高速公路機電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及新技術(shù)應(yīng)用研究

盧娟

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

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

中圖分類號：U412.366 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.047

文章編號：1673-4874（2019）10-0170-04

0 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展及城市化進程的不斷加快，高速公路建設(shè)進入飛速發(fā)展的時期。在高速公路投入使用的過程中，機電系統(tǒng)作為重要的組成部分在收費系統(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，如何對機電系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計以及將新技術(shù)進行投入，這對推進高速公路機電系統(tǒng)建設(shè)意義重大。近年來，國內(nèi)學(xué)者進行了一些研究，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、作用機制等剖析機電工程技術(shù)，深入分析了高速公路中機電系統(tǒng)新技術(shù)，為以后的研究提供基礎(chǔ)。劉云峰針對高速公路機電工程通信系統(tǒng)進行了相關(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電工程通信系統(tǒng)的概述、高速公路機電工程通信系統(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)展的建議等方面進行了闡述。本文主要從高速公路機電系統(tǒng)的基本構(gòu)成及現(xiàn)狀分析出發(fā)，通過對監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三個層面進行介紹，對三者的現(xiàn)有弊端和存在的待優(yōu)化部分進行詳細分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計和新技術(shù)應(yīng)用，以期研究結(jié)果可為后期高速公路機電系統(tǒng)發(fā)展提供參考。

1高速公路機電系統(tǒng)的基本構(gòu)成及現(xiàn)狀分析

1.1 高速公路機電系統(tǒng)的基本構(gòu)成

（1）收費系統(tǒng)。收費系統(tǒng)主要是記錄車輛的出行日期、時間以及公里數(shù)信息等，然后結(jié)合相應(yīng)的計費標(biāo)準(zhǔn)收取一定的出行費用，從而保證高速公路建設(shè)工作能夠有足夠的資金對道路及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施進行維護和保養(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)會與當(dāng)?shù)氐墓脖O(jiān)管系統(tǒng)連接起來，對于一些違規(guī)行為直接進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)信號傳輸穩(wěn)定，能夠讓相應(yīng)的視頻信號以及數(shù)據(jù)信息可以及時傳遞到核心操作系統(tǒng)，并進行備份保存。

1.2 高速公路機電系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

隨著我國科技信息技術(shù)的發(fā)展進步，現(xiàn)階段許多城市的高速公路機電系統(tǒng)建設(shè)工作也在進步，均已經(jīng)安裝了智能化、自動化的設(shè)備，管理部門同時引進了一些先進的計算機軟件及硬件設(shè)備，比如，紅外線夜視攝像頭、電子不停車收費通道、事故識別以及自動報警系統(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，由于實際上我國的高速公路機電系統(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，存在部分機電設(shè)備已經(jīng)達到使用壽命卻沒有更換的問題，并且存在個別設(shè)備出現(xiàn)故障未及時修理等情況。

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行設(shè)計和管理方式，而沒有結(jié)合實際情況對當(dāng)?shù)氐母咚俟窓C電系統(tǒng)進行創(chuàng)新性的優(yōu)化設(shè)計工作，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，都是制約機電系統(tǒng)發(fā)展的重要阻礙。

2 高速公路機電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

2.1監(jiān)控系統(tǒng)

技術(shù)人員在實際對高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計工作時，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)計方案并對優(yōu)化設(shè)計的可行性進行研究。

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計需要利用信息技術(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，并將不同的監(jiān)控功能進行分類，整理出一個健全的結(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行創(chuàng)新研究。與此同時，設(shè)計人員應(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在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，方便在車主對罰款有爭議時，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)人員目前需要進行優(yōu)化研究的重點問題。

2.2 收費系統(tǒng)

傳統(tǒng)的高速公路收費系統(tǒng)在設(shè)計方面有一個比較大的弊端，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收費系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。該項工作中，最重要的一項工作就是電子不停車收費系統(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通道，其主要的設(shè)計原理就是通過在車身上安裝一個身份識別裝置，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)會對信息進行審核并記錄。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)備就會自動識別車輛基礎(chǔ)信息、實際載重情況以及出行路程，然后通過感應(yīng)設(shè)備直接連入收費系統(tǒng)，對車主的個人網(wǎng)上銀行賬戶進行自動扣費。車輛車型分類及計費系數(shù)見表1。

2.3 通信系統(tǒng)

高速公路機電通信系統(tǒng)主要有兩個功能：（1）讓車主在行駛過程中的移動設(shè)備具備通信的功能，避免出現(xiàn)車輛故障而手機沒有信號，從而無法及時報警;（2）讓收費站能夠?qū)崿F(xiàn)實時的通信交流的功能，主要包括交流是否存在收費系統(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信號運行的問題，目前比較常見的方式就是在各個服務(wù)區(qū)覆蓋WiFi信號，免費供車主使用。此外，還需研究如何擴大信號的覆蓋范圍，這方面的信號優(yōu)化工作涉及到對局域網(wǎng)的設(shè)置問題，技術(shù)人員需要結(jié)合高速公路的運行路線進行設(shè)計，并充分考慮一些山區(qū)信號弱的問題，安裝一些信號增幅器。信號傳輸?shù)木€纜方面也可以進行合理的選擇，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，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 高速公路機電系統(tǒng)中新技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)

機電系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模不斷擴大，若沿用傳統(tǒng)的視頻、數(shù)據(jù)、語音獨立設(shè)置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不僅組網(wǎng)復(fù)雜、設(shè)備繁多、維護難度增大，而且還會造成建設(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，也包括對基礎(chǔ)硬件設(shè)備的優(yōu)化升級。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，實現(xiàn)了對車輛的實時自動化記錄。同時，在控制終端的系統(tǒng)上，技術(shù)人員利用分屏技術(shù)以及強大的計算機荷載和運行能力，將施工人員在公路各個關(guān)鍵位置設(shè)置的監(jiān)控畫面結(jié)合起來，并通過對行車速度進行估算，預(yù)估出車輛出現(xiàn)在下一個畫面的時間，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)控以及對天氣變化的實時監(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 收費系統(tǒng)

ETC系統(tǒng)作為電子不停車收費功能的新技術(shù)已廣泛應(yīng)用到高速公路機電系統(tǒng)當(dāng)中，該系統(tǒng)主要是由識別、通信等多個子系統(tǒng)構(gòu)成，主要包含自動車輛識別系統(tǒng)、自動車型分類系統(tǒng)以及現(xiàn)場稽查處理系統(tǒng)等。早期的人工收費系統(tǒng)存在過站效率低、人工成本高等問題，尤其對于節(jié)假日等高峰通行時段，而ETC系統(tǒng)的投入使用將會使得收費效率大大提高。圖2為ETC系統(tǒng)高速公路收費系統(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)保證了車輛識別、監(jiān)控和通信;軟件系統(tǒng)通過智能連接用戶進行不停車識別繳費。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)主要就是自動交換光技術(shù)，其能夠?qū)Ω鱾€機電系統(tǒng)的運行信號進行實時檢測，及時檢測出故障，并通過相應(yīng)的警報裝置來提醒維修人員處理。該系統(tǒng)最大的特點就是能夠?qū)收蠁栴}進行精準(zhǔn)定位，省去了許多故障排查的時間，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，還有PIN技術(shù)，其是在IP和底層的傳輸介質(zhì)之間設(shè)置一個層面，用來進行分組業(yè)務(wù)操作，為其它業(yè)務(wù)提供幫助。相對于自動交換光技術(shù)，PIN技術(shù)的使用成本較低，但是它的實用性和安全性都比較有保障，是一種性價比較高的技術(shù)。在實際應(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)的實際情況，考慮經(jīng)濟效益的問題，選擇合理的技術(shù)手段確保通信信號的傳輸質(zhì)量。

4 結(jié)語

高速公路機電系統(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，如何對該系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計和投入新技術(shù)，對于發(fā)展高速公路機電系統(tǒng)意義重大。本文主要從高速公路機電系統(tǒng)的基本構(gòu)成及現(xiàn)狀分析出發(fā)，通過對監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三個層面進行介紹，對三者現(xiàn)有的弊端和存在的待優(yōu)化部分進行詳細分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計的過程。最后，具體闡述了新技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三大系統(tǒng)中的應(yīng)用，為以后高速公路機電系統(tǒng)發(fā)展提供了參考。需要指出的是，高速公路機電系統(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)有針對性地進行優(yōu)化研究，不斷結(jié)合新技術(shù)來完善整體的高速公路機電系統(tǒng)，提升系統(tǒng)運行的效率。