兩大功能，其主要對(duì)交通流量和交通環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，是保障高速公路安全、順暢、有效運(yùn)行的機(jī)電系統(tǒng)。高速公路里程較長(zhǎng)，車速快，與普通交通路段有所差異。在高速公路上發(fā)生交通事故一般極為嚴(yán)重，不僅會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)及財(cái)產(chǎn)損失，更容易導(dǎo)致人員傷亡，且高速公路上極易造成連環(huán)撞擊事件，引發(fā)更大的交通事件。因此，對(duì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)而言，除了對(duì)高速公路上交通流運(yùn)行狀態(tài)和交通環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，還包括對(duì)交通設(shè)施和交通流行為的控制，兩者密切相關(guān)。

目前，廣西高速公路監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代信息化技術(shù)對(duì)全線交通運(yùn)行狀況以及設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理和檢測(cè)，分別由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站和各級(jí)監(jiān)控中心組成，并通過(guò)一系列智能化管理方法和控制手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流和交通流量的調(diào)整、控制，以減少交通事故、改善交通環(huán)境，達(dá)到高速公路安全、快捷、舒適的目的。這主要得益于廣西高速公路監(jiān)控系統(tǒng)具備以下幾點(diǎn)基本功能：（1）采集交通流信息數(shù)據(jù)，并判斷交通運(yùn)行狀態(tài);（2）依據(jù)交通運(yùn)行狀態(tài)采取有效控制方案或策略，并決定控制規(guī)則的參數(shù);（3）執(zhí)行控制方案或策略，并將控制規(guī)則的參數(shù)反饋于交通流，以此實(shí)現(xiàn)交通的循環(huán)監(jiān)控。

通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的功能特點(diǎn)和設(shè)備要求進(jìn)行分析，又可細(xì)分為以下五個(gè)子系統(tǒng)：

（1）信息采集子系統(tǒng)

即通過(guò)車輛檢測(cè)器、紅外檢測(cè)器、通信設(shè)備等手段獲取各路段的交通原始信息數(shù)據(jù)。交通原始信息數(shù)據(jù)的采集不僅僅是交通車流量的信息，更包括交通環(huán)境信息的采集，如氣象信息等。由于高速公路上要求車速較快，天氣條件對(duì)高速公路交通的影響被翻倍擴(kuò)大，交通路段的濕度、溫度、能見(jiàn)度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨雪霧等各類氣候情況的變化，使車輛在高速行駛狀態(tài)下極易發(fā)生交通事故。因此，采集高速公路上的氣象信息數(shù)據(jù)顯得十分必要，而脫離了具體氣象信息作出的控制方案或策略就顯得不切實(shí)際，交通控制參數(shù)也就毫無(wú)意義。

（2）交通控制子系統(tǒng)

交通控制子系統(tǒng)包括交通控制參數(shù)、方法和目標(biāo)。通過(guò)分析信息采集子系統(tǒng)采集到的氣象信息數(shù)據(jù)和交通運(yùn)行狀態(tài)，配置相應(yīng)的交通控制方案，以此作用于交通流。同時(shí)依據(jù)不同形式的控制方案，使控制方法有所不同，可主要分為匝道控制和主線控制。

（3）交通誘導(dǎo)信息顯示子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)的統(tǒng)稱，主要針對(duì)于交通事件。依靠從交通控制子系統(tǒng)處獲取的交通控制方案以及控制參數(shù)作用于交通流，為車輛提供誘導(dǎo)信息。其中交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)包含可變限速誘導(dǎo)系統(tǒng)和可變情報(bào)板系統(tǒng)：前者通過(guò)道路中間或兩側(cè)的車速標(biāo)志，誘導(dǎo)全線車速變化，確保車輛均勻分布在高速公路上，避免事故發(fā)生;后者則是再現(xiàn)重要路段氣象視頻數(shù)據(jù)和車輛視頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及抓拍記錄。

（4）中央控制設(shè)施子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，具有以下基本功能：①實(shí)時(shí)運(yùn)算、分析和處理中心計(jì)算機(jī)送來(lái)的各種數(shù)據(jù)，并依據(jù)需要進(jìn)行打印、制表等;②依靠處理得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行事件判斷，提出相關(guān)控制方案和策略，反作用于交通流;③依靠攝像機(jī)等電子產(chǎn)品監(jiān)視重要路段交通流狀況，如隧道、大型橋梁等;④通信聯(lián)絡(luò)功能，包括接收和轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)電話、緊急電話等;⑤全線交通事件的檢測(cè)、報(bào)警和記錄;⑥沿線供配電照明設(shè)施的調(diào)度和控制;⑦全系統(tǒng)組成工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

（5）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序等。該子系統(tǒng)是促進(jìn)各子系統(tǒng)之間與系統(tǒng)內(nèi)部相互聯(lián)系、連為一體的重要系統(tǒng)設(shè)備，使其成為完整和功能強(qiáng)大的有機(jī)整體。

1.2 高速公路通信系統(tǒng)

廣西地處云貴高原東南邊緣，屬第二地勢(shì)，多山地，且山體龐大、山嶺連綿、嶺谷相間，因而高速公路在地域上多跨越山、嶺、河流等。因此，為保證大量交通信息及時(shí)有效地傳達(dá)、接收，高速公路通信系統(tǒng)的建設(shè)不可或缺。高速公路通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)各類信息的交換和傳送，主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）主干線傳輸。高速公路跨越地域較多，為滿足通信需要，主干線不僅要承擔(dān)中長(zhǎng)途網(wǎng)的信號(hào)交流，還要考慮省內(nèi)各地甚至與省外各地交通部門(mén)的通信需要，是交通通信的主干線;（2）業(yè)務(wù)電話、指令電話、緊急電話分別承擔(dān)通信系統(tǒng)的基本通信電話功能、交通管理和調(diào)度指揮電話功能、安全報(bào)警電話功能，服務(wù)對(duì)象分別為專用網(wǎng)內(nèi)用戶和公用網(wǎng)用戶、高速公路內(nèi)部工作人員、高速公路使用者;（3）數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳輸、廣播承擔(dān)收費(fèi)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸通道，為各類圖像信息提供信道和交通信息電臺(tái)廣播;（4）通信電源和通信管道分別負(fù)責(zé)通信供電和信號(hào)傳輸。

通信系統(tǒng)是高速公路機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定、順暢運(yùn)行的支撐系統(tǒng)，在整個(gè)高速公路管理中起著承前啟后、相互銜接的關(guān)鍵作用，承擔(dān)的主要任務(wù)有：

（1）負(fù)責(zé)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)各類信息，包括數(shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音等，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行;（2）負(fù)責(zé)管理部門(mén)與內(nèi)部各業(yè)務(wù)部門(mén)事故增援、道路設(shè)施維修等業(yè)務(wù)的聯(lián)系;（3）負(fù)責(zé)收費(fèi)中心、監(jiān)控中心、管理部門(mén)和業(yè)務(wù)部門(mén)與外界的聯(lián)系。按功能劃分則有：監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測(cè)、各類有線電話及無(wú)線電話信號(hào)控制和調(diào)度、各類指令控制與發(fā)布、系統(tǒng)內(nèi)部信息與社會(huì)信息的交換等。

1.3 高速公路收費(fèi)系統(tǒng)

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)同樣是廣西高速公路有效運(yùn)營(yíng)的重要保障。高速公路每天都承載源源不斷的車流，每日負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)管理、高速公路維修等問(wèn)題需要花費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力，而收費(fèi)系統(tǒng)所收費(fèi)用則是保障高速公路運(yùn)營(yíng)管理、道路設(shè)施維修以及建設(shè)新道路等的重要經(jīng)濟(jì)來(lái)源，因此在整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。其主要功能有：（1）在車輛進(jìn)入收費(fèi)口時(shí)統(tǒng)計(jì)車型、車流量及相關(guān)信息;（2）整理、匯總相關(guān)數(shù)據(jù)，并傳送到收費(fèi)管理中心、監(jiān)控中心等進(jìn)行進(jìn)一步信息處理;（3）保存重要數(shù)據(jù)，并依據(jù)監(jiān)控中心反饋信息控制和調(diào)節(jié)出入高速公路的車輛。

目前我國(guó)高速公路收費(fèi)方式有兩種，一是開(kāi)放式收費(fèi)，二是封閉式收費(fèi)。其中封閉式收費(fèi)是指公路網(wǎng)中行駛的車輛，在進(jìn)入入口時(shí)領(lǐng)取有其行駛記錄和行駛特征信息的通行券（現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)多采用IC卡為通行券），到出口時(shí)交回通行券并按其行駛里程及車型進(jìn)行繳費(fèi)。因其收費(fèi)合理、無(wú)漏收等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)為了及時(shí)、有效回收高速公路建設(shè)成本，還本付息，現(xiàn)廣西高速公路多采用封閉式收費(fèi)模式。同時(shí)對(duì)其提出的要求如下：（1）收費(fèi)系統(tǒng)需要有相對(duì)科學(xué)合理、公平的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，如按照相關(guān)收費(fèi)政策進(jìn)行收費(fèi)，或按照車型收費(fèi)等;（2）收費(fèi)要保證高效，避免延誤，提高道路服務(wù)水平，確保收費(fèi)車道的暢通;（3）收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保證嚴(yán)謹(jǐn)周密，避免漏收多收以及作弊行為;（4）收費(fèi)系統(tǒng)在保證收費(fèi)準(zhǔn)確性以及高效性的基礎(chǔ)上盡可能降低收費(fèi)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并具備一定的統(tǒng)計(jì)功能;（5）具備報(bào)警及自檢功能。

2 廣西高速公路機(jī)電系統(tǒng)存在的問(wèn)題分析

（1）機(jī)電設(shè)備管理混亂，工作效率低下

目前，廣西高速公路機(jī)電設(shè)備管理存在一個(gè)誤區(qū)，對(duì)機(jī)電設(shè)備的管理多停留在維修和保護(hù)方面，只簡(jiǎn)單保證其有效運(yùn)行，而忽視了對(duì)機(jī)電設(shè)備的分類、編碼。目前，廣西部分高速公路關(guān)于機(jī)電設(shè)備設(shè)施的庫(kù)存信息的記錄方式主要還是依靠相關(guān)管理人員實(shí)行手工記錄及統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，工作量大，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還容易出現(xiàn)工作誤差，十分不利于對(duì)機(jī)電設(shè)備相關(guān)信息的查詢，導(dǎo)致在后續(xù)進(jìn)行機(jī)電設(shè)備相關(guān)資料交接和處理時(shí)帶來(lái)了很大困難，降低了工作效率。

（2）缺乏科學(xué)有效的評(píng)價(jià)反饋機(jī)制

為確保高速公路全線安全有效運(yùn)行，廣西高速公路的機(jī)電設(shè)備一般分布較為分散，這也導(dǎo)致對(duì)機(jī)電設(shè)備的管理較為困難。目前，廣西高速公路機(jī)電管理體系中尚缺乏科學(xué)、完善的機(jī)電設(shè)備評(píng)價(jià)機(jī)制，加之廣西的特殊地勢(shì)，對(duì)高速公路運(yùn)行狀態(tài)難以及時(shí)、有效掌握，管理工作還存在較大的盲目性，高速公路機(jī)電系統(tǒng)的管理水平還停留在比較原始的階段。特別是機(jī)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障要進(jìn)行故障信息上報(bào)時(shí)，上報(bào)手段還存在口頭表達(dá)和書(shū)面報(bào)告的形式，信息上報(bào)到監(jiān)控中心和管理中心的過(guò)程和控制方案反饋信息的過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，導(dǎo)致沒(méi)能及時(shí)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備故障進(jìn)行檢修處理，極易造成更惡劣情況的發(fā)生。

（3）信息化水平較低

盡管我國(guó)對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的建設(shè)極為重視，但相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家而言還是較落后，廣西高速公路機(jī)電系統(tǒng)的建設(shè)也是一樣，缺乏健全的設(shè)備故障預(yù)測(cè)機(jī)制，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障時(shí)經(jīng)常造成故障報(bào)告存檔信息等方面出現(xiàn)信息不對(duì)稱、信息更新慢等問(wèn)題，難以有效把控和預(yù)測(cè)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)缺乏與外界有效的、雙向的溝通渠道，造成部分機(jī)電系統(tǒng)對(duì)外業(yè)務(wù)難以展開(kāi)。

3 關(guān)于廣西高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)的幾點(diǎn)建議

（1）注重三項(xiàng)系統(tǒng)目標(biāo)一致性

三項(xiàng)系統(tǒng)指監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。雖然各系統(tǒng)都存在自身特點(diǎn)和性質(zhì)，但三項(xiàng)系統(tǒng)之間存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系，都是為實(shí)現(xiàn)高速公路安全、便捷、舒適等目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，因此，三項(xiàng)系統(tǒng)之間需要相互協(xié)調(diào)，保持目標(biāo)一致性，促使問(wèn)題有效解決。如系統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)狀況通常存在信息差異，可能某些路段在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段比較完美，但運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中時(shí)，由于地形、氣象、設(shè)備等原因存在誤差，導(dǎo)致道路建成若干年后形成一些問(wèn)題。因此，三項(xiàng)系統(tǒng)在建設(shè)、設(shè)計(jì)伊始就應(yīng)當(dāng)考慮到這些細(xì)節(jié)問(wèn)題，注意相互協(xié)調(diào)，確保交通工程的長(zhǎng)久持續(xù)。

（2）三項(xiàng)系統(tǒng)要協(xié)調(diào)配套

三項(xiàng)系統(tǒng)是交通工程有效運(yùn)營(yíng)的重要保障，其中通信系統(tǒng)在三項(xiàng)系統(tǒng)中起支撐、保障作用，不論是監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸，還是收費(fèi)系統(tǒng)收費(fèi)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等都需要通信系統(tǒng)提供各種速率的傳輸通道。因此，三項(xiàng)系統(tǒng)需要配套設(shè)計(jì)，便于機(jī)電系統(tǒng)高效運(yùn)行、管理及維修等。目前，廣西部分高速公路的通信系統(tǒng)還是采用PDH系列傳輸設(shè)備，而近年來(lái)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，擁有更高速率及更豐富開(kāi)銷字節(jié)等優(yōu)勢(shì)更明顯的SDH系列傳輸設(shè)備將成為未來(lái)高速公路通信系統(tǒng)的主流設(shè)備。因此，在進(jìn)行設(shè)備更新?lián)Q代時(shí)，應(yīng)注意三者之間相互協(xié)調(diào)配套。另外三項(xiàng)系統(tǒng)對(duì)電源供配電要求都有所差異，但都追求供電穩(wěn)定，中斷幾率小，因此，在為三項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)供配電部分時(shí)，需考慮整體統(tǒng)一性。

（3）定期進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，保持整體協(xié)調(diào)性

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，首先要對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的硬件進(jìn)行擴(kuò)容及對(duì)其他軟件系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，這需要專業(yè)設(shè)計(jì)部門(mén)或單位對(duì)其進(jìn)行測(cè)試、設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)升級(jí)后的整體效果，如是否具有兼容性以及和其他設(shè)備、軟硬件的契合度。其次，進(jìn)行擴(kuò)容或升級(jí)之前應(yīng)做好前期工作，備份原先相關(guān)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)好詳盡的實(shí)施方案，謹(jǐn)防重要數(shù)據(jù)的丟失，確保擴(kuò)容和升級(jí)后能與原先設(shè)備保持一致性，達(dá)到整體協(xié)調(diào)的效果。

（4）積極采用新技術(shù)

三項(xiàng)系統(tǒng)具有明顯的技術(shù)密集、科技含量高等特點(diǎn)，尤其是近幾年來(lái)社會(huì)發(fā)展步伐不斷加快，新技術(shù)替代舊技術(shù)更是層出不窮，其中三項(xiàng)系統(tǒng)所采用的自動(dòng)監(jiān)控、智能信息采集、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)也同樣面臨著被新技術(shù)替換的境況。因此，為避免三項(xiàng)系統(tǒng)被過(guò)早淘汰，在施工及設(shè)計(jì)之初對(duì)技術(shù)、設(shè)備、材料等的選擇就要慎之又慎，在設(shè)計(jì)之時(shí)密切關(guān)注外界最新技術(shù)動(dòng)態(tài)并認(rèn)真分析，只有這樣才可能滿足技術(shù)先進(jìn)性的要求，促進(jìn)三項(xiàng)系統(tǒng)保留更長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)廣西高速公路機(jī)電系統(tǒng)的深刻探析發(fā)現(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各類先進(jìn)機(jī)電設(shè)備陸續(xù)應(yīng)用到高速公路中，促進(jìn)了高速公路管路信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，極大提升了高速公路的管理水平;同時(shí)先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備帶來(lái)高效、專業(yè)的管理方式、方法和模式，這也使得對(duì)人才的標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)提高。所以，在新時(shí)代發(fā)展背景下，廣西高速公路機(jī)電系統(tǒng)一方面要依托現(xiàn)代科技的發(fā)展，不斷引進(jìn)先進(jìn)的電子、通信、控制等技術(shù);另一方面要注重人才培養(yǎng)，不斷提高人才自身理論與技術(shù)素養(yǎng)，提升整體管理水平，以適應(yīng)新形勢(shì)發(fā)展需求。

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