摘要 收費(fèi)站是高速公路系統(tǒng)的重要組成部分，隨著新技術(shù)的應(yīng)用需要不斷推進(jìn)和升級(jí)其機(jī)電設(shè)備。文章梳理了高速公路收費(fèi)站的基本組成和升級(jí)改造設(shè)計(jì)的原則，并結(jié)合相關(guān)案例，分析了數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)、ETC 收費(fèi)系統(tǒng)、欄桿機(jī)提前抬桿系統(tǒng)的改進(jìn)建設(shè)方案。項(xiàng)目實(shí)踐表明：機(jī)電系統(tǒng)改造后，為高速公路實(shí)現(xiàn)公眾“ 兩感” 出行，提升交通安全性提供了良好的硬件支持，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞 收費(fèi)站；ETC；機(jī)電系統(tǒng)；通信網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào) TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）15-0009-03

0 引言

隨著交通量的不斷增加，高速公路老舊收費(fèi)站機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代高速公路的需要[1]。其主要體現(xiàn)為老舊系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、信息化的管理和監(jiān)控，無法及時(shí)反饋道路交通狀況、天氣及能見度等信息，不能有效地提高路網(wǎng)的安全性、流暢性及服務(wù)水平[2-3]。同時(shí)，由于人工收費(fèi)本身的效率較低，導(dǎo)致高速公路收費(fèi)口的通行能力受到限制，影響了車輛的行駛速度，還會(huì)造成環(huán)境污染、交通擁堵和交通事故等問題。

因此，升級(jí)改造高速公路老舊收費(fèi)站機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)成為必要措施。通過引入先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，如高精度車輛識(shí)別技術(shù)、欄桿機(jī)提前抬桿、ETC 等新技術(shù)和先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)等，可以實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)，大大加快了高速公路收費(fèi)道口的通行能力，實(shí)現(xiàn)公眾“ 兩感” 出行，提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)也降低了車輛管理的成本和投訴率，有利于提高車輛的營(yíng)運(yùn)效益[4]。鑒于此，該文總結(jié)了高速公路典型機(jī)電系統(tǒng)的組成部分，提煉出機(jī)電系統(tǒng)升級(jí)改造的主要原則，并結(jié)合具體的工程案例，分析了數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)和聯(lián)網(wǎng)不停車收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造的方案，以期為相關(guān)項(xiàng)目的實(shí)施提供參考。

1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)

1.1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的主要組成

高速公路機(jī)電系統(tǒng)主要由收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)4 個(gè)系統(tǒng)組成。其主要系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)收費(fèi)管理，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)車輛數(shù)目，并對(duì)收費(fèi)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通過車輛進(jìn)行檢測(cè)并計(jì)算車道占有率、車頭時(shí)距等參數(shù)，監(jiān)測(cè)氣象參數(shù)和通過車輛的圖像，并發(fā)布交通控制和引導(dǎo)信息。通信系統(tǒng)提供無阻塞的話務(wù)服務(wù)、高速率的傳輸通道和暢通的社會(huì)通信。供電與照明系統(tǒng)提供電力供應(yīng)和照明。主要組成部分的具體功能和組成如下：

1.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)

高速監(jiān)控系統(tǒng)是通過監(jiān)控設(shè)備和顯示儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)路況信息和交通信息、環(huán)境狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)控設(shè)備，管理人員進(jìn)行科學(xué)的交通引導(dǎo)和控制、調(diào)整道路交通流、保證路況暢通，避免出現(xiàn)交通事故。

1.1.2 通信系統(tǒng)

高速公路的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)傳輸視頻、文字、語音等功能，以及溝通管理部門之間、內(nèi)部各個(gè)管理機(jī)構(gòu)和外界的基礎(chǔ)系統(tǒng)，其包括綜合布線和相關(guān)的通信設(shè)備、電話、程控交換機(jī)、干線ADM 傳輸機(jī)、ONU、光纖路終端、服務(wù)器等。

1.1.3 收費(fèi)系統(tǒng)

現(xiàn)在收費(fèi)系統(tǒng)可以分為半自動(dòng)收費(fèi)（MTC）和全自動(dòng)收費(fèi)車道（ETC）兩種。由于ETC 自動(dòng)化程度較高，現(xiàn)在在高速公路上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基本全覆蓋。所以，ETC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要部分，該系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、車牌識(shí)別、通行卡管理、收費(fèi)監(jiān)控、電源等。另外，近些年也逐漸發(fā)展出了智能化的自助車道，該車道是指收費(fèi)站中裝備有自助設(shè)備，系統(tǒng)負(fù)責(zé)收費(fèi)和審核等工作的車道。組成部分通常包括自助繳費(fèi)機(jī)、車道指示系統(tǒng)、安全防護(hù)設(shè)施。

1.2 高速公路機(jī)電系統(tǒng)新技術(shù)的應(yīng)用

為提高收費(fèi)站的管理效率和服務(wù)質(zhì)量，近年來在一崗多能、遠(yuǎn)程集中特情處理等技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用。

一崗多能技術(shù)是指一個(gè)工作人員能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)工作崗位的職責(zé)，從而提高工作效率和管理效果。在高速公路收費(fèi)站中，一崗多能技術(shù)被廣泛應(yīng)用。例如，收費(fèi)站工作人員可以通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)收費(fèi)、車牌識(shí)別、安全檢查等多個(gè)工作崗位的職責(zé)，提高工作效率和服務(wù)質(zhì)量。此外，收費(fèi)站還可以實(shí)現(xiàn)車輛識(shí)別、視頻監(jiān)控、道路信息發(fā)布等多個(gè)功能的集成，從而提高了管理效果。

遠(yuǎn)程集中特情處理技術(shù)是指通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊情況的快速響應(yīng)和處理。在高速公路收費(fèi)站中，遠(yuǎn)程集中特情處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用，例如收費(fèi)站可以通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛違法行為的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和追蹤，并通過遠(yuǎn)程處理系統(tǒng)對(duì)違法事件進(jìn)行處理。此外，收費(fèi)站還可以通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)與其他收費(fèi)站和公路管理部門的信息共享和協(xié)同處理，提高了特殊情況的應(yīng)急處理能力。

除了以上技術(shù)，高速公路收費(fèi)站還應(yīng)用了其他新的技術(shù)手段，如高精度車輛識(shí)別技術(shù)、ETC 系統(tǒng)技術(shù)、智能安全監(jiān)控技術(shù)等。

2 機(jī)電系統(tǒng)升級(jí)改造的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則

對(duì)高速公路收費(fèi)站機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)時(shí)，要充分考慮原有系統(tǒng)的具體情況，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)制定設(shè)計(jì)方案。一般的設(shè)計(jì)目標(biāo)是建設(shè)一套“ 實(shí)用、好用、管用”的收費(fèi)系統(tǒng)，具體來講：

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)要實(shí)用，即能夠滿足用戶的需求，提供便捷、高效、準(zhǔn)確的收費(fèi)服務(wù)，如通過ETC、自助繳費(fèi)機(jī)、移動(dòng)支付等方式實(shí)現(xiàn)車輛繳費(fèi)和通行的自動(dòng)化和無感知，提高了通行效率和服務(wù)質(zhì)量。好用是指能夠方便、快捷、直觀地操作和使用，如通過用戶界面和操作流程的優(yōu)化和人性化設(shè)計(jì)，使車主能夠輕松、快速地完成繳費(fèi)和通行，提高了用戶的滿意度和體驗(yàn)感。管用是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車輛通行和收費(fèi)的監(jiān)管和管理，確保公路交通的安全性和合法性，如通過車牌識(shí)別技術(shù)、違法處理系統(tǒng)、車輛追蹤和監(jiān)測(cè)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛通行和違法行為的監(jiān)管與處理，提高了公路交通的安全性和管理效能。

改造設(shè)計(jì)中主要應(yīng)該遵循以下原則：①符合改造和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；②充分利用現(xiàn)有的設(shè)備；③采用先進(jìn)又成熟的技術(shù)，降低新技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；④系統(tǒng)改造中要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免業(yè)務(wù)中斷；⑤考慮到相關(guān)土建工程的影響。

3 機(jī)電系統(tǒng)升級(jí)改造內(nèi)容及實(shí)施

某高速收費(fèi)站機(jī)電工程于2013 年建成運(yùn)行，已經(jīng)運(yùn)行約10 年，現(xiàn)有通信系統(tǒng)設(shè)備部分已經(jīng)停產(chǎn)，備品備件欠缺，設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)荷地運(yùn)轉(zhuǎn)，有些設(shè)備板件等出現(xiàn)老化的現(xiàn)象嚴(yán)重。計(jì)劃對(duì)該機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)和聯(lián)網(wǎng)不停車收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造的具體方案如下：

3.1 光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)

在高速公路通信系統(tǒng)中，光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)是其中一個(gè)重要的組成部分。該系統(tǒng)的主要目的是傳輸各種通信業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)、圖像和視頻等。這些業(yè)務(wù)需要高速、穩(wěn)定和安全的傳輸通路，以滿足高速公路的各種通信需求。

系統(tǒng)采用SDH 方式傳輸，整個(gè)通信系統(tǒng)按照干線傳輸和本地綜合業(yè)務(wù)接入雙層傳輸體制組網(wǎng)，其中干線傳輸設(shè)備包括上級(jí)通信分中心的ADM 設(shè)備和收費(fèi)站的REG 設(shè)備。為了提高通信設(shè)備的性能和穩(wěn)定性，建議對(duì)現(xiàn)有的干線傳輸設(shè)備進(jìn)行更新，增加新型的傳輸設(shè)備，傳輸?shù)燃?jí)維持原有的STM-4 不變。

3.2 高速公路聯(lián)網(wǎng)不停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

聯(lián)網(wǎng)不停車收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：緩解收費(fèi)站區(qū)擁堵，提高通行效率，協(xié)助管理人員管理逃票的情況，增加交通的智能控制。ETC 車道系統(tǒng)的工作流程和設(shè)備組成如圖2 所示。

3.2.1 系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）是我國(guó)高速公路應(yīng)用最為先進(jìn)的收費(fèi)系統(tǒng)，在提高交通運(yùn)行效率、減少出入口擁擠方面起到了很好的作用。ETC 的建設(shè)已經(jīng)成為高速公路收費(fèi)系統(tǒng)建設(shè)的主流，且系統(tǒng)的構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜。

3.2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

組合車道的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為通信子系統(tǒng)、車輛識(shí)別系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)3 部分。

（1）通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，ETC 系統(tǒng)一般采用專用的短程通信頻率5.8 GHz的通信標(biāo)準(zhǔn)。另外，路側(cè)設(shè)備（RSU）完成與車輛的通信、檢測(cè)車輛、攝錄等功能，包括ETC 設(shè)備及其輔助設(shè)備。

（2）車輛自動(dòng)分類系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于不同類型車輛的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不同，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)，則必須對(duì)車輛進(jìn)行自動(dòng)分類，具體通過傳感器檢測(cè)車輛的高度、軸數(shù)、重量等要素完成車輛的分類。分類系統(tǒng)包括前分類系統(tǒng)和后分類系統(tǒng)2 種。前分類系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算車輛需要繳納的費(fèi)用；后分類系統(tǒng)對(duì)車輛信息和交納費(fèi)用進(jìn)行復(fù)核，確保正確收費(fèi)。該技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在高速公路的收費(fèi)站中，硬件也有較多的選擇品牌和型號(hào)。

（3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是獨(dú)立于ETC電子標(biāo)簽的另外一種車輛信息識(shí)別的系統(tǒng)。視頻監(jiān)控通過攝錄車輛的車牌號(hào)碼和車籍信息，用于事故的責(zé)任認(rèn)定、追繳漏繳費(fèi)用、協(xié)助公安取證等方面。

3.2.3 系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的安全性和可靠性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)中可以采取必要的措施保證收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)的安全，軟件設(shè)計(jì)中需要考慮到異常情況處理機(jī)制，數(shù)據(jù)的保存可以采用熱備份和冷備份，以保證數(shù)據(jù)不丟失。另外，在其他方面，核心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要采用不間斷電源（UPS）供電，配電箱安裝過電壓保護(hù)裝置，機(jī)房的接地電阻值應(yīng)小于0.5 Ω。

3.3 欄桿機(jī)提前抬桿系統(tǒng)

高速公路雷達(dá)檢測(cè)欄桿機(jī)提前抬桿技術(shù)是一種利用高精度雷達(dá)檢測(cè)車輛速度、距離等信息，實(shí)現(xiàn)欄桿提前抬桿的智能化控制技術(shù)。其主要組成部分包括以下幾個(gè)方面：

（1）高精度雷達(dá)：高速公路雷達(dá)檢測(cè)欄桿機(jī)提前抬桿技術(shù)采用高精度雷達(dá)檢測(cè)車輛的速度、距離等信息，實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)識(shí)別和欄桿提前抬桿控制。

（2）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是高速公路雷達(dá)檢測(cè)欄桿機(jī)提前抬桿技術(shù)的核心部分，通過對(duì)車輛的速度、距離等信息進(jìn)行分析和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)欄桿的自動(dòng)控制和提前抬桿。

（3）欄桿機(jī)構(gòu)：欄桿機(jī)構(gòu)是高速公路雷達(dá)檢測(cè)欄桿機(jī)提前抬桿技術(shù)的執(zhí)行部分，它通過電機(jī)、氣壓等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)欄桿的升降，確保車輛的順暢通行。高速公路雷達(dá)檢測(cè)欄桿機(jī)提前抬桿技術(shù)主要具有智能化、自動(dòng)化、高效性、安全性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的準(zhǔn)確識(shí)別和欄桿的自動(dòng)控制，提高了車輛的通行效率和道路的通行能力，確保了車輛的安全通行和道路的安全管理。

3.4 升級(jí)改造后的情況

經(jīng)過對(duì)高速公路收費(fèi)站的機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)升級(jí)改造，明顯提高了工作效率，具體表現(xiàn)在：

3.4.1 提升高速形象

機(jī)電設(shè)備升級(jí)改造后，公路收費(fèi)站的外觀和設(shè)備得到了改善，如使用LED 顯示屏、高速ETC 通道等等，使收費(fèi)站的形象得到提升。此外，收費(fèi)站的通行效率也得到了顯著提高，通行車輛能夠快速通過，不會(huì)出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，提高了用戶的出行體驗(yàn)和滿意度。

3.4.2 交通安全提升

收費(fèi)站的設(shè)備得到更新，如自動(dòng)開閘、車牌識(shí)別等使車輛能夠快速通行，減少了車輛停留的時(shí)間，從而降低了發(fā)生交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。此外，收費(fèi)站的設(shè)備和工作人員也能夠更加高效地進(jìn)行交通管控和應(yīng)急處理，提高了公路交通的安全性。

3.4.3 投資運(yùn)營(yíng)成本節(jié)省

收費(fèi)站的設(shè)備能夠更加高效地工作，減少了人力和時(shí)間的浪費(fèi)，從而節(jié)省了運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，機(jī)電設(shè)備的升級(jí)改造也能夠提高收費(fèi)站的通行效率，降低了車輛通行的時(shí)間成本，提高了用戶的使用體驗(yàn)和滿意度。

3.4.4 環(huán)保節(jié)能

采用的新型設(shè)備更加節(jié)能環(huán)保，如LED 顯示屏、智能控制系統(tǒng)等，能夠減少能源消耗，減少環(huán)境污染。此外，ETC 系統(tǒng)的推廣也能夠減少車輛的排隊(duì)等待時(shí)間，降低了車輛的二氧化碳排放量，利于環(huán)保和節(jié)能。

4 結(jié)語

綜上所述，機(jī)電設(shè)備的升級(jí)改造不僅能夠提高用戶的出行體驗(yàn)和滿意度，還能夠?qū)饭芾砥髽I(yè)的管理和運(yùn)營(yíng)帶來實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。因此，在未來的公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備的技術(shù)改造和升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)更加高效、便捷、安全、環(huán)保和節(jié)能的收費(fèi)和通行服務(wù)。

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