高速公路交通机电系统设计优化探究

袁学文

（甘肃紫光智能交通与控制技术有限公司,甘肃 兰州 730010）

0 引言

虽然高速公路体系有了飞速发展，但是也要充分意识到随着高速公路运营智能化需求提升，只是通过简单的高速公路建设已无法满足现代经济发展需要，为了进一步提升高速公路运行效率需要加强机电系统的建设和运营管理，增加高速公路机电系统建设资金投入，对于高速公路机电系统进行优化设计，解决传统机电系统存在的问题，进一步推动高速公路机电系统发展[1]。

1 目前高速公路机电系统存在的问题分析

随着近些年技术水平的快速提升，高速公路机电系统也有了较大发展。对于现代高速公路来说，如何有效处理交通的快速发展和目前机电系统技术水平之间的矛盾已经成为了高速公路机电系统设计优化最为关注的问题。本文主要针对高速公路机电系统自身是否可以满足目标效能、是否存在足够的空间进行系统优化等方面实施机电系统优化。现阶段高速公路机电系统方面存在的问题主要存在如下几方面：

第一，某些高速公路的机电系统相关设备都是很多年前建设的，这些设备的技术性能相对滞后，无法满足现代高速公路智能化发展需求，也不能实现高速公路的信息化发展，整体运行效率相对较低，实现的技术指标相对较低。另外，从设计来看，机电系统设计不敢采用新技术，仅立足于很成熟的技术，没有一定的前瞻性，有的甚至直接套用原有设计，很难推动机电系统的全新发展。

第二，现阶段高速公路所应用的机电系统相应设备缺少统一性、标准化的管理标准，也就是指缺少较为规范的、系统化的文件对不同机电设备所具有的技术指标进行规范，从而造成不同品牌机电系统设备之间很难实现充分融合以及信息互通，一定程度上限制了高速公路机电系统发展；

第三，传统高速公路机电系统设计中，特别是干线通信方面缺少整体性规划设计，从而造成干线网链路很难进行集中性保护，现有的高速公路机电系统，除了部分较发达地区高速公路已实现联网收费外，基本上都是各段相对分隔，彼此独立运行的；高速公路系统内部、各路段之间并没有真正做到相互联网、信息共享，没有形成一个有机融合的整体[2]。

2 高速公路机电系统设计优化措施

2.1 高速公路机电系统设计优化思路

针对上述分析的高速公路机电系统存在的问题，对于高速公路机电系统实施必要的设计优化，从而实现高速公路机电系统设计优化最终目标，系统设计优化总体流程如图1所示。

在实际操作过程中首先要对高速公路机电系统具体情况进行调研分析，明确高速公路机电系统的具体现状以及存在的问题，同时找到机电系统问题的原因所在，之后对于高速公路机电系统设备相应的技术进行分析，按照机电系统设备设计优化最终目标对其进行优化设计，最终得到科学合理的机电系统优化方案。

2.2 机电系统设计优化措施

2.2.1 路网监控系统设计优化

对于现有高速公路运行监测系统来说，想要实现智能性交通网络，最主要的是要处理好“全面感知”方面的问题，所以对于路网监控系统来说需要充分发挥现有监控设施的功能，并对其进行一定的完善，最终建立起高速公路运行的监测以及应急处置平台，增强高速公路的运营水平[3]。

第一，路网运行状况的可视化。通过较高检测精度的视频检测器来获取精准的可视化图像，并且将其传输到监控中心的显示屏中，可以实时观测出车的相关信息（包括车流量、车速、车型等等）。

第二，提升交通环境检测的准确性。营运车辆GPS数据的充分应用。现阶段绝大部分车辆都已经设置GPS车载设备，可以通过营运车辆GPS系统获取车辆的路线和时间，能够实现对高速公路网的长时间观测。

加强和商业导航平台的合作，实现交通数据的共享。近些年商业导航平台用户数量逐渐增加，其路况信息发布的及时性和准确性逐渐增加，但是其并不能获取实时运行速度、引发交通堵塞原因等信息，同时这些商业导航平台并不会关注如何改善交通状况，所以高速公路监控系统可以加强和商业平台的合作，发挥各方优势，成为了高速公路监控系统的发展趋势。

通过移动设备获取实时数据。智能终端用户逐年增加，所以通过这些设备及时获取路网信息已经成为了目前最主要的内容。

第三，实现交通状态的可控性。加强路网关键节点信息发布设施的设置。此设置已经成为了行驶人员获取交通信息最主要的方式，现阶段省级高速公路设置的信息发布设置主要有“门架式情报板”以及“悬臂式情报板”，可以将其设置在收费站入口之前，获取相应发布信息。

设置图形交通诱导屏。可以在关键交通位置设置彩色交通诱导屏，能够获取大量直观图形信息，可以为驾驶人员提供准确的道路指引。

2.2.2 通信系统设计优化

可以以省级收费管理中心为核心形成省级的通信体系，以此为基础逐渐进行大容量智能传输设备的升级改造，从而对通信系统进行优化完善。现阶段以SDH为基础的多业务传送平台向未来网络过渡时，需要逐渐淘汰小容量干线设备，加快主干网络的升级优化。

第一，对于路段接入网来说，可以采取分组传送网（PTN）设备。此方面设备主要采取的是光传送网络架构，针对的是IP业务类型，能够实现非常低的使用成本。随着近些年监控系统以及收费系统逐渐向着数字化、高清设备方向发展，PTN设备能够充分体现出其优势所在，可以实现小颗粒IP业务的灵活接入，能够实现业务的汇聚收敛。

第二，对于语音交换网络来说，可以通过软交换系统来取代传统程控交换网络。现阶段高速公路机电系统所用设备相对老旧，很多程控交换设备都已经停产，而软件换设备的方式能够形成更加灵活的组网方式，所以在进行接入网设备改造过程中要逐渐对程控交换机通过软件换设备来代替[4]。

第三，要形成完善的通信资源管理系统。要不断完善通信资源管理系统，特别是在通道开通、带宽应用、通信设备资源分配等方面更是要实现集中性管理。需要加强省级区域通信系统管道和主干光缆应用方面的调查分析，发现无法满足标准规范的管道和光缆要对其进行修缮，严重情况下要进行重新铺设。

2.2.3 收费系统设计优化

第一，ETC收费通过率方面的设计优化。随着车辆保有量以及形式的逐渐增加，对于ETC收费系统的要求也逐渐增加，ETC车道无法正常通行的情况逐渐频繁，对于用户体验造成较大影响，需要对其进行优化。针对现阶段ETC系统存在的问题，可以通过相控阵技术对其进行优化，通过全新的相控阵ETC天线对其进行优化。在实际操作时可以在ETC路测设备中应用相控阵雷达，可以大大改善ETC系统的准确性，能够提升正常通车效率。

第二，多义性路径识别系统设计优化

（1）识别系统模式分析。对于高速公路来说，其收费系统中采取多义性路径识别系统最主要的是要明确按照何种路径标准进行收费，也要确定怎样进行通行费用的拆分。为了处理好以上问题，可以通过更加准确的识别模式形成多义性路径识别系统，其关键内容为：

在区域性路网内部全部基本环路上设置标志点系统，以此来获取经过车辆的路径信息，明确车辆实际运行路径。对于封闭式收费系统来说，一旦车辆经过路网就会形成“入口信息”以及“出口信息”等信息，而路径主要包括入口、出口以及路段等相关信息，可以按照这些信息识别车辆实际行驶路径。

（2）技术路线比选。想要更加精准的对车辆路径进行识别，需要通过标识站进行信息收集，可以通过如下几种方式来实现：

①车牌照识别系统。对于高速公路行驶的车辆来说，车牌信息是最主要的体现车辆信息的特征，是否能够准确识别车辆行驶路径最主要的是对车牌的识别准确性以及外部环境的影响。现阶段车牌识别系统的成本相对较低，但是波动较大，需要维护量较大[5]。

②停车标识站方案。此种方案需要较大投资并且后续运营费用较高，同时想要准确识别车辆需要控制车辆速度，容易引发交通拥堵。

③不停车标识站方案。此方案主要是在多义性路段设置路侧标识站（RSU），一旦车辆通过就可以利用RFID技术获取车辆信息并写入通行卡中，车辆到达出口收费站后就可以读取卡中信息，判定车辆路径。

3 结语

高速公路的机电系统是确保其正常运行的关键所在，本文主要针对机电系统存在的问题，从路网监控系统、通信系统、收费系统等方面提出了设计优化内容，通过本文的介绍能够对高速公路机电系统优化提供一定参考和帮助，对于推动高速公路发展具有现实意义。