高速公路机电系统介绍

高速公路交通机电工程简介
高速公路交通机电工程包括三大系统、隧道机电工程(供电、消防、通风、照明等)。

三大系统包括“监控系统”、“收费系统”和“通信系统”。

以下根据我公司长年在高速公路机电工程领域作为集成商及产品供应商的经验，对三大系统的解决方案作简要介绍。

一、监控系统
监控系统主要由信息采集子系统、监控中心及信息发布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。

信息发布子系统包括交通标志、标线和信号等，是交通监控管理为用户服务的主要形式。

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。

监控系统的功能包括：道路及隧道桥梁监视、交通量检测、气象监测、信息采集与发布、交通诱导、隧道检测等。

主要设备包括：车辆检测系统、气象检测设备（能见度、冰检等）、情报板系统、路侧摄像机系统、监控分中心计算机网络、地图板、大屏幕投影系统、图像监视系统、主控制台和监控软件、事件检测系统、隧道CO/VI检测设备、隧道火灾检测及报警系统、隧道PLC设备等。

针对交通监控系统的系统构建目标与运营单位的运营管理需求，结合系统设备的功能特点与运行方式，我公司在长期工程实践的基础上，本着功能清晰、操作简捷、先进适用、便于扩充的原则提出以下系统解决方案。

（1）道路监控系统
● 路段监控中（分）中心计算机管理系统
主要包括系统硬件与软件两个组成部分，其中计算机硬件主要有：数据库服务器、业务计算机、图形计算机、路由器、交换机、打印机等；软件系统主要包括：系统软件、支撑软件和业务管理软件等。

利用计算机管理系统可以完成对于道路沿线外场设备的状态查询、信息获取、功能设定；交通管理方案的比较与优选、交通控制参数的确定；路政、公安、医疗等相关部门的信息共享与突发事件的协同处理；报表打印、日常信息管理等功能；
用于道路沿线的交通、环境信息的采集，采集方式主要有人工采集和自动采集两种。

主要设备包括紧急电话(ET)、车辆检测器（VD）、气象检测器(WD)等；
● 信息发布系统
用于道路交通诱导、警示信息的发布，主要设备包括门架式情报板(CMS)、立柱式情报板(SCMS)、可变限速标志(CSLS)等；
● 闭路电视监视(CCTV)系统
主要设备包括前端的视频采集摄像机（通常还含有云台、防护罩、解码器等）、传输用视频（数据）复用光端机、中（分）心视频切换控制矩阵及相应的码转换设备、硬盘录像机、大屏幕投影、监视器等；
● 防雷与接地系统
用于保护监控设备免受雷击及过电压损害，主要包括避雷针、电源防雷器、信号防雷器、接地引下线以及接地极等；
● 供配电系统
用于对中心及外场设备的电能供应与分配，主要包括不间断供电电源(UPS)、电力稳压器、配电箱（柜）、供电电缆等，对于系统规模较大、组成较复杂的往往还配置有电力监控自动化系统用于对供配电设备运行状态的遥测、遥信与遥控。

（2）隧道监控系统
● 隧道通风系统
通风系统主要包括射流风机、一氧化碳/能见度检测器(CO/VI)、通风控制箱（根据需要配有PLC、软启动器、继电器等）、供电电缆等，用于隧道内外的空气交换和污染物浓度控制；
● 隧道照明系统
由于在隧道内尤其是长隧道内行车会产生“黑洞”或“白洞”效应，影响行车安全，因此设置有隧道照明系统。

设备主要包括用于引道照明的中杆灯、用于洞内一般情况照明的隧道灯、用于断电或火灾等紧急情况的应急灯以及亮度检测器、照明控制箱（根据需要配有智能照明控制器、PLC、继电器等）、耐火或阻燃电缆等；
主要功能是完成隧道内火灾情况的及时侦测与报警。

主要设备包括光纤火灾探测器及报警控制处理主机。

二、收费系统
收费系统一般采用“收费车道—收费站—各运营公司收费中心—结算中心”的四级收费体制。

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，一般会预留ETC车道的相关配置。

主要设备包括：车道控制机、IC卡收/发卡机、收费员终端、车辆检测线圈、费额显示器、CCTV监视系统、对讲系统、紧急报警系统、自动栏杆机、站级/分中心级计算机系统、收费软件、联网收费结算系统和结算（拆帐）软件等。

收费系统包括下列项目：
1、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。

2、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。

3、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。

4、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、监视器等。

5、内部有线对讲系统。

6、安全报警系统。

7、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。

收费系统的功能包括：
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。

高速公路通信系统提供数据、图像、语音等通信功能，采用基于SDH的MSTP或ASON平台的光传输网络。

主要设备包括：SDH光同步传输系统、程控数字交换系统（SPC）、综合业务接入网系统、通信网管系统、光电缆系统、紧急电话系统等。

不过由于移动通信技术的发展，高速公路通信系统基本不再设置路侧紧急电话系统。

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。

1、 SDH数字光纤传输系统根据高速公路收费站点和服务区、养护工区等的设置设立通信站，在监控和收费中心地点设立通信中心。

采用STM-1(155Mbit/s)或STM-4(622Mbit/s)，用4芯光纤组成2芯通道保护自愈环网。

SDH（配合综合业务接入网）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以太网络接口
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)
ISDN 2B+D信道
SPC网管数据信道(DCN)
2、千兆以太网技术采用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，是以后高速公路通信技术发展的趋势之一。