高速公路机电监控系统的设计与安装分析

赫家林

摘要 为更充分地发挥高速公路机电监控系统的功能，文章介绍了我国不同地区机电监控系统的设置差异及常见设计问题，同时结合高速公路机电监控系统的设计特点，从路口收费站、公路路面检测及特大桥梁监控等方面阐述监控系统的应用情况，探究了监控系统的设计要素与安装要点。

关键词 高速公路；监控系统；系统设计；安装

中图分类号 U417文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）10-0007-03

0 引言

高速公路机电监控系统的设计目的主要是提高公路行驶安全性，通过监控关键路段的车辆行驶与道路状况，维持当地交通秩序的稳定[1]。当前国家经济发展加速，基础建设水平不断提升。整体而言，我国东部地区有着更为科学且完善的机电监控系统，其原因在于地区地势平坦；而中部地区和西部地区则由于地势情况十分复杂，难以形成完善的机电监控系统。鉴于此，该文结合我国中西部地区机电监控系统设置的常见问题进行分析，以期进一步促进我国高速公路的高质量发展与应用。

1 高速公路监控系统设计问题

1.1 管理工作复杂

当前我国高速公路虽已逐渐普及监控系统，但其在投入运营过程中并没有完全发挥作用，原因主要在于前期建设系统时考虑不全面，经常出现系统功能与公路监控需求偏差问题，导致系统执行效率低下[2]。同时，高速公路建设的目标并非仅是保障日常出行，还包含多种其他职能，尤其是在高速公路被赋予多元化职能的时代背景下，其管理工作呈现复杂化。

1.2 机器故障

机械故障问题又称为固定故障，具体表现为部分检测设备在运行过程中突然失效。这种故障一般可通过定期保养和定期维护来降低发生概率。但主机损坏、电源损坏以及通信光缆损坏等系统性故障，则会给当地交通网络系统带来十分严重的影响，甚至可能会导致监控系统网络瘫痪，故设计时应考虑到对重点设备监测的需求。

2 高速公路设计特点

2.1 监控系统的层次性

当前，高速公路机电监控系统建设以国家统一的三级监控标准为主，一般包含省级监控、分部中心监控和基层监控。省级监控主要为全省高速公路网点的综合监控。分中心监控主要是由监控单位作为负责方，开展对局部公路路段的监控管理工作，其管理内容包括运营收费站、隧道和公路桥梁等局部运行状况。基层管理站则需管理场外监控设备。此外，部分隧道考虑管理条件较特殊，通常可结合监控设备实施远程管理，而对于栈桥和重要性较高的桥梁，则需专门派遣工作人员进行管理。

2.2 系统组成

省监控系统是监控管理网络中级别最高的成分，运行过程中需管理自治区、直辖市的高速公路网点，管理方式包括网络通信设备、计算机设备以及线上管理平台等。当前这些管理系统运行过程中，不同系统结构难以衔接成整体，效率低下。

分部路段监控系统运行时有多种管理方式可供选择，具体方案需综合考虑项目投资总量、道路交通压力、运营效果等不同因素来确定[3]。相比省监控系统，分部路段监控管理系统常使用较为先进的通信设备，但相应子系统的监控范围较小。

基层监控单元主要集中设置于栈桥、隧道等特殊路段。常用的管理模式为轮流值班、无人值班等。对于隧道路段的监控管理方案，一般需结合隧道安全程度、所在地理位置、隧道整体长度以及运营成本等因素综合确定。

2.3 外部设备

场外监控设备根据等级不同，可以分为A1、A2、A3三种。其中，A1等级的监控设备能准确分析交通监控、信息传输或道路管理工作中出现的异常情况，及时发布相关公告，同时结合主线通信设备加以控制，确保异常问题不会进一步扩大。A2、A3等级的监控设备则是在A1的基础上，进一步对关键位置或重要设备开展针对性的信息采集、诊断和处理工作。

监控系统可具体分为交通状态监控、交通视频监控、交通控制监控和信息采集监控等子系统，如图1所示。

图1 高速公路监控系统构成

3 高速公路机电应用

3.1 路口收费站

高速路口设置收费站监控系统，一方面能保护国家财产，另一方面能为执法工作提供便利。首先，我国高速公路铺设工作从根本上看属于贷款项目，往往是向社会募集大量建设成本后开展建设，而在高速公路收费站上建设监控系统，能监督工作人员是否遵纪守法，监察是否有他人恶意破坏收费站设备设施，起到保护国家资产的作用[4]。其次，收费站工作人员主要负责日常收费，无法准确记录过往车辆具体信息，而设置监控设备则能准确记录过往车辆信息，后续执法人员可通过监控录像开展调查，为可能的执法工作提供便利。

3.2 公路路面检测

路面检测系统主要面向在主干道路上行驶的车辆，主要任务为通过监控，分析并搜集过往车辆的违规信息，为后续的事故判断和仲裁提供依据。在实践中，一般沿道路每隔1 km左右布设一套遥控摄像机，用以监控路段气象状态和实时交通状态，并确认突发事故原因等现场情况。布设图如图2所示。

路面检测系统主要包含传感器和红外线设备等，工程技术人员将这些设备安装在路边并使用计算机技术进行连接，形成监控网络[5]。系统运行过程中捕捉路过的车辆信息，并通过电子信息形式传输至车辆管理等部门。相关部门接收到电子信息后，进一步分析判断车辆违规情况，通过信息情报板等方式将确认后的违规信息发送到车辆驾驶员处，车辆驾驶员获取违规信息后自行前往当地车辆管理所接受仲裁。路面监控系统对于车辆数据的收集相对准确、直观，且能评价交通路段的拥挤状况，为有关部门的疏通措施制定提供依据，保证交通效率与安全。

3.3 特大桥梁监控

我國国土面积广袤，很多地区地势较为复杂。其中，东部地区地势相对平缓，通常在建设道路桥梁时可以直接平铺。而西部、西南等地区开展道路工程建设时，常需要建设特大桥梁并设置大量的隧道，工程规模更大，建设风险更高，因而在这些地区开展施工时，需要确保监控系统安装的规范性，有效警示周边车辆驾驶员注意安全。

相较于常规路段，危险地区的道路监控系统设置要求有所不同。该地区的监控系统一般包括物流系统、天气信息系统、电子监控系统以及道路环境系统等多个子系统，运行时需动态采集精准的道路信息，处理后传输至信息接收部门，用以发布通告，并作出建议。监控系统所对应的监控部门主要负责采集和提供信息，作为纽带将信息提交于其他部门，确保交通系统正常运转。

4 高速公路机电监控系统组成

国内高速公路监控系统组成主要包括车辆检测、大屏投影、计算机信息处理、气象监测、可变情报标志和图像采集等内容。根据不同路段的危險等级和重要程度，监控系统可划分为3个等级。

（1）局部监控。局部监控的监控目标为单一的收费站或高速公路。一条高速公路通常会设置数个管理站台，监控系统主要布置在收费站台及其附近位置，通过摄像并储存，上传至车辆管理所中心。

（2）分中心监控。由高速公路总路面监控系统收集上传的路面录像和信息数据，处理后发送至上级监控管理中心。

（3）省级监控中心。省级监控中心是信息管理中心中级别最高的层级，其工作职能包括管理辖区内公路的运营情况，并统一管理下级监控系统上传的录像、视频信号和数据信息等[6]。

严格意义上来讲，高速公路监控系统可分为场内监控和场外监控。其中，场外监控系统主要集中于高速公路两侧，包含摄像机、限速标志牌、气象监测和车辆监控等装置，能监控公路路面发生的实时情况，及时分析车辆是否存在危险因素并给予提示和警告，尽量降低事故发生概率，减少事故经济损失。内部监控系统则包含计算机系统、闭路电视检测系统、投影设备和地图版面设备等模块。这些设备形成整体系统，能将下级监控系统上传的信息内容反馈到屏幕上，同时通过计算机开展计算、分析与处理，为有关工作人员预案的设置和调整提供依据，并能将形成的最终方案发布到路面，指导当地工作人员开展现场工作，确保高速公路交通系统运行的安全性。其组成如图3所示。

5 高速公路机电控制系统安装

5.1 安装准备

为确保监控系统结构完整、稳定地运行，需在安装开始前做好如下准备工作：检测后续应用到的设备安全性，监测监控系统整体结构组织，准备电源线、视频连接接口等设备材料。值得指出的是，监控机房中设备总数和种类较多，因而常存在大量线路纵横交错现象，后续运行过程中如出现问题将导致排查困难，故在安装工作开展前需重点预排线路，确保各个线路之间的接口符合前期规划标准[7]。

5.2 本地控制

监测系统中，本地控制器是非常重要的组成部分，也是安装环节的重点监测对象。如在公路隧道路段安装本地控制器，则须严格把控其安装标准，出现任何局部缺漏时都需拆除重装。在隧道中，安装本地控制器的位置宜选择在孔壁上方，在确保控制器稳定的基础上尽量延长其使用寿命。安装完成本地控制器前，需再次检查光缆、电缆等材料之间接口是否充分符合前期设计要求，确保与设计图纸一致。

5.3 火灾报警器

火灾报警器的设置能提高公路运行安全性，是监控系统关键的安全措施之一。当前我国应用的火灾报警器以半自动报警器为主，该种设备虽然使用较为方便，但日常管理工作开展相对复杂，需在安装时提前标记线缆和光缆位置，作为后续线路安装的定位依据，同时需要专门的安装人员严格按规范要求实施线路铺设，最后安装开关、传感器等启动零部件。

5.4 摄像机安装

作为高速公路监控系统的主要职能设备，摄像机监测贯穿监控系统运行的全过程。在安装摄像机时，一般需开展摄像仪器的运行状态及整体使用功能检测，包括：评价摄像视频内容是否足够清晰，是否能结合需求完成变焦和聚焦，是否能清晰观察到路面行驶车辆的具体信息，是否能在环境恶劣条件下始终保持良好运行状态[8]。这些检测内容都需在完成摄像机安装之前得出结论，如摄像机安装完成并投入应用后才发现运行功能不佳，则会导致维护成本大幅度提高，系统也难以保持正常运行效率。

6 结语

高速公路的使用功能和常规市政道路存在差异，由于在高速公路上行驶的车辆速度更快，危险性更高，需要驾驶员始终保持高度集中的注意力，否则事故发生概率极大，因而对高速公路监控系统的建设和管理要求也更高。当前我国高速公路事业不断蓬勃发展，总里程不断增加，但部分管理人员难以充分发挥监测系统功能，导致系统运行效率较低，因而还需要进一步加强研究，并在实践中采取措施提高系统运行效率，为交通事业发展奠定基础。

参考文献

[1]孙钦飞. 谈高速公路机电监控系统组成、特点及隧道监控模式[J]. 中国新通信， 2022（5）： 45-47.

[2]傅琨. PLC在高速公路隧道机电监控中的应用分析[J]. 交通建设与管理， 2021（4）： 62-63.

[3]王云. 高速公路机电监控系统的应用研究[J]. 工程技术研究， 2021（14）： 154-155.

[4]汪罗琪. 高速公路机电工程的监控系统分析[J]. 运输经理世界， 2021（8）： 19-20.

[5]张昊. 高速公路机电系统运行状态自动检测系统分析[J]. 数据通信， 2020（6）： 45-47.

[6]王自来. 高速公路机电监控系统的设计与特点研究[J]. 建筑技术开发， 2020（16）： 126-127.

[7]孙昊. 基于ZigBee和4G移动网络的高速公路机电设备监控系统[J]. 中国交通信息化， 2019（7）： 101-108.

[8]余锦漂. 浅谈高速公路机电监控系统的应用与发展[J]. 中国高新技术企业， 2016（8）： 53-54.