高速公路机电系统及其设计方案探究

[摘 要]随着国民经济的不断发展，不同地域间联系日趋密切，高速公路在不同城市、省份的联络过程中发挥着越来越重要的作用。我国高速公路建设起步较晚，但由于国土面积广阔、对运输需求量大，高速公路在国内实现了较快的发展。道路网络建设工作的不断开展，对其机电系统的要求亦逐步提高，如何才能设计出更加经济、安全、稳定的高速公路机电系统已成为目前国内交通建设领域关注的重点之一。本文即对高速公路机电系统进行了简要分析，并就其相关设计方案作出了进一步探讨。

[关键词]高速公路 机电系统 设计方案

中图分类号：TP271+.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0114-01

一、概述

国民经济的发展与道路交通建设程度是息息相关的，现代化的公路建设能够为交通运输提供极大的便利，同时使得不同地区之间更加高效的互通有无成为了可能。特别是对于我国这样国土面积广阔，城市间、省份间交通运输需求量大的国家，建设并发展高速公路网络能够实现不同地区间沟通效率的大大提升。

高速公路在我国始建于上世纪70年代，发展至今仅四十余年。然而，在这四十余年里，国内的高速公路设计及建设水平却有了快速的提高。从1990年底通车里程仅271公里发展至今，我国高速公路总里程已超过9.6万公里，跃居世界第一位，创造了世界道路交通建设史上的一大奇迹。

由于高速公路具有车速快，运输量大，对陆面监控体系要求高等特点，使其与普通公路管理之间存在较大的区别。更高的管理要求需要工作人员在进行陆面监管时必须借助大量的现代化设备，只有建成更为完善的机电系统方能实现对道路系统的有效管理及控制，从而促进高速公路使用过程中其安全性、稳定性的提升。由此看来，若要实现我国高速公路体系的进一步发展，仅仅增加其数量是不够的，还需不断发展高速公路机电系统的建设水平，提出更加合理、完善的设计方案，进而促进我国高速公路整体质量的更大幅度提升。

2、高速公路机电系统的组成

目前，国内的高速公路机电系统通常由收费系统、通信系统以及监控系统三部分共同构成。

2.1 收费系统

收费系统是整个高速公路机电系统中最为核心的组成部分，在该系统的运行过程中，工作人员与机器体系之间的互动也是最多的。为使高速公路的建设者的经济利益能够得到保障，目前国内大部分高速公路均会对通行车辆收取费用，且依据不同车辆的车型、载重等的不同，其所要缴纳的费用亦存在差别。然而，随着通行车辆数量的不断增长，过去人工的计费方式耗时多、效率低，已经无法适应如今高速公路的通行需求。为了进一步提升收费效率，确保高速公路收费流程的不断规范，并保障道路投资者及经营者盈利达到一定水平，多区域间联网收费的高速公路车辆收费模式已逐步取代了旧有的单路段、人工收费。为此，更多的电子系统投入到高速公路的建设之中。其中，较为常见的收费系统包括车辆自称计重系统、牌照自动识别系统等等。

2.2 通信系统

高速公路是一条或数条数十到数百公里的道路系统，在该系统的陆面监控或费用收取过程中，会形成大量的信息及相关数据，这些信息、数据需要在高速公路不同路段间进行交流，便需要建成一个专门的通信系统以实现信息的传达。由此可见，通信系统是整个高速公路机电系统的枢纽部分，能够实现不同区域间、不同工作环节间的数据沟通。

一方面，通信系统能够在收费系统与监控系统之间起到信息传递的作用，使各系统之间共享数据信息、图像信息及语音信息等等，从而确保了其他两个系统的正常运行。同时，若高速公路的某一路段出现了事故，如交通事故、道路保修等，通信系统也可以在较短时间内将维修信息传达至事故处理或维修部门，从而确保事故得到尽快处理。此外，通信系统还可以实现高速公路各工作环节之间以及其与外界相关部门之间的密切联系与沟通。

2.3 监控系统

高速公路的监控环节指的是对陆面的车辆通行状况、公路交通设施以及通行环境进行的监视，同时还包括对车辆通行行为的控制。常见的高速公路监控系统由现场的监控工作站以及不同级别的监控中心共同构成，并通过各监控环节对整个高速公路的运行进行全面监控管理。

由于高速公路通行车辆的车速较快，且车辆数量较大，加之时常受天气变化等非人为因素的影响，导致公路上各种交通事故时有发展，且通常情况下事故较普通公路破坏性更强、所造成的损失更大。监控系统的设置则成为规范驾驶行为、提高高速公路安全性的有效措施。实践证明，通过监控系统的监管及控制，司机的不良驾驶行为发生率大大降低，从而避免了大量交通事故的发生，同时，事故发生率的降低还减少了大规模堵车现象的出现，提高了道路通行效率。

3、高速公路机电系统设计方案

3.1 基本设计原则

如前文所述，高速公路系统的建设在我国发展时间相对较短，故在机电系统的设计方面目前尚未形成统一的设计及施工行业标准。因此，在实际的设计及工程建设过程中，机电系统的施工人员应注意结合不同区域的具体实情，同时积极学习国际上先进的设计思路及方法，以实现国内高速公路机电系统设计、建设水平的不断提升。

为了提高机电系统运行效率，同时避免等不良现象的发生，在进行设计时应特别安设相关软件对机电系统进行服务支持。

对设备进行选择时，应注意其与周边环境的协调性，需选择具有一定抗干扰性能，对于潮湿环境、沙尘环境等具有较好的抵抗性，且具备较强的抗震、耐高温性能的设备。

3.2 收费系统设计

通过对国内高速公路机电系统收费系统分析可知，目前国内常见的设计形式可分为三种类型，分别是完全引用国外技术系统，部分引用国外技术系统，及联合设计开发。

顾名思义，完全引用即对国外先进的设计体系进行全套的引入并整体沿用。该方法在深圳机荷高速公路中采用，其特点是性能稳定，但引入费用较高。部分引用即针对技术难度较大的系统结构采用引入国外技术的方法，另对于设计相对简单或国内研究较成熟的部分则进行自主设计施工。该方法在山西省各高速公路中有所使用，其特点是既能够学习国际先进的技术模式，同时又能够体现本土设计者的设计理念，且费用相对较低。第三种即联合设计开发模式指的是在学习国际先进设计理念的基础上，对国内收费系统进行设计。该方法在临渭高速公路有所使用，其特点是能够充分体现本土设计师理念，同时在前期施工及后期维护中均花费较低，但设计难度较大，对设计师要求较高。

3.3 通信系统设计

在对通信系统进行设计施工时，应注意在各高速公路的每个监控中心均设立相应的数据处理及传输站，同时设立远程电话控制中心，同时在中途还可设立通信分站，从而能够实现数据传输、处理的更快实现。

3.4 监控系统设计

在进行监控系统的设计时，监控系统的完备性是设计过程的重点环节。除在行车车道中、收费站处外，在收费广场等处也应配置监控设备，甚至安装全路段监控系统，从而更为全面的对车辆行驶状况进行监控，并起到预防驾驶作弊的作用。各监控设备与监控中心之间应形成闭路的电视监控，方便监控人员随时跟进各路段行车状况，同时亦便于特殊情况下视频资料的调去。

总之，高速公路建设水平关系着我国国民经济的发展以及人们生活水平的提升，故不断提高道路质量、优化道路性能是目前交通建设的重要目标之一，而高速公路的机电系统设计水平的提升是实现这一目标过程中不可或缺的环节。为此，相关科研及设计工作者应意识到机电系统在高速公路建设过程中的重要性，不断学习并引入国外先进的设计理念，并在现有的建设方案基础上积极探索、不断创新，从而实现我国高速公路系统的进一步完善，促进国家经济建设的持续发展。