高速公路交通机电工程详解

高速公路机电工程系统

高速公路机电系统隶属于交通工程（安全设施、管理设施和服务设施）的管理设施。

六大系统

高速公路机电系统被划分为六大系统，即监控系统、通信系统、收费系统、低压供配电系统、照明系统、隧道机电工程系统。在高速公路的建设和发展过程中，监控、收费、通信三大系统是同步进行，协调发展的。

组成部分

一、监控系统

高速公路监控系统从管理层次一般分为外场设备、监控站（或隧道管理站）、监控分中心以及监控总中心。外场设备按物理环境分为一般路段设备和隧道内设施。一般路段设备包括车辆检测器（有源环检测器、微波检测器、视频检测器等）、气象检测器（风速风向检测器、温湿度检测器、能见度检测器、路面温度检测器、雨量监测器等）、信息发布屏和遥控摄像机等；隧道内设施一般分为环境检测系统（CO检测器、照度检测器、能见度检测器等）、交通控制子系统（信息发布设施、视频检测设施、流量监测设施等）、火灾检测报警子系统、隧道通风控制子系统、隧道照明控制子系统、有线广播子系统以及本地控制子系统等。监控站（或隧道管理站）、监控分中心、监控总中心监控系统根据建设规模和要求的不同一般由监控中心由计算机网络系统、闭路电视监视系统、控制台及辅助设备等部分组成。

高速公路监控系统主要由信息采集子系统、监控中心及信息提供子系统三大部分组成。信息采集子系统包括：车辆检测器、气象检测器、紧急电话和巡逻车。监控中心是高速公路全线路监控系统的最高层即控制中心，主要负责全线路范围内交通情况的监视和控制。信息提供子系统包括交通标志、标线和信号等，是交通监控管理为汽车用户服务的主要形式。

国内现阶段的监控主要是视频监控。视频监控主要由以下子系统组成：

1.视频摄像子系统，包括摄像机，摄相机镜头，摄像机支架，防护罩，云台，摄像机支柱

2.图像串数字系统，主要视频发射机，中继器，接收器，线缆，视频分配器

3.输出子系统，包括：监视器，硬盘录像机，延时录像机

4.控制子系统，包括云景控制器或控制键盘，副控键盘，矩阵切换器，画面分割器

二、收费系统

收费系统高速公路收费系统从管理层次一般分为所收费站、收费分中心和收费总中心。高速公路收费站一般由收费站监控室计算机网络系统、收费车道计算机控制系统（IC 卡读写设施、金额显示设施、自动栏杆机、计重设施、票据打印机等）、视频监控系统（亭内、车道、收费广场摄像机）、对讲系统以及报警系统等部分组成。收费分中心、收费总中心根据功能和要求的不同，一般由网络数据/服务器和若干个工作站组成。收费系统目前国内主要还是半自动收费，在经济较发达的地区，还采用了ETC等先进的智能交通形式，如广东的粤卡通等电子收费方式，在未来ETC收费方式是必然趋势。

三、通信系统

通信系统基于高速公路监控系统和收费系统的业务需求，通信系统一般也分为通信站、通信分中心、通信总中心几个层次。高速公路通信系统主要由光纤数字传输系统、数字程控交换机系统（含指令电话系统）、光电缆线路工程以及通信电源系统等几部分构成。通过通信系统把监控系统、收费等系统的业务需求（数据、语音和图像信息）逐级（站、分中心、总中心）进行连接，实现高速公路各管理部门之间信息的畅通，保障高速公路安全、舒适、快捷、高效的运营。

四、低压供配电系统

高速公路供配电系统是一个独立的系统，是为前面各系统来服务的，以保证整个机电系统的正常运作。它一般是采用集中或相对集中供电,所用电源从发电厂或从附近地区的高

压电网引出10kV或35kV高压送至高速公路自己的变电所,用降压变压器产生220V/380V的供电电压,然后再由低压配电屏及输电线送至有关用电设备。

五、照明系统

高速公路照明系统由：照明标准、照明方式、照明控制、灯具及光源、灯杆及高杆灯的升降机构六部分组成！

六、隧道机电工程

高速公路隧道机电工程是高速公路机电工程的一个分部工程，包括通风、照明、消防、监控、低压供配电等子系统。

通风系统可对车辆通过时产生的一氧化碳、烟雾、异味进行稀释；一般采用射流风机，安装在行车道的正上方；国外也有采用隧道吊顶内安装风管的通风方式。

照明系统一般采用荧光灯、高压钠灯或LED灯，安装在行车道的上方及隧道横洞上方，以满足隧道内路面的平均照度和均匀度的要求；按功能分为：基本照明、加强照明、应急照明、横洞照明；按区段分为引入段、适应段和过渡段、基本段、出口段。

消防系统包括紧急广播系统、火灾监测系统、声光报警系统、灭火系统；主要设备有：火灾探测器、消防控制器、火灾报警器、消火栓、灭火器、加压设施、供水设施等。

监控系统包括车辆检测器、气象检测器、闭路电视监视系统、紧急电话系统、环境检测设备（包括CO传感器、烟雾传感器、风向风速传感器等）、交通诱导设施、可变信息标志、监控计算机系统等。

供配电系统主要为通风系统的风机、照明系统的灯具、消防系统水泵和监控系统各种监视设备提供电力支持。供配电系统主要采用10KV架空线将附近变电所电源引至隧道洞口，再经箱式变电站或变电所变为隧道所需电压。

高速公路交通机电工程解决方案

高速公路机电工程一般包括交通监控系统、收费系统和通信系统，三者是密切相关的，在建设和发展过程中，应该是同步进行，协调发展的，从而在高速公路网建成后，达到统一运行、统一管理、统一组织收费和管理交通的目的。根据目前的发展趋势，有些业主也会把供配电照明和管道等也列入机电工程实施。

本文将对高速公路三大系统进行简单介绍:

一、交通监控系统

交通监控系统一般由监控中心和外场设备两部分组成。

监控中心由计算机系统、闭路电视监视控制设备、投影设备、不间断电源系统等组成。监控中心计算机系统采用局域网结构，能接入视频、数据和紧急电话语音信息，构成一个多媒体的信息平台，具备方便的扩展性。计算机系统具有每天24小时连续工作的能力。监控软件工程是交通监控系统的灵魂工程，它采集外场设备检测到的信息，进行分析处理，生成相应的控制方案，对外场的情报板等设备发布消息，告知司机高速公路交通状况或诱导其行车路线。本公司有多年编制交通监控软件的经验，并根据公路管理部门的反馈意见，我们在软件的编制过程中综合了各种意见，尽可能多的考虑了可能发生的交通异常情况，并事先制定多种控制预案，使高速公路的管理更加方便，对交通状态的控制更加完善，为道路使用者提供更为高效、安全、快捷、舒适的服务。监控中心的闭路电视控制设备由视频切换矩阵和监视器墙或投影设备等。它们控制外场摄像机，并接受摄像机传输回来的图像，利用彩色监视器墙和投影设备实时观察相关路段的交通流状态，监视器也可切换到事件发生地点的画面，控制录像机自动录像，并自动记录摄像机的编号、事故发生时间等信息。监控分中心的值班人员可以根据图像显示的信息做出相应的控制决策。

监控的外场设备一般包括车辆检测器、气象检测器、可变情报板、可变限速板和外场摄像机等。车辆检测器主要用来采集高速公路的交通流量信息和行驶车辆的变化情况，可以检测车流量、车速、占有率的参数，从而判断出交通的拥挤、堵塞、畅通等状况，提供给监控中心软件作出各种控制方案。气象检测器一般安装在立交、山区、湖泊区等气候情况比较复杂之处，检测当地的能见度、雨雪量等信息，根据这些信息对当地的车辆行驶作出限制措施。可变情报板和限速板是控制方案或措施的发布设备，也是高速公路的面子工程，通过这些设备告知司机交通信息和诱导行车路线。外场摄像机是交通监控系统的“眼睛”，可实时动态观察高速公路的道路状况，在其他设备检测到相关信息时也可以通过摄像机进行确认，以采取必要的控制措施。

除了以上信息收集、信息处理显示、交通控制、事件处理等功能外，交通监控系统还提供报表统计与打印、查询、自动数据备份和系统恢复、系统具有自诊断、交通信息共享、安全防护、可省域联网等功能，还可加入其他如广播、电台、新闻媒体、网站等信息源或发布渠道，从而形成一个功能完善的系统。

二、收费系统

高速公路收费系统是高速公路建设费用回收的最重要的途径，也是业主最关心的一个系统。收费系统一般采用“收费车道—收费站—各运营公司收费中心—收费结算中心”的四级收费体制。各级站点的核心都为计算机设备，这些设备通过以太网交换机连成网络。收费车道采集的原始收费数据，通过计算机网络实时送向收费站，收费站将采集的数据集中后发送给收费结算中心和相应的运营公司的收费中心。在收费结算中心，对每次出口的收费按照该车辆的车型和实际行驶所通过的路段、里程进行分割计算，得出各路段的应收款，然后存入收费结算中心的数据库，并将清分的结果送给相应的运营公司的收费中心。

收费系统一般采用封闭式联网收费系统，采用人工半自动的收费方式，即“人工判型，人工收费，计算机管理，闭路电视监视，检测器校核”的半自动方式。采用非接触式IC卡作为收费介质，即入口发行通行卡并写入入口信息，出口按照车型和行驶里程收取通行费或在储值卡内扣款。另外，全自动电子不停车收费系统（ETC）将会根据各地的经济发展状况可实际需要逐渐普及起来，在新建的的高速公路收费系统中，建议预留ETC车道的相关配置。

收费系统至少包括（但不局限于此）下列项目：

收费车道设备：包括收费员终端、车道控制器、票据打印机、非接触式IC卡读写器、雨棚信号灯、手动栏杆、自动栏杆、通行信号灯、黄色闪光报警器、雾灯、费额显示器、车辆检测器及必须的附属设备，根据入、出口车道类型，安装相应的设备。

收费计算机系统硬件：包括收费中心计算机系统和收费站计算机系统两级，各级计算机系统主要包括：服务器、工作站、以太网交换机、IC卡读写器、激光打印机等。

收费系统软件：包括收费车道、收费站和收费中心计算机系统的操作系统、数据库、应用软件以及完成本系统功能的全部应用软件。

收费闭路电视监视系统：包括外场设备、收费站监视控制设备。外场设备主要由广场摄像机、入出口车道摄像机、亭内摄像机、视频数据叠加器等；收费站监视设备设于各个收费站控制室内，主要包括视频控制矩阵、硬盘录象机、彩色监视器等。

收费站与收费亭内部有线对讲系统。

收费站和各收费亭的安全报警系统。

收费附属设施，包括电源、配电箱、设备保护系统、传输介质（电力电缆、信号电缆、光缆）、设于收费控制室内的控制台、活动椅等。

收费系统的功能有：

收费车道按照统一的操作流程工作，实时处理各种收费数据，除了对正常车辆进行及时、准确的收费处理外，同时对收费过程中出现的各种特殊车辆和异常情况按照统一的规定流程进行处理，如军车、公务车、紧急车、车队、拖车、未付车、违章闯关车、补交款车、无卡车、卡坏车、“U”型车、超时车、出入口车型不一致车等进行处理。

对收费车道的出入车辆流量进行统计，对各车道的收费交易数据进行采集、统计并可靠存储。

向收费结算中心上传原始收费数据记录和每日的统计数据，接收收费结算中心下传的联网收费系统的运行参数，包括费率、黑名单、同步时钟等，并及时下传给收费车道。

通行卡的调配和管理

票证的发放和管理

现金管理和银行缴款

对收费车道、收费亭、收费广场的闭路电视监视，对抓拍图像的管理

打印各类收费统计报表，交通量统计报表和管理报表

数据、资料的存储与备份和安全管理

数据库、系统维护和网络管理

三、通信系统

通信系统主要是为高速公路运营管理及监控、收费系统实施提供必要的话音业务及数据、图像信息传输通道，它是保障高速公路安全、高速、畅通、舒适、高效运营及实现现代化交通管理必不可少的手段，起着高速公路管理系统中枢神经的作用。

根据目前的技术状况，通信系统基本采用2种实现方法。一种为SDH光纤数字传输系统；另一种为可实现语音、数据、视频三网合一的千兆以太网技术。

SDH光纤数字传输系统一般根据高速公路上收费站点和服务区、养护工区等的设置设立通信站，在监控和收费中心地点同时设立通信中心。在通信中心布置光纤线路终端设备(OLT)，在通信站布置光纤网络单元设备(ONU)，按需采用STM-1(155Mbit/s)或STM-4(622Mbit/s)速率等级，用4芯光纤组成2芯通道保护自愈环状网络。

SDH可为高速公路机电工程或运营管理采用以下接口，满足高速公路的数据传输：

1）155Mbit/s数字通路

2）2Mbit/s数字通路

3）10M/100M以太网络

4）CCTV视频和控制信号传输通路

5）信道通路。这些信道通路包括：

(1)音频信道：

①SPC远端用户信道

②紧急电话系统的远端分支信道

③实线信道

(2)数据信道：

收费网络数据信道(2M或10/100M以太网接口)

监控数据信道(RS232/2M)

收费矩阵联网数据信道(RS232/485)

电源监控数据信道

CCTV反向控制信道(RS232/485)

ISDN2B+D信道

SPC网管数据信道(DCN)

等等。

千兆以太网技术采用新近的以太网技术，完成主干通信网络的设置和数据、图像、话音的接入设备的设置，实现数据、图像、话音的综合传输（三网合一）。同样，它需在各个通信站设立节点交换机，通过4芯光纤形成自愈环网。目前的监控设备和收费系统一般都可以提供以太网接口，可以就近接入通信站点的以太网。同时由于网络带宽够大，可以把视频模拟信号和语音电话等数字化后接入网络传输。这种方法减少了传输中的接口，可靠性提高，且和电信、公网有比较好的兼容性，扩展性较好，可能是以后高速公路发展的趋势。全线采用光缆作为传输媒体，对施工和调试也带来很大简便。