汪圣伟1 陆惠丰2 王之峰3
（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海，200092）
摘要：本文首先对高速公路机电系统的组成及常见故障原因进行分析，然后以上海某高速公路为例，浅析机电系统整治改造工程的常见内容，最后对本整治改造工程进行总结，并提出展望，为后续其他高速公路机电系统的整治改造提供有效的借鉴经验。
关键字：高速公路 机电系统 整治工程
中图分类号：U495 文献标识码：J
引言
伴随着公路建设事业的不断发展，我国高速公路的面貌日新月异，截至2015年底我国高速公路总里程数已超过10万公里[1]，高速公路已经成为当今国内居民出行重最要的出行方式之一。然而最近几年，高速公路建设后期运营、维护、管理等方面的问题也逐渐显现，机电设备老旧、智能化水平低等成为制约高速公路服务水品提升的一个重要因素。
1、高速公路机电系统常见设施组成及故障分析
高速公路使用的机电系统较多，常见组成分为三大系统[2]，即监控、收费和通信系统。
与高速公路的使用功能相对应，监控系统主要服务于交通监控功能，收费系统主要服务于路段收费功能，通信系统主要服务于监控、收费信息的通信传输和管养事务处理通讯功能。
监控系统主要包括监控分中心设施，车辆检测设施，路段视频监控设施，可变信息发布设施，气象环境检测设施，监控管理平台等。常用的系统设备包括监控大屏、监控工作站、车辆检测器、路段监控摄像机、可变信息发布板、气象仪等。
收费系统主要包括收费分中心设施，收费站设施，收费车道设施，收费广场设施，有线对讲报警设施，收费管理平台等。常用的系统设备包括收费管理服务器，收费大屏，收费工作站，车道控制器，车道、车亭、收费广场摄像机，手动、自动栏杆，读卡器，发卡机等。
通信系统主要包括路段分中心设施及路段通信站设施，常用的系统设备包括路段分中心核心路由器，通信站节点交换机、语音通讯设备等。
高速公路机电系统常见的故障主要可分为两种情况。一种主要是由于机电系统常年处于恶劣环境下的工作状态或人为操作不当等引起的系统永久性故障，比如摄像机损坏造成无法观看，收费车道控制器因为温度过高烧损等，此类故障必须要通过设备整治更新才能解决问题，常见的机电设备使用年限也基本维持在6~8年的范围内[3]。
表1-1 主要设备建议使用年限（单位：年）
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另一种主要是由于社会同类设备技术进步、功能完善或者标准规范提高等，造成原有的系统设备虽然能够勉强使用，但是已经不满足相关的技术要求，比如模拟摄像机已经无法满足高清观看需求，DLP投影被LCD液晶拼接屏取代等，对于此类故障设备，虽然可以短暂使用，但从长远管理需求及技术发展角度出发，仍然同样需要进行设备整治更新。
2、机电系统整治改造——以上海市S32公路为例
2.1 工程简介
S32高速公路西起浙江上海市界，接浙江省申嘉湖高速，经金山、青浦、松江、闵行和浦东五区，东至上海浦东机场南进场路，全长约83.512km，是上海市市域最长的收费高速公路之一，全线设有2个主线收费站、7处匝道收费站、2处服务区。
从2009年底全线建成通车至2017年整治工程启动前夕，机电系统已经运行了8年之久，部分设备已超出其正常使用寿命，发生故障的频率越来越高，发生故障的设备也越来越多。本工程在结合充分的现状调研和运营管理养护单位的相关整治需求后正式启动。
2.2 监控系统
1）监控分中心设施
监控分中心设施整治主要对原分中心计算机系统组成及组网方式进行梳理，同时考虑监控大屏的技术发展需求，对原有的中心模拟DLP投影屏进行整治为LCD液晶屏，同步更新监控管理平台。
由于原收费与监控系统共用1套信息交换设备，计算机组网混乱复杂，同时部分数据库服务器、通信服务器、工作站等已经超出正常的使用年限，整体计算机系统运行缓慢，卡顿严重。因此本工程提出在中心采用2套万兆核心路由器互备组网，组成新的计算机局域网。
2）车辆检测设施
车辆检测设施主要对现有的车辆检测器进行更新改造及断面补充，由于原有检测器采用线圈方式，受到高速公路大车过路压迫影响，损坏严重。因此本工程通过比选，拟采用功能强大、图像直观、使用方便、安装维修不破坏路面的视频车检器，有效弥补其他类型车检器的缺点与不足，同时视频车检器目前也已在多条高速公路机电改造中成熟应用，效果显著。
3）可变信息发布设施
可变信息发布设施主要对全线处于故障状态的各类可变信息发布设施予以整治，保障原有高速公路信息诱导系统的完整性。由于原有可变信息板均采用了全屏可编辑文字屏，因此本工程为维持全线统一性，仍采用原有型式的全屏可编辑文字屏，发布样式可根据养护需求进行定制化配置。
4）路段视频监控设施
路段视频监控设施按全线覆盖布设原则，同时考虑在一般路段按每1km左右布设一套全方位可控摄像机；在穿越黄浦江的闵浦大桥上层高速公路桥梁段按每500米间距左右设置；闵浦大桥下层桥受净空高度影响，按每100米间距设置固定摄像机；同时根据现场调研及养护单位反馈意见，对存在监控盲区的互通立交进行补盲设计。
2.3 收费系统
1）收费分中心设施
收费分中心设施主要对原有的收费分中心管理计算机系统及软件平台进行整治，包括收费中心工作站、数据库服务器、收费分中心管理软件等。
收费分中心管理软件需实现接收并核查各收费站提供的收费数据、流量数据、上缴金额等数据资料，接收市清分结算中心下传的联网收费系统的运行参数，进行内部稽核、对帐处理等收费功能。
2）收费站设施
收费站设施主要对原有的收费站管理计算机系统及软件平台进行整治，包括收费站工作站、数据库服务器、收费站管理软件等。
收费站中心管理软件需实现对出入车辆进行统计，对各车道的收费交易数据进行采集、统计并可靠存储，对收费人员的上下岗实时管理，向收费分中心上传原始收费数据记录等收费功能。
3）收费车道设施
收费车道设施主要对人工车道的控制器及配套车道收费软件进行整治。收费车道按收费系统的统一操作流程工作，实时处理各种收费数据，除了能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种及异常情况按统一的规定的流程进行处理。
4）收费闭路电视设施
收费闭路电视设施主要对原有的收费闭路电视设施进行整治。包括将收费广场、收费车道、车亭、解款室、财务室等收费视频摄像机更新改造为高清制式；实现收费车道摄像机车牌识别功能；实现收费高清视频后台存储等。
5）收费对讲报警设施
收费对讲报警设施主要为采用最新的IP式对讲广播调度系统，采用基于SIP协议的IP对讲广播调度主机，具备对讲通话、调度管理、背景音乐、报警管理等功能，强化对收费业务管理系统的融合管理应用，有效降低运营成本，提高工作效率。
6）收费UPS设施
收费UPS设施主要为对现有的UPS电源主机及蓄电池组进行整治，按照最新的规范标准延长后备时间至90分钟，当主备电源同时掉电时，UPS电源能够在90分钟内维持收费系统设备的连续供电。
2.4 通信系统
路段通信系统整治主要内容为路段主干通信网络的更新，在管理中心机房设置及外场收费站机房设置万兆节点交换机作为本地网络的通信节点；根据现场通信节点的设置位置情况，浦西和浦东的通信节点各组成一个万兆的以太传输环网，传输各自数据和视频，为监控系统和收费系统提供不间断的传输通道。
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图2-2 路段主干通信网络示意图
通过以上路段主干通信环网的建设，当本地通信节点发生单点断路失效时，其他网络节点不受影响，不影响整体系统的正常运行。
3、总结及展望
通过本项目工程整治的实施，完善了现有系统功能的完整性，保证机电系统稳定可靠地运行。同时满足行业管理的需求，为道路养护运管提供了先进的技术手段及技术支持，节约了人力资源成本。展望未来，必将有大量涉及高速公路、过江桥隧等大型交通设施的整治工程即将实施，机电系统整治需充分考虑如下因素：
机电系统的现状调研需充分全面，充分的现状调研才能做到实施方案有理有据，最大程度的保证整治工程实施方案的可行性及可实施性；
整治方案需符合最新的规范标准的要求，如2019年发布的《取消高速公路省界收费站总体技术方案》、《全国高速公路视频联网监测工作实施方案》等；
整治方案需充分考虑 “大数据”、“云计算”、“互联网+”等新技术、新应用的发展，早日迈向智慧高速建设之中[4]，。
4、参考文献
[1]卢茜. 高速公路收费站机电系统升级改造系统设计[J]. 交通世界.2017(16).
[2]左霖杰. 高速公路机电系统的维护及管理[J].现代工业经济和信息化.2018(16).
[3]上海市路政局. DG/TG08-2171-2015市政道路机电系统维护技术规程[S]，上海：同济大学出版社,2015.
[4]郭书翊. 高速公路机电智能化管理系统设计研究[J]. 福建交通科技.2020(01).