高速公路機電系統優化設計及新技術應用研究

盧娟

摘要：文章從高速公路機電系統的基本構成及現狀分析出發，對監控系統、收費系統和通信系統三個層面所存在的現有弊端和待優化部分進行研究，提出相應的優化設計過程，并具體闡述了新技術在監控系統、收費系統和通信系統中的應用，為高速公路機電系統發展提供參考。

關鍵詞：高速公路;機電系統;優化設計;新技術應用

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

文章編號：1673-4874（2019）10-0170-04

0 引言

隨著我國經濟發展及城市化進程的不斷加快，高速公路建設進入飛速發展的時期。在高速公路投入使用的過程中，機電系統作為重要的組成部分在收費系統、監控系統以及通信系統中發揮著重要的作用。因此，如何對機電系統進行優化設計以及將新技術進行投入，這對推進高速公路機電系統建設意義重大。近年來，國內學者進行了一些研究，主要有：湯翊通過研究通信系統在高速公路的結構組成、作用機制等剖析機電工程技術，深入分析了高速公路中機電系統新技術，為以后的研究提供基礎。劉云峰針對高速公路機電工程通信系統進行了相關的技術介紹，為通信系統的發展提供了方向。楊暉、韓笑等從高速公路機電工程通信系統的概述、高速公路機電工程通信系統的主要技術、現代高速公路通信系統的功能及作用、未來高速公路通信系統技術發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的基本構成及現狀分析出發，通過對監控系統、收費系統和通信系統三個層面進行介紹，對三者的現有弊端和存在的待優化部分進行詳細分析，并提出相應的優化設計和新技術應用，以期研究結果可為后期高速公路機電系統發展提供參考。

1高速公路機電系統的基本構成及現狀分析

1.1 高速公路機電系統的基本構成

（1）收費系統。收費系統主要是記錄車輛的出行日期、時間以及公里數信息等，然后結合相應的計費標準收取一定的出行費用，從而保證高速公路建設工作能夠有足夠的資金對道路及相關基礎設施進行維護和保養。

（2）監控系統。監控系統的設置是為了規范車輛的出行行為，通常監控系統會與當地的公安監管系統連接起來，對于一些違規行為直接進行罰款和扣分的處理，嚴重的可能直接吊銷駕駛證，如在高速公路掉頭、超速、違規停車等，都是監控系統的重點監管內容。

（3）通信系統。通信系統是為了保障其他系統信號傳輸穩定，能夠讓相應的視頻信號以及數據信息可以及時傳遞到核心操作系統，并進行備份保存。

1.2 高速公路機電系統的現狀分析

隨著我國科技信息技術的發展進步，現階段許多城市的高速公路機電系統建設工作也在進步，均已經安裝了智能化、自動化的設備，管理部門同時引進了一些先進的計算機軟件及硬件設備，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的設置等。此外，相關技術人員也在積極研究節省電能、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建設工作還處于發展階段，相應的結構體系還不夠完善，尤其是監管力度還不夠，存在部分機電設備已經達到使用壽命卻沒有更換的問題，并且存在個別設備出現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或國家的公路交通運行設計和管理方式，而沒有結合實際情況對當地的高速公路機電系統進行創新性的優化設計工作，以及新興技術的應用還存在投入資金、技術力度不夠等問題，都是制約機電系統發展的重要阻礙。

2 高速公路機電系統的優化設計

2.1監控系統

技術人員在實際對高速公路的監控系統進行優化設計工作時，應當充分掌握監控系統的使用功能，并結合公路的具體路線走向情況以及外部環境的一些影響因素，制定科學的設計方案并對優化設計的可行性進行研究。

高速公路監控系統的優化設計需要利用信息技術來完成，技術人員可以整理相關的數據信息，建立監控系統的工作平臺，并將不同的監控功能進行分類，整理出一個健全的結構體系（如圖1所示）。目前技術人員還在研究如何讓監控系統具備監測天氣變化的功能，這需要從軟件方面進行創新研究。與此同時，設計人員應當專門建立數據資源庫，將監控系統記錄下來的畫面資源存儲在數據庫當中，方便在車主對罰款有爭議時，可通過調取資源數據來作為相應的證據。此外，設計工作也不能僅限于軟件和系統上，還應當從輸電線路連接以及監控設備的架設方式上進行研究。值得注意的是，由于監控設備通常需要架設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備的損壞，因此，如何科學設置避雷針和其他避雷設備也是技術人員目前需要進行優化研究的重點問題。

2.2 收費系統

傳統的高速公路收費系統在設計方面有一個比較大的弊端，即在高速公路出行的高峰期（如節假日期間），容易在出入口的地方出現擁堵問題，給人們的日常出行造成了不良影響。因此，現階段技術人員正在積極研究對收費系統的優化設計。該項工作中，最重要的一項工作就是電子不停車收費系統的建立。目前我國許多地區的高速公路都安裝了專門的不停車收費通道，其主要的設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，相應的智能技術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，相應的感應設備就會自動識別車輛基礎信息、實際載重情況以及出行路程，然后通過感應設備直接連入收費系統，對車主的個人網上銀行賬戶進行自動扣費。車輛車型分類及計費系數見表1。

2.3 通信系統

高速公路機電通信系統主要有兩個功能：（1）讓車主在行駛過程中的移動設備具備通信的功能，避免出現車輛故障而手機沒有信號，從而無法及時報警;（2）讓收費站能夠實現實時的通信交流的功能，主要包括交流是否存在收費系統出現故障以及根據天氣變化情況接收或發出封路指令的功能。在優化研究工作上，技術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區覆蓋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，這方面的信號優化工作涉及到對局域網的設置問題，技術人員需要結合高速公路的運行路線進行設計，并充分考慮一些山區信號弱的問題，安裝一些信號增幅器。信號傳輸的線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定等問題。

3 高速公路機電系統中新技術的應用研究

3.1 監控系統

機電系統的建設規模不斷擴大，若沿用傳統的視頻、數據、語音獨立設置的系統結構，不僅組網復雜、設備繁多、維護難度增大，而且還會造成建設成本的增加，因此，新型技術的應用至關重要。新技術應用不僅包括軟件及系統的應用，也包括對基礎硬件設備的優化升級。從監控系統方面來看，目前比較常用的新技術就是對視頻檢測器軟件和功能的創新，其主要是結合了網絡信息技術及視頻監控的可視化功能，實現了對車輛的實時自動化記錄。同時，在控制終端的系統上，技術人員利用分屏技術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鍵位置設置的監控畫面結合起來，并通過對行車速度進行估算，預估出車輛出現在下一個畫面的時間，從而保證車輛的行駛安全。此外，現階段技術人員正在研究的夜視監控以及對天氣變化的實時監控都屬于新型技術，并且已經取得了一定的成效。

3.2 收費系統

ETC系統作為電子不停車收費功能的新技術已廣泛應用到高速公路機電系統當中，該系統主要是由識別、通信等多個子系統構成，主要包含自動車輛識別系統、自動車型分類系統以及現場稽查處理系統等。早期的人工收費系統存在過站效率低、人工成本高等問題，尤其對于節假日等高峰通行時段，而ETC系統的投入使用將會使得收費效率大大提高。圖2為ETC系統高速公路收費系統結構圖，其主要由硬件系統和軟件系統組成。其中硬件系統保證了車輛識別、監控和通信;軟件系統通過智能連接用戶進行不停車識別繳費。上述的主要技術操作都是基于網絡信息技術的發展，而在具體的新技術應用過程中，技術人員還需要解決一些設計方面的不足。目前來說，較為重要的是基于出行線路提供不同的選擇，以及如何準確識別出行的線路，按照車輛所經過的不同高速公路的公里數設置科學合理的收費金額等問題。

3.3 通信系統

在通信系統方面，目前比較普遍的技術主要就是自動交換光技術，其能夠對各個機電系統的運行信號進行實時檢測，及時檢測出故障，并通過相應的警報裝置來提醒維修人員處理。該系統最大的特點就是能夠對故障問題進行精準定位，省去了許多故障排查的時間，能夠盡快恢復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定。同時，還有PIN技術，其是在IP和底層的傳輸介質之間設置一個層面，用來進行分組業務操作，為其它業務提供幫助。相對于自動交換光技術，PIN技術的使用成本較低，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。在實際應用新技術的過程中，相關技術人員需要結合高速公路建設的實際情況，考慮經濟效益的問題，選擇合理的技術手段確保通信信號的傳輸質量。

4 結語

高速公路機電系統在確保高速公速使用安全、高效等方面發揮著重要的作用，如何對該系統進行優化設計和投入新技術，對于發展高速公路機電系統意義重大。本文主要從高速公路機電系統的基本構成及現狀分析出發，通過對監控系統、收費系統和通信系統三個層面進行介紹，對三者現有的弊端和存在的待優化部分進行詳細分析，并提出相應的優化設計的過程。最后，具體闡述了新技術在監控系統、收費系統和通信系統三大系統中的應用，為以后高速公路機電系統發展提供了參考。需要指出的是，高速公路機電系統目前仍存在或多或少的問題，未來仍要積極應用網絡信息技術有針對性地進行優化研究，不斷結合新技術來完善整體的高速公路機電系統，提升系統運行的效率。