高速公路機電監控系統的設計與安裝分析

赫家林

摘要 為更充分地發揮高速公路機電監控系統的功能，文章介紹了我國不同地區機電監控系統的設置差異及常見設計問題，同時結合高速公路機電監控系統的設計特點，從路口收費站、公路路面檢測及特大橋梁監控等方面闡述監控系統的應用情況，探究了監控系統的設計要素與安裝要點。

關鍵詞 高速公路；監控系統；系統設計；安裝

中圖分類號 U417文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）10-0007-03

0 引言

高速公路機電監控系統的設計目的主要是提高公路行駛安全性，通過監控關鍵路段的車輛行駛與道路狀況，維持當地交通秩序的穩定[1]。當前國家經濟發展加速，基礎建設水平不斷提升。整體而言，我國東部地區有著更為科學且完善的機電監控系統，其原因在于地區地勢平坦；而中部地區和西部地區則由于地勢情況十分復雜，難以形成完善的機電監控系統。鑒于此，該文結合我國中西部地區機電監控系統設置的常見問題進行分析，以期進一步促進我國高速公路的高質量發展與應用。

1 高速公路監控系統設計問題

1.1 管理工作復雜

當前我國高速公路雖已逐漸普及監控系統，但其在投入運營過程中并沒有完全發揮作用，原因主要在于前期建設系統時考慮不全面，經常出現系統功能與公路監控需求偏差問題，導致系統執行效率低下[2]。同時，高速公路建設的目標并非僅是保障日常出行，還包含多種其他職能，尤其是在高速公路被賦予多元化職能的時代背景下，其管理工作呈現復雜化。

1.2 機器故障

機械故障問題又稱為固定故障，具體表現為部分檢測設備在運行過程中突然失效。這種故障一般可通過定期保養和定期維護來降低發生概率。但主機損壞、電源損壞以及通信光纜損壞等系統性故障，則會給當地交通網絡系統帶來十分嚴重的影響，甚至可能會導致監控系統網絡癱瘓，故設計時應考慮到對重點設備監測的需求。

2 高速公路設計特點

2.1 監控系統的層次性

當前，高速公路機電監控系統建設以國家統一的三級監控標準為主，一般包含省級監控、分部中心監控和基層監控。省級監控主要為全省高速公路網點的綜合監控。分中心監控主要是由監控單位作為負責方，開展對局部公路路段的監控管理工作，其管理內容包括運營收費站、隧道和公路橋梁等局部運行狀況?；鶎庸芾碚緞t需管理場外監控設備。此外，部分隧道考慮管理條件較特殊，通?？山Y合監控設備實施遠程管理，而對于棧橋和重要性較高的橋梁，則需專門派遣工作人員進行管理。

2.2 系統組成

省監控系統是監控管理網絡中級別最高的成分，運行過程中需管理自治區、直轄市的高速公路網點，管理方式包括網絡通信設備、計算機設備以及線上管理平臺等。當前這些管理系統運行過程中，不同系統結構難以銜接成整體，效率低下。

分部路段監控系統運行時有多種管理方式可供選擇，具體方案需綜合考慮項目投資總量、道路交通壓力、運營效果等不同因素來確定[3]。相比省監控系統，分部路段監控管理系統常使用較為先進的通信設備，但相應子系統的監控范圍較小。

基層監控單元主要集中設置于棧橋、隧道等特殊路段。常用的管理模式為輪流值班、無人值班等。對于隧道路段的監控管理方案，一般需結合隧道安全程度、所在地理位置、隧道整體長度以及運營成本等因素綜合確定。

2.3 外部設備

場外監控設備根據等級不同，可以分為A1、A2、A3三種。其中，A1等級的監控設備能準確分析交通監控、信息傳輸或道路管理工作中出現的異常情況，及時發布相關公告，同時結合主線通信設備加以控制，確保異常問題不會進一步擴大。A2、A3等級的監控設備則是在A1的基礎上，進一步對關鍵位置或重要設備開展針對性的信息采集、診斷和處理工作。

監控系統可具體分為交通狀態監控、交通視頻監控、交通控制監控和信息采集監控等子系統，如圖1所示。

圖1 高速公路監控系統構成

3 高速公路機電應用

3.1 路口收費站

高速路口設置收費站監控系統，一方面能保護國家財產，另一方面能為執法工作提供便利。首先，我國高速公路鋪設工作從根本上看屬于貸款項目，往往是向社會募集大量建設成本后開展建設，而在高速公路收費站上建設監控系統，能監督工作人員是否遵紀守法，監察是否有他人惡意破壞收費站設備設施，起到保護國家資產的作用[4]。其次，收費站工作人員主要負責日常收費，無法準確記錄過往車輛具體信息，而設置監控設備則能準確記錄過往車輛信息，后續執法人員可通過監控錄像開展調查，為可能的執法工作提供便利。

3.2 公路路面檢測

路面檢測系統主要面向在主干道路上行駛的車輛，主要任務為通過監控，分析并搜集過往車輛的違規信息，為后續的事故判斷和仲裁提供依據。在實踐中，一般沿道路每隔1 km左右布設一套遙控攝像機，用以監控路段氣象狀態和實時交通狀態，并確認突發事故原因等現場情況。布設圖如圖2所示。

路面檢測系統主要包含傳感器和紅外線設備等，工程技術人員將這些設備安裝在路邊并使用計算機技術進行連接，形成監控網絡[5]。系統運行過程中捕捉路過的車輛信息，并通過電子信息形式傳輸至車輛管理等部門。相關部門接收到電子信息后，進一步分析判斷車輛違規情況，通過信息情報板等方式將確認后的違規信息發送到車輛駕駛員處，車輛駕駛員獲取違規信息后自行前往當地車輛管理所接受仲裁。路面監控系統對于車輛數據的收集相對準確、直觀，且能評價交通路段的擁擠狀況，為有關部門的疏通措施制定提供依據，保證交通效率與安全。

3.3 特大橋梁監控

我國國土面積廣袤，很多地區地勢較為復雜。其中，東部地區地勢相對平緩，通常在建設道路橋梁時可以直接平鋪。而西部、西南等地區開展道路工程建設時，常需要建設特大橋梁并設置大量的隧道，工程規模更大，建設風險更高，因而在這些地區開展施工時，需要確保監控系統安裝的規范性，有效警示周邊車輛駕駛員注意安全。

相較于常規路段，危險地區的道路監控系統設置要求有所不同。該地區的監控系統一般包括物流系統、天氣信息系統、電子監控系統以及道路環境系統等多個子系統，運行時需動態采集精準的道路信息，處理后傳輸至信息接收部門，用以發布通告，并作出建議。監控系統所對應的監控部門主要負責采集和提供信息，作為紐帶將信息提交于其他部門，確保交通系統正常運轉。

4 高速公路機電監控系統組成

國內高速公路監控系統組成主要包括車輛檢測、大屏投影、計算機信息處理、氣象監測、可變情報標志和圖像采集等內容。根據不同路段的危險等級和重要程度，監控系統可劃分為3個等級。

（1）局部監控。局部監控的監控目標為單一的收費站或高速公路。一條高速公路通常會設置數個管理站臺，監控系統主要布置在收費站臺及其附近位置，通過攝像并儲存，上傳至車輛管理所中心。

（2）分中心監控。由高速公路總路面監控系統收集上傳的路面錄像和信息數據，處理后發送至上級監控管理中心。

（3）省級監控中心。省級監控中心是信息管理中心中級別最高的層級，其工作職能包括管理轄區內公路的運營情況，并統一管理下級監控系統上傳的錄像、視頻信號和數據信息等[6]。

嚴格意義上來講，高速公路監控系統可分為場內監控和場外監控。其中，場外監控系統主要集中于高速公路兩側，包含攝像機、限速標志牌、氣象監測和車輛監控等裝置，能監控公路路面發生的實時情況，及時分析車輛是否存在危險因素并給予提示和警告，盡量降低事故發生概率，減少事故經濟損失。內部監控系統則包含計算機系統、閉路電視檢測系統、投影設備和地圖版面設備等模塊。這些設備形成整體系統，能將下級監控系統上傳的信息內容反饋到屏幕上，同時通過計算機開展計算、分析與處理，為有關工作人員預案的設置和調整提供依據，并能將形成的最終方案發布到路面，指導當地工作人員開展現場工作，確保高速公路交通系統運行的安全性。其組成如圖3所示。

5 高速公路機電控制系統安裝

5.1 安裝準備

為確保監控系統結構完整、穩定地運行，需在安裝開始前做好如下準備工作：檢測后續應用到的設備安全性，監測監控系統整體結構組織，準備電源線、視頻連接接口等設備材料。值得指出的是，監控機房中設備總數和種類較多，因而常存在大量線路縱橫交錯現象，后續運行過程中如出現問題將導致排查困難，故在安裝工作開展前需重點預排線路，確保各個線路之間的接口符合前期規劃標準[7]。

5.2 本地控制

監測系統中，本地控制器是非常重要的組成部分，也是安裝環節的重點監測對象。如在公路隧道路段安裝本地控制器，則須嚴格把控其安裝標準，出現任何局部缺漏時都需拆除重裝。在隧道中，安裝本地控制器的位置宜選擇在孔壁上方，在確?？刂破鞣€定的基礎上盡量延長其使用壽命。安裝完成本地控制器前，需再次檢查光纜、電纜等材料之間接口是否充分符合前期設計要求，確保與設計圖紙一致。

5.3 火災報警器

火災報警器的設置能提高公路運行安全性，是監控系統關鍵的安全措施之一。當前我國應用的火災報警器以半自動報警器為主，該種設備雖然使用較為方便，但日常管理工作開展相對復雜，需在安裝時提前標記線纜和光纜位置，作為后續線路安裝的定位依據，同時需要專門的安裝人員嚴格按規范要求實施線路鋪設，最后安裝開關、傳感器等啟動零部件。

5.4 攝像機安裝

作為高速公路監控系統的主要職能設備，攝像機監測貫穿監控系統運行的全過程。在安裝攝像機時，一般需開展攝像儀器的運行狀態及整體使用功能檢測，包括：評價攝像視頻內容是否足夠清晰，是否能結合需求完成變焦和聚焦，是否能清晰觀察到路面行駛車輛的具體信息，是否能在環境惡劣條件下始終保持良好運行狀態[8]。這些檢測內容都需在完成攝像機安裝之前得出結論，如攝像機安裝完成并投入應用后才發現運行功能不佳，則會導致維護成本大幅度提高，系統也難以保持正常運行效率。

6 結語

高速公路的使用功能和常規市政道路存在差異，由于在高速公路上行駛的車輛速度更快，危險性更高，需要駕駛員始終保持高度集中的注意力，否則事故發生概率極大，因而對高速公路監控系統的建設和管理要求也更高。當前我國高速公路事業不斷蓬勃發展，總里程不斷增加，但部分管理人員難以充分發揮監測系統功能，導致系統運行效率較低，因而還需要進一步加強研究，并在實踐中采取措施提高系統運行效率，為交通事業發展奠定基礎。

參考文獻

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