高速公路机电系统优化设计及新技术应用研究

卢娟

摘要：文章从高速公路机电系统的基本构成及现状分析出发，对监控系统、收费系统和通信系统三个层面所存在的现有弊端和待优化部分进行研究，提出相应的优化设计过程，并具体阐述了新技术在监控系统、收费系统和通信系统中的应用，为高速公路机电系统发展提供参考。

关键词：高速公路;机电系统;优化设计;新技术应用

中图分类号：U412.366 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.047

文章编号：1673-4874（2019）10-0170-04

0 引言

随着我国经济发展及城市化进程的不断加快，高速公路建设进入飞速发展的时期。在高速公路投入使用的过程中，机电系统作为重要的组成部分在收费系统、监控系统以及通信系统中发挥着重要的作用。因此，如何对机电系统进行优化设计以及将新技术进行投入，这对推进高速公路机电系统建设意义重大。近年来，国内学者进行了一些研究，主要有：汤翊通过研究通信系统在高速公路的结构组成、作用机制等剖析机电工程技术，深入分析了高速公路中机电系统新技术，为以后的研究提供基础。刘云峰针对高速公路机电工程通信系统进行了相关的技术介绍，为通信系统的发展提供了方向。杨晖、韩笑等从高速公路机电工程通信系统的概述、高速公路机电工程通信系统的主要技术、现代高速公路通信系统的功能及作用、未来高速公路通信系统技术发展的建议等方面进行了阐述。本文主要从高速公路机电系统的基本构成及现状分析出发，通过对监控系统、收费系统和通信系统三个层面进行介绍，对三者的现有弊端和存在的待优化部分进行详细分析，并提出相应的优化设计和新技术应用，以期研究结果可为后期高速公路机电系统发展提供参考。

1高速公路机电系统的基本构成及现状分析

1.1 高速公路机电系统的基本构成

（1）收费系统。收费系统主要是记录车辆的出行日期、时间以及公里数信息等，然后结合相应的计费标准收取一定的出行费用，从而保证高速公路建设工作能够有足够的资金对道路及相关基础设施进行维护和保养。

（2）监控系统。监控系统的设置是为了规范车辆的出行行为，通常监控系统会与当地的公安监管系统连接起来，对于一些违规行为直接进行罚款和扣分的处理，严重的可能直接吊销驾驶证，如在高速公路掉头、超速、违规停车等，都是监控系统的重点监管内容。

（3）通信系统。通信系统是为了保障其他系统信号传输稳定，能够让相应的视频信号以及数据信息可以及时传递到核心操作系统，并进行备份保存。

1.2 高速公路机电系统的现状分析

随着我国科技信息技术的发展进步，现阶段许多城市的高速公路机电系统建设工作也在进步，均已经安装了智能化、自动化的设备，管理部门同时引进了一些先进的计算机软件及硬件设备，比如，红外线夜视摄像头、电子不停车收费通道、事故识别以及自动报警系统的设置等。此外，相关技术人员也在积极研究节省电能、提高通信速度的可行方式。然而，由于实际上我国的高速公路机电系统建设工作还处于发展阶段，相应的结构体系还不够完善，尤其是监管力度还不够，存在部分机电设备已经达到使用寿命却没有更换的问题，并且存在个别设备出现故障未及时修理等情况。

另外，高速公路管理部门只注重借鉴其他地区或国家的公路交通运行设计和管理方式，而没有结合实际情况对当地的高速公路机电系统进行创新性的优化设计工作，以及新兴技术的应用还存在投入资金、技术力度不够等问题，都是制约机电系统发展的重要阻碍。

2 高速公路机电系统的优化设计

2.1监控系统

技术人员在实际对高速公路的监控系统进行优化设计工作时，应当充分掌握监控系统的使用功能，并结合公路的具体路线走向情况以及外部环境的一些影响因素，制定科学的设计方案并对优化设计的可行性进行研究。

高速公路监控系统的优化设计需要利用信息技术来完成，技术人员可以整理相关的数据信息，建立监控系统的工作平台，并将不同的监控功能进行分类，整理出一个健全的结构体系（如图1所示）。目前技术人员还在研究如何让监控系统具备监测天气变化的功能，这需要从软件方面进行创新研究。与此同时，设计人员应当专门建立数据资源库，将监控系统记录下来的画面资源存储在数据库当中，方便在车主对罚款有争议时，可通过调取资源数据来作为相应的证据。此外，设计工作也不能仅限于软件和系统上，还应当从输电线路连接以及监控设备的架设方式上进行研究。值得注意的是，由于监控设备通常需要架设在相对比较高的地方，因此极易在雷雨天气受到雷苗而造成设备的损坏，因此，如何科学设置避雷针和其他避雷设备也是技术人员目前需要进行优化研究的重点问题。

2.2 收费系统

传统的高速公路收费系统在设计方面有一个比较大的弊端，即在高速公路出行的高峰期（如节假日期间），容易在出入口的地方出现拥堵问题，给人们的日常出行造成了不良影响。因此，现阶段技术人员正在积极研究对收费系统的优化设计。该项工作中，最重要的一项工作就是电子不停车收费系统的建立。目前我国许多地区的高速公路都安装了专门的不停车收费通道，其主要的设计原理就是通过在车身上安装一个身份识别装置，车主通过输入正确的驾驶证信息、车辆信息启用装置后，相应的智能技术会对信息进行审核并记录。之后，车辆只需要通过专门的通道通行，相应的感应设备就会自动识别车辆基础信息、实际载重情况以及出行路程，然后通过感应设备直接连入收费系统，对车主的个人网上银行账户进行自动扣费。车辆车型分类及计费系数见表1。

2.3 通信系统

高速公路机电通信系统主要有两个功能：（1）让车主在行驶过程中的移动设备具备通信的功能，避免出现车辆故障而手机没有信号，从而无法及时报警;（2）让收费站能够实现实时的通信交流的功能，主要包括交流是否存在收费系统出现故障以及根据天气变化情况接收或发出封路指令的功能。在优化研究工作上，技術人员主要研究的是如何维护信号运行的问题，目前比较常见的方式就是在各个服务区覆盖WiFi信号，免费供车主使用。此外，还需研究如何扩大信号的覆盖范围，这方面的信号优化工作涉及到对局域网的设置问题，技术人员需要结合高速公路的运行路线进行设计，并充分考虑一些山区信号弱的问题，安装一些信号增幅器。信号传输的线缆方面也可以进行合理的选择，例如，使用光缆提高通信传播速度等。然而，由于光缆传输线自身比较纤细，目前存在容易受到恶劣天气的影响而造成通信不稳定等问题。

3 高速公路机电系统中新技术的应用研究

3.1 监控系统

机电系统的建设规模不断扩大，若沿用传统的视频、数据、语音独立设置的系统结构，不仅组网复杂、设备繁多、维护难度增大，而且还会造成建设成本的增加，因此，新型技术的应用至关重要。新技术应用不仅包括软件及系统的应用，也包括对基础硬件设备的优化升级。从监控系统方面来看，目前比较常用的新技术就是对视频检测器软件和功能的创新，其主要是结合了网络信息技术及视频监控的可视化功能，实现了对车辆的实时自动化记录。同时，在控制终端的系统上，技术人员利用分屏技术以及强大的计算机荷载和运行能力，将施工人员在公路各个关键位置设置的监控画面结合起来，并通过对行车速度进行估算，预估出车辆出现在下一个画面的时间，从而保证车辆的行驶安全。此外，现阶段技术人员正在研究的夜视监控以及对天气变化的实时监控都属于新型技术，并且已经取得了一定的成效。

3.2 收费系统

ETC系统作为电子不停车收费功能的新技术已广泛应用到高速公路机电系统当中，该系统主要是由识别、通信等多个子系统构成，主要包含自动车辆识别系统、自动车型分类系统以及现场稽查处理系统等。早期的人工收费系统存在过站效率低、人工成本高等问题，尤其对于节假日等高峰通行时段，而ETC系统的投入使用将会使得收费效率大大提高。图2为ETC系统高速公路收费系统结构图，其主要由硬件系统和软件系统组成。其中硬件系统保证了车辆识别、监控和通信;软件系统通过智能连接用户进行不停车识别缴费。上述的主要技术操作都是基于网络信息技术的发展，而在具体的新技术应用过程中，技术人员还需要解决一些设计方面的不足。目前来说，较为重要的是基于出行线路提供不同的选择，以及如何准确识别出行的线路，按照车辆所经过的不同高速公路的公里数设置科学合理的收费金额等问题。

3.3 通信系统

在通信系统方面，目前比较普遍的技术主要就是自动交换光技术，其能够对各个机电系统的运行信号进行实时检测，及时检测出故障，并通过相应的警报装置来提醒维修人员处理。该系统最大的特点就是能够对故障问题进行精准定位，省去了许多故障排查的时间，能够尽快恢复高速公路的通信功能，满足人们的出行需求，确保高速公路的出行安全与稳定。同时，还有PIN技术，其是在IP和底层的传输介质之间设置一个层面，用来进行分组业务操作，为其它业务提供帮助。相对于自动交换光技术，PIN技术的使用成本较低，但是它的实用性和安全性都比较有保障，是一种性价比较高的技术。在实际应用新技术的过程中，相关技术人员需要结合高速公路建设的实际情况，考虑经济效益的问题，选择合理的技术手段确保通信信号的传输质量。

4 结语

高速公路机电系统在确保高速公速使用安全、高效等方面发挥着重要的作用，如何对该系统进行优化设计和投入新技术，对于发展高速公路机电系统意义重大。本文主要从高速公路机电系统的基本构成及现状分析出发，通过对监控系统、收费系统和通信系统三个层面进行介绍，对三者现有的弊端和存在的待优化部分进行详细分析，并提出相应的优化设计的过程。最后，具体阐述了新技术在监控系统、收费系统和通信系統三大系统中的应用，为以后高速公路机电系统发展提供了参考。需要指出的是，高速公路机电系统目前仍存在或多或少的问题，未来仍要积极应用网络信息技术有针对性地进行优化研究，不断结合新技术来完善整体的高速公路机电系统，提升系统运行的效率。