高速公路機(jī)電工程的技術(shù)應(yīng)用

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摘要：高速公路機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用與質(zhì)量控制是高速公路機(jī)電工程施工的重要環(huán)節(jié)，直接影響高速公路質(zhì)量與性能，必須以工程實(shí)踐為指導(dǎo)，對(duì)其進(jìn)行逐步的完善與優(yōu)化，文章通過(guò)對(duì)高速公路機(jī)電工程的監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用加以探討，為保障高速公路安全穩(wěn)定運(yùn)行提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：高速公路；機(jī)電工程；技術(shù)

0引言

機(jī)電工程是保障高速公路工程安全舒適的重要部分，高速公路機(jī)電工程主要由監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和照明等系統(tǒng)構(gòu)成，高速公路機(jī)電工程是對(duì)計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、電子通信等技術(shù)的綜合性應(yīng)用，具備較強(qiáng)的技術(shù)復(fù)雜性。機(jī)電工程項(xiàng)目技術(shù)應(yīng)用與高速公路建設(shè)情況和運(yùn)營(yíng)管理相輔相成，為追求其綜合效率的提升，我國(guó)創(chuàng)建起智能交通系統(tǒng)（IntelligentTrafficSystem，ITS）[1]，當(dāng)前已經(jīng)在高速公路系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，高速公路機(jī)電工程三大系統(tǒng)建設(shè)方面也取得了迅猛發(fā)展。

1高速公路機(jī)電工程技術(shù)應(yīng)用

1.1高速公路通信系統(tǒng)

作為高速公路建設(shè)中基礎(chǔ)性的配套設(shè)施項(xiàng)目，通信系統(tǒng)為高速公路各有關(guān)部門(mén)信息傳遞管理及收費(fèi)監(jiān)控、語(yǔ)音通話、數(shù)據(jù)圖片信息的搜集與傳輸、intranet等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和視頻會(huì)議系統(tǒng)等提供了傳輸保證。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，高速公路通信系統(tǒng)也由最初的無(wú)線對(duì)講升級(jí)為800～1000MHz的無(wú)線集群傳輸系統(tǒng)，從小容量的微波通信模式演變?yōu)镾DH數(shù)字光纖信息傳遞系統(tǒng)和語(yǔ)音、圖片、視頻等多信息融合的多媒體綜合通信系統(tǒng)。高速公路通信系統(tǒng)主要便于語(yǔ)音、圖像和視頻的傳輸，其中語(yǔ)音的傳輸主要通過(guò)電話、集群和廣播等系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的傳輸則通過(guò)收費(fèi)場(chǎng)站→收費(fèi)站點(diǎn)→收費(fèi)車(chē)道的計(jì)算機(jī)收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和場(chǎng)外監(jiān)控系統(tǒng)如車(chē)輛檢測(cè)、氣象檢測(cè)等完成，計(jì)算機(jī)收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以達(dá)到10～100Mbps速率的信息傳遞。高速公路圖像業(yè)務(wù)包括交通監(jiān)控圖像和視頻會(huì)議圖像兩部分，其中的交通監(jiān)控圖像主要由收費(fèi)車(chē)道相關(guān)圖像和關(guān)鍵性路段場(chǎng)外圖像構(gòu)成[2]。上述部分構(gòu)成業(yè)務(wù)層級(jí)多且傳輸距離長(zhǎng)的高速公路專用多媒體信息傳輸系統(tǒng)。本次高速公路工程項(xiàng)目也使用了光纖傳輸SDH數(shù)字信息同步傳輸技術(shù)、IP技術(shù)和視頻圖像編碼技術(shù)，為順應(yīng)車(chē)流量增加而帶來(lái)的信息處理量的增大，本工程需要將語(yǔ)音、視頻和圖像集中于同一業(yè)務(wù)平臺(tái)處理，這必然要求工程通信系統(tǒng)信息傳輸?shù)墓饫w化、數(shù)字化和分組化。

1.2高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)基于普通道路交通管制系統(tǒng)而建立，包括道路和車(chē)輛信息采集系統(tǒng)、監(jiān)控指揮中心、信息支撐與共享三部分，其中道路車(chē)輛信息采集系統(tǒng)又由道路檢測(cè)設(shè)備、氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備和自動(dòng)稱重計(jì)量傳感體系、緊急電話服務(wù)和巡邏服務(wù)等分項(xiàng)工程組成。廣義上的道路車(chē)輛信息采集系統(tǒng)也將交通標(biāo)志標(biāo)線、照明、信號(hào)、LED顯示屏等包括在內(nèi)，這些都是高速公路為車(chē)輛提供必需服務(wù)的基本形式。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)作為一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)是以道路車(chē)輛運(yùn)行情況參數(shù)作為基本錄入信息，隨后由監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)上述采集并錄入的信息進(jìn)行系統(tǒng)性分析處理，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的指令輸出至道路信息情報(bào)板，通過(guò)情報(bào)板所顯示信息對(duì)道路交通情況進(jìn)行調(diào)控和疏導(dǎo)。當(dāng)前監(jiān)控系統(tǒng)分為數(shù)字和模擬兩種型式，考慮到造價(jià)與適用性本工程采用容量為155m/s的TM-1以及633m/s的TM-4通信平臺(tái)模擬監(jiān)控系統(tǒng)，完全滿足當(dāng)前WDM/DWDM技術(shù)的擴(kuò)容與升級(jí)所需，但是就視頻影像傳輸技術(shù)和微縮技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)而言，數(shù)字技術(shù)是將來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，以網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)為信息交換必要平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)模擬視頻影像傳輸顯示技術(shù)向數(shù)字化技術(shù)的順利過(guò)渡。

1.3高速公路收費(fèi)系統(tǒng)

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的建設(shè)難度與費(fèi)用比普通公路高出好幾倍，為此許多高速公路都實(shí)行貸款修路方式，本項(xiàng)目也實(shí)行貸款修路、收費(fèi)還貸以抵償成本，所以高效率收費(fèi)系統(tǒng)的創(chuàng)建也是我國(guó)高速公路發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。擬建項(xiàng)目實(shí)行半封閉半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)模式，具體包括人工收費(fèi)和不停車(chē)電子磁卡收費(fèi)相結(jié)合，輔之以計(jì)算機(jī)管理、閉路電視和檢測(cè)儀器校驗(yàn)的收費(fèi)系統(tǒng)。本工程收費(fèi)系統(tǒng)同樣由收費(fèi)中心→收費(fèi)站點(diǎn)→收費(fèi)化車(chē)行道的三級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)構(gòu)成，三級(jí)系統(tǒng)通過(guò)光纖傳輸和計(jì)算機(jī)處理中心連接，使用IEEE823.0標(biāo)準(zhǔn)化的TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸以及Unix多任務(wù)型操作軟件系統(tǒng)[3]，所有程序編程均采用C語(yǔ)言，機(jī)電一體化模式對(duì)外圍設(shè)備加以控制。隨著高速公路收費(fèi)管理體制的不斷革新，收費(fèi)管理系統(tǒng)也必須隨之升級(jí)，常用軟件功能包括收費(fèi)管理、車(chē)道運(yùn)行參數(shù)搜集、收費(fèi)磁卡管理、交通運(yùn)行規(guī)模分析、系統(tǒng)升級(jí)管理和數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行管理等模塊，收費(fèi)管理系統(tǒng)的升級(jí)以計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展為載體。

1.4高速公路照明系統(tǒng)

高速公路閉路檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)照明負(fù)荷要求較高，能源系統(tǒng)為高速公路其他系統(tǒng)能耗提供夜間錄視條件，對(duì)于夜間道路條件和行車(chē)環(huán)境的改善、交通事故的有效控制和其他電力參數(shù)的實(shí)時(shí)采集與統(tǒng)計(jì)分析提供物質(zhì)保障，據(jù)此建立系統(tǒng)能源計(jì)量數(shù)據(jù)庫(kù)，確保高速公路機(jī)電工程系統(tǒng)的順利運(yùn)行。本高速公路照明系統(tǒng)嚴(yán)格按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004）執(zhí)行，采用對(duì)稱照明系統(tǒng)性規(guī)劃設(shè)計(jì)。該高速公路長(zhǎng)度范圍內(nèi)的照明系統(tǒng)為相等的100W高壓鈉燈，左右兩側(cè)對(duì)稱布置，應(yīng)急照明主要由非固定式UPS電源提供供電保證，高速公路入口段嚴(yán)格按照三級(jí)級(jí)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接線布置，出口過(guò)渡段采用二級(jí)級(jí)控接線布設(shè)模式，最大程度實(shí)現(xiàn)公路照明能源的均勻分配。高速公路設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定頻率在5～10Hz范圍的光閃爍效應(yīng)將對(duì)人眼產(chǎn)生較大的刺激，必須在工程實(shí)際中加強(qiáng)照明設(shè)備位置與間距的合理設(shè)置，但本工程高速公路入口段和過(guò)渡區(qū)區(qū)段長(zhǎng)度受到限制，對(duì)于車(chē)速超過(guò)120km/h而引起的頻率在0～2.5Hz或18Hz以上的閃爍效應(yīng)暫不考慮。

1.5供配電系統(tǒng)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)都興建起高速公路專用的變電站和高壓輸電線路，按照一類(lèi)負(fù)荷等級(jí)為高速公路三大系統(tǒng)設(shè)備供電，其余均采用二類(lèi)負(fù)荷，配電房中配備低壓開(kāi)關(guān)柜、電壓電容調(diào)節(jié)柜和自動(dòng)切換備用電源等。由于本高速公路項(xiàng)目的重要性，變電所實(shí)行10kV雙電源供電之外，還配備自備發(fā)電機(jī)組確保供配電能力。高速公路供配電有關(guān)建筑物采用國(guó)家防雷標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范，配備有移動(dòng)通信站、火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、過(guò)壓防雷設(shè)施，在高速公路施工和運(yùn)行過(guò)程中尤其要加強(qiáng)直擊雷防護(hù)，主要通過(guò)避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)線措施。本工程實(shí)行三級(jí)雷電電磁脈沖防雷模式，B級(jí)防雷裝置安裝于總配電柜位置，C級(jí)防雷裝置安裝于機(jī)房配電柜位置，D級(jí)防雷裝置則安裝于計(jì)算機(jī)等設(shè)備適配線端。實(shí)踐表明，不同的防雷系統(tǒng)均具有方案設(shè)計(jì)和應(yīng)用領(lǐng)域的局限，無(wú)法徹底抵御雷電破壞，為此必須不斷研究，更新技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)防雷系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與檢查，盡可能將雷電對(duì)電氣設(shè)備可能的損害降至最低，確保高速公路機(jī)電系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2結(jié)語(yǔ)

本高速公路機(jī)電工程技術(shù)在公網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口信息化網(wǎng)絡(luò)建成后便可與全國(guó)性高速公路進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)和聯(lián)網(wǎng)通信，此時(shí)必將構(gòu)建起覆蓋廣泛的國(guó)家高速公路信息網(wǎng)絡(luò)，行業(yè)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)將大大凸顯。近年來(lái)高速公路機(jī)電工程技術(shù)應(yīng)用與三大系統(tǒng)控制越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)與業(yè)外的廣泛關(guān)注，其技術(shù)應(yīng)用與質(zhì)量管理的優(yōu)劣直接影響高速公路的運(yùn)行。

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作者：劉鳳成 單位：河北省高速公路京承管理處