1、畢業設計題 目:高速公路機電系統分析 專 業: 電氣自動化 學 生:學 號: 指導老師:日期：2015年 4 月 28日摘 要 目前，我國正處于高速公路以及高速公路機電系統快速發展的時期，隨著新技術、新設備在高速公路機電系統的不斷發展和應用，機電系統已經成為高速公路營運管理的重要輔助設施和必要的管理工具。同時，機電管理系統正常運行確保了高速公路“高速、安全、通暢”目標的實現，通過加強收費營運監督管理，確保了路公司在經營中取得最大的經濟效益和社會效益。  高速公路機電系統是一個多學科、多領域交叉影響的復雜系統，主要包擴四大系統集成：收費系統、監控系統、通訊系統、供配電系統，涉及通信、電

2、子、機電、計算機、網絡、自動控制、供配電等諸多學科；在機電系統工作期間，任何一個環節出現故障，都可能會給高速公路營運造成影響，甚至直接影響高速公路的安全暢通。關鍵詞: 高速公路，機電系統，營運目 錄第一章 引言1第二章 高速公路機電系統2一高速公路通信系統21.1高速公路通信系統的特點21.2 數字通信網在高速通信系統中的優點21.3 從層次分析高速公路通信系統31.4 高速公路通信系統的組成和功能3二高速公路監控系統42.1 監控系統應用目的42.2 使用監控系統的業務機構62.3 監控的目標82.4 聯網監控的技術特點102.5 電力監控11三、 高速公路收費系統113.1 半自動收費12

3、3.2 全自動收費13四、高速公路供配電系統144.1 負荷分類及供電方案154.2 配電方案164.3 隧道供配電系統174.4 不間斷供電系統18第三章 高速公路收費系統的應用18一系統功能181.1 收費作業流程的控制181.2 收費信息采集和處理191.3 收費數據處理201.4 數據信息的管理22二系統組成23三主要設備233.1 主要車道設備233.2 控制柜243.3局域網24四系統功能264.1 系統功能26第四章 高速公路機電系統發展趨勢28高速公路信息化與智能化應用系統281.1 高速公路綜合管理系統281.2 高速公路智能收費系統291.3 高速公路公眾信息服務系統291

4、.4 高速公路聯動緊急救援系統291.5 高速公路智能化養護系統291.6 高速公路智能化路產管理系統29結論30致謝31參考文獻32第一章 引言高速公路是指“能適應年平均晝夜小客車交通量為25000輛以上、專供汽車分道高速行駛、并全部控制出入的公路”。一般能適應120公里/小時或者更高的速度，要求路線順暢，縱坡平緩，路面有4個以上車道的寬度。中間設置分隔帶，采用瀝青混凝土或水泥混凝土高級路面，為保證行車安全設有齊全的標志、標線、信號及照明裝置；禁止行人和非機動車在路上行走，與其他線路采用立體交叉、行人跨線橋或地道通過。     高速公路是經濟

5、發展的必然產物。第一，高速公路適應工業化和城市化的發展。城市是產業與人口的集聚地，其汽車的增長遠比鄉村快的多，成為汽車的集聚中心，因此高速公路的建設多從城市的環路，輻射路和交通繁忙路段開始，逐步成為以高速公路為骨干的城市交通第二，汽車技術的發展，對高速公路建設提出客觀要求。目前汽車已成為人類社會必不可少的交通工具，因此需要高速公路等基礎設施的配合汽車的輕型化和載重化是兩大發展趨勢，前者要求速度保障后者要求承載力，而高速公路恰能使二者有機結合。高速公路按其功能可分為城市內部高速公路和城市間高速公路兩大類；按其距離長短可分為近程高速公路（500km以內）、中程高速公路（500-1000km）和遠程

6、高速公路（1000km以上）三類；按其布局形式分為：平面立體交叉高速公路、路堤式高速公路、路塹式高速公路、高架高速公路和隧道高速公路。20世紀30年代西方一些國家開始修建，60年代以來世界各國高速公路發展迅速。 世界第一條高速公路誕生于30年代的德國，到目前為止，全世界已有60多個國家和地區興建了高速公路，總里程達20多萬公里。在國外，一條高速公路建成3至5年后，其兩端的大城市會沿高速公路不斷延伸發展，形成以高速公路為軸線的產業帶。高速公路建成后，其兩側和周邊將形成高速公路經濟帶，極大地推動了區域經濟的發展和市場化進程。 高速公路機電系統是發揮道路設施交通功能的主要輔助管理系統是對高

7、速公路實施現代管理的主要工具。高速公路機電系統主要由高速公路監控、收費、通信、照明、供配電和隧道安全運行保障等子系統構成。第二章 高速公路機電系統一高速公路通信系統1.1高速公路通信系統的特點 高速公路通信系統是高速公路現代化管理的支撐系統, 是實現高速公路現代化管理必不可少的基礎設施。它實現了監控系統和收費系統的數據、語音和圖像等信息準確而及時地傳輸, 同時保證高速公路管理部門之間業務聯絡通訊的暢通, 并為高速公路內部各部門與外界建立必要的聯系。主要有以下特點:（1）高速公路的各級管理機構及沿線設施一般均建筑在公路兩側, 沿公路呈線狀分布。一般通信站都設置在收費站或管理所的所在地, 通信站的

8、地理位置在公路建設時已基本確定, 即不能隨意選址設站（2）高速公路的管理體制一般采取分級管理、集中控制調度, 高速公路通信網的網絡結構為樹形結構。此外, 各級管理機構與公路沿線各地有關部門及上級機關也必須保持通信聯絡的暢通, 高速公路通信系統是以內部通信為主, 并進入電信公用網。（3）在高速公路管理處、管理所、服務區、收費站收費、監控分中心等機構之間以及外場監控設備與監控分中心之間需進行語音、數據、圖像等各類信息的傳輸和交換。為及時處理交通事故, 進行交通調度指揮, 有關部門必須和巡邏車等保持通信聯絡。1.2 數字通信網在高速通信系統中的優點2.1 數字通信網的優點 近年來, 由于計算機技術、

9、大規模集成電路技術及光通信技術的迅速發展, 大大加快了從模擬通信向數字通信過渡的進程。數字通信網由數字交換和數字傳輸兩大部分組成, 它可以對話音、數據、圖像等各類信息進行數字化, 把它們都作為數字信號來處理, 它和以往的模擬通信網相比有如下優點: 不同的信息使用通用的處理設備, 不僅容易實現而且比較經濟; 噪聲和衰減失真不隨傳輸距離而增加, 大大提高了通信質量; 數字通信設備大量采用集成電路和大規模集成電路, 有利于設備小型化和降低成本;易于進行信號處理, 大大提高了通信網的功能。 以數字技術為基礎進而實現傳輸和交換一體化,進一步提高了系統的經濟性和可靠性。數字通信網使得高速公路通信質量產生了

10、一個飛躍, 高速公路通信系統作為一個新建網, 理所當然要適應技術發展的方向, 積極采用數字通信技術, 構筑數字通信網。2.2 數字通信網的構成 數字通信網是由數字交換節點和數字鏈路組成的, 使用數字交換設備和數字傳輸設備在兩個或多個指定的點間提供數字連接, 是用數字信號來傳輸和交換信息的通信網。 數字通信的特點是將時間上連續的信號通過抽樣、量化及編碼變成時間上離散的信號, 再將各路信號的傳輸時間安排在不同的時間間隙內。為了分清首尾和劃分段落, 還要在規定數目的時間間隙加入 識別碼組即幀同步碼, 形成按一定時間規律排列的比特流, 即pcm 信息碼。在我省高速公路通信系統中, 由于用戶電話機等設備

11、一般還是模擬式的, 所以采用pcm 基群終端機音頻口與用戶設備接口。pcm 基群終端機完成信息的編解碼和32 路64 kbps 數字信號的時分復用構成2.048 mbps 基群群路信號。采用數字程控交換機實現64 kbps 電路交換, 并在交換機主局建立頻率基準。當傳輸系統采用sdh 傳輸系列時, 可在各站直接分插上下2.048 mbps 電路與pcm 基群群路接口。1.3 從層次分析高速公路通信系統a)第一通信層: 長途網 它包括各路段管理處與省管理局及各管理處之間的通信, 屬主干線通信。b)第二通信層: 地區網 包括各路段管理處與所屬管段內的管理所、收費站、服務區等部門之間的通信, 屬區間

12、通信。1.4 高速公路通信系統的組成和功能 高速公路通信系統確保話音、數據及圖像等各類信息準確及時地傳輸, 為各種先進的管理手段提供信息傳輸的基礎。高速公路通信系統基本上由以下幾部分組成: a) 主干線傳輸 作為交通專業通信網的通信主干線, 它不僅要滿足長途網和地區網的傳輸要求, 而且考慮到省內各地區交通部門的通信需要; b) 業務電話 它是通信系統基本的通信業務,包括網內各級管理機構的業務電話和個人電話, 它能實現專用網內用戶和公用網用戶之間的通話; c)指令電話 為在高速公路內部進行交通管理和調度指揮服務, 指令電話調度臺對分機具有選呼、組呼、全呼等功能, 它包括有線指令電話和無線指令電話

13、; d) 緊急電話 是高速公路內部專用的安全報警電話, 它為高速公路使用者提供緊急呼救求援的通信手段; e) 數據傳輸 包括收費系統內部的收費車道收費站收費( 分) 中心三級計算機數據通信網絡和監控系統內部的外場監控設備監控(分) 中心之間的二級計算機數據通信網絡, 通信系統為上述計算機通信網絡提供傳輸信道; f) 圖像傳輸 包括cctv 交通監控圖像及會議電視圖像傳輸, 通信系統為各類圖像信息提供傳輸信道。二高速公路監控系統2.1 監控系統應用目的 高速公路與一般公路相比，具有線型好、設計標準高、交通流量大、行車速度快等特點，但如不采用先進的監控管理措施，在交通量大、氣候惡劣的情況下，極易發

14、生交通事故和交通阻塞。 高速公路監控系統是通過沿線的外場設施(各類檢測、顯示等裝置)及時、準確、完整地收集并預告前方道路的各類信息，如交通量、事故、路況等，道路使 用者通過監控中心的監視(顯示)設備直觀地了解交通運行狀況。在發生交通異常時，能即使確定事故或手阻區域，并實時發布相應的誘導和救援信息。 由于種種氣候問題如大霧、暴雪、暴雨等低能見度的惡劣天氣造成了高速公路發生嚴重堵車、關閉、車輛事故、甚至是連環相撞等重大交通事故。加之目前高速公路的配套設施還存在不完善的問題，以及駕駛員的對交通法規不足等多方面原因，使得高速公路的管理難度越來越大。 為了提高高速公路的管理和服務水平，目前各高速公路都在

15、實施或即將實施全程監控。高速公路全程監控正日益成為高速公路日常運營管理 的一個重要手段，發揮著越來越重要的作用。閉路電視監控是高速公路全程監控的重要組成部分，可供監控人員直觀了解道路交通狀況，同時也可增加自動檢測設 備，及時發現交通事件或異常隋況，還可通過錄像回放對事件發生過程進行了解和調查，為及時發現和處理交通事故、避免二次事故、保障交通暢通、減少財產損失、提高服務水平提供了有力支持。因此閉路電視監控系統的重要性不言而喻。 高速公路的重大車禍事故搶險救援與普通公路差別較大，一旦事故出現，就存在傷亡嚴重、救火迫切以及快速清理現場和救出傷者的應急反 應能力。而且還需要與高速交警、消防部門、醫療衛

16、生部門等多個部門的聯動救援。因此，實現高速公路運行監控的可視化、網絡化、系統化、智能化，是提高高速 公路管理水平的重要舉措，每一個環節都不可缺少。 如今，越來越多的“非現場執法”被運用到各種交通事故中。交警不需要到現場，借助高科技，不僅處罰準確、透明，而且“認事不認人”的陽光違法追究原則也在改變一些駕駛人的觀念。面對鐵證如山的“電子罰單”，一些過去習慣于通過關系擺平的人，也只能乖乖認罰。 3G、高清、網絡備受青睞 近年來高速公路路網不斷完善，高速公路的管理將由“線狀”變為“面狀”，高速公路傳統視頻監視點對點模擬傳輸方式雖然直觀、圖像質 量清晰，隨著路網完善，視頻圖像的不斷增加，點對點模擬方式顯

17、然不適應現階段或將來對視頻圖像的管理和利用，難以發揮視頻監控系統的綜合管理作用。隨著 IP網絡逐漸走向寬帶化和相關設備價格的不斷下降，區別于占用專門光纖傳輸點到點之間模擬視頻圖像的純IP架構下的高速公路視頻監控系統將極大的提高高速 公路視頻監控水平，以實現隨機、開放、智能化的遠程視頻圖像監視。 目前高速公路全程監控的主要構成方式是采用標準的攝像機作為前端設備，其最大圖像分辨率可達到D1標準。信號傳輸采用視頻光端機， 為了節省光纜纖芯，一般采用節點式光端機。由于標準攝像機的分辨率低，難以兼顧場景監控和細節監控。而當發生交通事故時，由于顯示細節少，在監視畫面上只 能粗略判斷事故情況。 而高清攝像機

18、的圖像分辨率高，可從100萬像素到500萬像素，分辨率動態可變。高清攝像機在高速公路上的應用是一個完全IP數字 高清視頻監控系統，采用分布存儲集中管理方案，主要特點為全數字、全IP尋址、分布式存儲架構、可變圖像監控。采用高清IP攝像機(100萬像素以上)， 保障了監控系統中有效畫面具有足夠清晰的結果，有助于判斷事件情況，及時處理。 在整個高速公路聯網體系中，身處任何地點的人員，也可以通過3G終端參與到視頻會議中;工作人員還可以將3G終端所拍攝到的現場實 時聲音和圖像，發送到分指揮中心或是總指揮中心。由于3G視頻終端是通過相對性價比更高的3G公網來傳送音視頻信號，因此可以低成本實現對公路的機動無

19、盲 點巡檢。 目前，我國絕大部分省份高速公路已形成路網，單獨路段的異常事件影響的范圍越來越廣，必然要求相臨路段之間能互通協調，這就帶來了聯網的需求，聯網主要包括數據和視頻兩部分。到現在為止，全國多個省已建立了聯網監控中心，基本實現了監控系統聯網。2.2 使用監控系統的業務機構1.監控中心 監控中心主要有地圖板、計算機系統、緊急電話中心、CCTV控制中心等設備。 地圖板的作用在于可全面直觀地顯示道路全況，并可動態地顯示設備運行狀況。地圖板設在控制中心內，由顯示板和驅動器構成。地圖板的尺寸為14×2.5m，為全國高速公路監控系統中地圖板之最。地圖板的控制是通過以微計算機為基礎的

20、控制器來完成的，控制器與監控中心計算機系統中的通信單元進行通信，并對信息進行實時修改。2計算機系統計算機系統緊急電話系統和CCTV控制中心均安放在一個大型操作臺上。計算機系統 由主計算機、交通控制計算機、彩色圖型計算機等組成，此系統的主要功能為：1 收集車輛檢測數據、交通流、占有率、氣象狀況、CCTV圖像等。2 分析以上數據并可通過CCTV確認，向CMS、CWS發出命令，以完成實時控制。3 在地圖板上顯示道路與外場設備的狀態、檢測參數等。4 在大屏幕投影儀上動態顯示高速公路的曲線、運行狀況等。5 將公路上發生事故的時間、地點，損壞、處理方式等記錄下來。6 數據查詢和統計報表，包括交通報告、事故

21、與事件的報告、控制命令的報告、所有設備工作狀況的報告。7 對系統的軟、硬件、外設自檢，若有故障發生，將報警并采取措施排障。8 與收費系統進行數據通信，可收集、統計各個收費站的每種車型的車流量、收費金額以及交通總量、收費總額等數據，并打印成報表。 緊急電話控制中心用來為公路用戶在發生故障或拋錨情況下提供路邊通信服務，中心可控制本區域內的所有緊急電話。中心設備有計算機、通信終端、自動錄音與放音機等。中心與路邊的緊急電話進行雙工式免提通話，即中心和路邊的緊急電話均可進行呼叫。當某個緊急電話發出呼叫時，中心計算機會顯示發出呼叫的該電話的信息，操作員即可通過控制臺與之通話，并可進入數據庫提供諸如醫院、警

22、察、加油站等信息以援助呼叫者，通話內容將被自動錄音。CCTV系統用于監視交通狀況、收費廣場和其它相關情況，該系統基本上由31套裝有變焦鏡頭的彩色攝像機組成。全線28km基本上1km一套，無死角，攝像機與監控中心的視頻/控制信號通過光纖傳輸。CCTV系統的控制系統也安放在監控中心，其設備包括視頻、數字光端機，視頻切換矩陣，錄像機，閉路電視控制器等。當有報警時，中心的計算機系統收到外設產生的報警信號后，向切換矩陣發出控制信號。該區域內攝像機的圖像將鎖定在中心的監視器上，錄像機可自動錄像，并進行數字、時間和攝像機編碼的疊加。交通控制計算機能隨時或定期對遠端站進行檢查，遠端站的和其控制的外場設備的信息

23、顯示在屏幕上，可隨時發現故障報警，并能在打印機上打印出來。同時，交通計算機也能將緊急電話系統和CCTV系統的設備工作狀況和報警進行顯示和打印。管理人員可通過中心的各種計算機對系統進行檢查和維護。2.3 監控的目標 高速公路監控系統主要負責數據、視頻、路況的信息采集、處理和存儲，提供交通信息資源。為高速公路快速、安全、舒適、高效提供了保障。1、高速公路監控系統概述 高速公路監控系統是調整公路系統實現安全、高效、節能及環保運行的重要手段。高速公路監控系統的作用是對高速公路網實現實時監控和交通控制。在現有的道路 和環境條件下，通過對采集的信息進行實時分析、處理和預測，采取有效的交通控制手段，預防可能

24、發生的交通事件、事故和阻塞；當出現突發性交通事故或道路環 境變化而導致交通阻塞時，通過系統及時發現并采取有效措施進行緩解和排除，以防止對路網交通產生更大的影響，進而提高路網運行的利用效率和安全性。 高速公路監控系統按照功能劃分一般分為收費監控系統和道路監控系統兩部分。收費監控系統主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況，對收費車道 通過的車輛類型、收費員的操作過程以及收費過程中的突發事件和特殊事件進行觀察和記錄，實施有效的監督。道路監控系統主要是對高速公路干線、互通立交、隧 道等高速公路重點路段進行監視，掌握高速公路交通狀況，及時發現交通阻塞路段、違章車輛，及時給予引導，保證高速公路的

25、安全通暢。2、高速公路收費監控系統高速收費監控系統是數據監控、圖像監控和聲音監控三部分組成的一個有機整體。其主要功能是以收費站為基礎，通過對數據、視頻、音頻等信息的采集，傳送到監控室或監控分中心進行處理和分析，完成整個收費過程。 數據監控是指利用車輛檢測器、車型自動分類器、鍵盤、讀卡機等外部設備采集到的數據信息，對收費過程進行控制，進行收費數據合理性判斷、記錄和統計工 作，以發現各種異常情況(例如沖卡車輛判斷、非法卡或通行券，人工判斷車型是否有誤等)，并進行相關的處理工作(例如沖卡車輛拍照、報警，特種車輛錄 像)，它是最有效、使用最廣的一種收費監控方式。圖像監控是指在收費廣場、收費車道和收費亭

26、等處設置攝像頭，采集視頻信息，監控員在監控室通 過監視器實現對通過收費車道的車輛、收費人員的操作過程，包括通行券(卡)的發放、回收以及收費找零情況等進行有效的監督，并能人工或自動啟動錄像設備記 錄沖卡車輛和其他異常情況。聲音監控是指采用有線(或無線)對講系統，采集音頻信息，對收費人員在收費過程中使用文明用語等情況的監督，并監聽車道內的突發和異常情況。3、高速公路道路監控系統 高速公路道路監控系統是對實時采集的路網交通信息進行處理，根據各路段的交通運行狀況分析計算，對路網未來時刻交通情況進行預測，進而通過誘導控制車流 合理的調控車流分布。根據道路監控系統的功能要求和設備特點，系統又可分為交通信息

27、采集系統、交通狀態分析系統、交通控制系統等。交通信息采 集系統的功能是獲取交通信息原始數據，通過車輛檢測器、檢測線圈、通訊設備等形成的交通信息采集網，獲得路網中各路段的交通量數據；通過在重要地段的攝像 機和視頻傳輸設備獲取該路段的視頻實時數據；通過氣象信息采集系統采集各個路段的能見度、溫度、濕度、風向、風速、雨雪等氣象條件。在這些信息中，視頻數 據可在計算機或大屏幕上顯示，并根據需要對視頻數據進行抓拍記錄。交通狀態分析系統根據采集到的交通信息原始數據，首先判斷是否為交通事件或事故。若經過視頻人工確定為交通事故則直接將相關信息傳遞給交通控制子系統；若不是交通事故，則計算機利用程序求得各路段的交通

28、狀態參數，并利用交通流理論分析該路段的交通狀態。交通控制系統根據交通狀態分析子系統輸出的交通狀態數據，若為交通事故，則根據發生事故的地點和特點自動生成最佳緊急交通誘導控制方案并發送給交通誘導子系統；若不是交通事故，則根據交通狀態，氣候數據及管理需要，按預定正常交通誘導方案執行。 高速公路道路監控系統的主要是通過對高速公路全線的交通流量檢測、交通狀況的監測、環境氣象檢測、運行狀況的監視，按照一系列智能控制規則和策略產生控 制方案，從而實現控制交通流量、改善交通環境、減少事故、使高速公路達到較高的服務水平。目前道路監控系統在我國發展存在滯后性，遠遠不能滿足需要。各地 建立的交通監控中心大多都只是實

29、現了監視功能，而遠沒達到控制的作用，其主要原因是在高速公路建設初期，我國高速公路的交通流量一般遠沒達到設計標準，因 此對高速公路的監控特別是“控制”不夠重視，導致部分高速公路已經開始出現自然擁擠現象，造成“高速不高”的現象。近幾年來，一些發達國家紛紛投入智能交通系統（ITS）的研究與開發工作。ITS智能高速公路預警系統的應用，將會有效地提高營運效率、保證交通安全。2.4 聯網監控的技術特點 高速公路聯網監控系統就是把交通流量、路段封閉情況、交通事故狀況以及施工情況等即時信息進行編輯匯總，然后通過人工報送或網絡實時上傳，以此方便行路者了解最新路況。 隨著用戶管理要求和手段的不斷提高，建設重點轉向

30、高速公路的安全、高效運營。目前，我國絕大部分省份高速公路已形成路網，單獨路段的異常事件造成影響的范圍會越來越廣，這必然要求相臨路段之間能互通協調，這就帶來了聯網的需求。 聯網信息主要包括數據和視頻兩部分。并已從單純的聯網收費、聯網監視逐漸過渡到高速公路聯網信息管理，并凸顯出聯網收費向聯網綜合信息管理方向發展的趨勢不可逆轉。 由于視頻圖像監控的直觀性和重要性，所以聯網監控是高速公路監控的必然趨勢。然而，當前高速公路視頻監控系統的構成是一個混合式系統 (模擬視頻+數字視頻)。且前端設備和各路段監控中心設備品牌較為紛雜、數據格式多樣，使各路段視頻監控系統彼此獨立，無法充分發揮交通監控的路徑誘導、 多

31、路徑交通流量調控、聯網調度、應付突發事件、及時統一調度的功能，更無法最大程度地發揮高速公路網絡的通行能力，所以省域聯網監控就顯得尤其必要和迫切。聯網監控的作用1視頻聯合控制，實時圖像調用完成監控總中心、管理處、收費站三級視頻圖像的聯合監控。監控總中心可切換所有的視頻實時圖像以及進行錄像控制等管理工作。2數據綜合利用，實時監控交通路況 一方面，加強路段監控檢測數據的采集，實時獲取各路段上傳的監控檢測數據、收費數據，通過交通監控計算機實時顯示路網的交通流、氣候情況等。另一方面，后臺服務器對交通監控檢測及營運的歷史數據進行綜合分析，提供分析報表、供用戶查詢輸出，實現數據的綜合利用。3交通事故統一上報

32、，路網統一調度、聯動救援加強路網交通事故信息的實時上報，由省監控中心實現信息的統一發布，及時通知路段進行事故教援。4路網信息共享，實現綜合服務加強路網信息的共享，為各路段管理機構及社會提供信息綜合服務，如：天氣狀況信息，高速公路路網地圖信息、高速公路路況信息、路段養護封道及繞行信息、交通事故警告及繞行信息等，幫助用戶了解高速公路的即時潞況，幫助用戶及時避開影響用戶出行、影響高速公路通行的所有情況，以免耽誤用戶的正常出行。2.5 電力監控 近兩年來,隨著技術的不斷發展,對一些重要的供、配電系統(如特大橋,隧道的供、配電系統)采用了電力監控設施。電力監控的基本功能在于保證電網安全經濟運行,使管理人

33、員對電網的有功和無功功率及某些節點進行監視、測量、控制,對電網各元件的過負荷情況加以了解,對不正常情況的發展趨勢作出判斷與控制。以計算機為中心的電力監控系統將檢測到的信息通過遠程通信實時傳送到控制中心,中心計算機將收集到的信息加工處理,把精確完整的參數存入數據庫。當參數超出正常范圍時,在相應變電站及控制中心同時提供聲光報警信號,控制中心自動顯示報警原因和事故狀態。控制人員將根據具體情況發出控制指令,經通道傳輸到各被控設備的控制器進行實時控制。3、 高速公路收費系統 自從出現對車輛進行收費以來，收費技術經歷了從低級到高級，從功能簡單到豐富完善的過程。除無任何管理設備的人工收費外，綜合目前的收費方

34、式，概括起來有兩大類（半自動收費和全自動收費）六種（計算機管理通行券（條形碼）收費、磁卡（IC卡）收費、投幣式收費、動態稱重收費、紅外線收費和不停車電子收費）。3.1 半自動收費1、 計算機管理通行券（條形碼）收費 這種收費方式由計算機控制票據打印，對過往車輛進行人工識別，由人工操作向計算機輸入車輛判別信息打印通行券，人工收取現金，計算機對其進行統計。條形碼收費是指采用二維條形碼存儲車輛及收費信息，并用專用打印機打印通行券的收費方式。對于封閉式收費，將在入口發票，出口驗票、收費；而開放式收費在入口一次性收取所要繳納的費用。這種收費方式減少了一定的人為性漏收，但由于增加了票據打印程序，故收費速度

35、比純人工收費要慢。2、 磁卡（IC卡）收費 這也是一種計算機管理的人工收費方式，其主要靠專用磁性卡片（磁券）或智能IC卡作為車輛信息的載體，較適用于封閉式公路收費。在入口車道發卡或磁券，出口處驗卡（磁券）結算費用。對于一些長期用戶（如長途客運）可以使用一種儲值卡，在卡內賦值每次使用時扣減費額可多次使用，但仍需在經過收費站時停車讀寫卡。收費站除其它必要設備外，主要設置專用讀/寫卡機（發卡機、收卡機）。采用磁卡（磁券）收費的缺點是，磁卡（磁券）消耗量大，對外部環境要求高，機器故障常發生卡死，誤讀或因磁卡磨損而信息丟失現象。采用接觸式IC式收費，雖然可以回收，但也存在上述問題。若采用非接觸IC卡則減

36、少了卡的磨損，且不存在因灰塵或油污而導致接觸不良的問題，這是目前較為理想的一種收費方式。3、 投幣式收費 這是一種在入口發卡，出口插卡投幣的半自動非人工收費方式。這種收費方式在國外經常見到，但由于所需硬幣及車型判別方面的技術問題，在我國并不實用。4、 動態稱重收費 這種方式多用于保護道路橋梁，防止車輛超載。用于收費是通過測取車輛的軸重、軸距、軸數等數據，進行車輛綜合判別，作為確定收費標準的主要參數。動態稱重技術必須和車輛識別及計算機管理系統相結合，才能構成車輛收費系統。它屬于專用收費，并不經常用到。5、 紅外線收費   嚴格來講這種收費方式是利用紅外線技術進行車型自動判別，作為上述三

37、種收費方式的輔助手段，通過紅外車型分類與人工分類相結合，用以監督人工操作。由于進行判別車輛類型的數據為一維（車長度）參數，困而誤差較大。同樣的車在通過收費口時，由于行駛角度不同會出現不同的判別結果。因此，這種方式僅適用于車型簡單的地區，并且由于該設備可靠性低，安裝難度高，通常很少采用。3.2 全自動收費 它又叫做不停車電子收費。它利用電子通信和計算機技術實現收費功能，在整個過程中操作者不直接介入收費環節，只需對設備進行管理監督以及處理特別事件。 每輛車都有其唯一的標識卡，安裝在汽車前擋風玻璃上。車型判別是在車輛靜態下預先審定并與汽車牌照號一一對應地記入其標識卡，這種標識卡內的數據可以被數米遠以

38、外的微波設備讀取，也可以被修改。在收費的全過程都是由電子通信和計算機進行處理，不必人工介入，也不用停車交款，其費用是用戶提前預繳賦值在卡上，或存在銀行的專門賬戶內。  不停車電子收費的關鍵在于車輛電子自動識別和快速通訊。整個收費系統由四個部分組成。1、 電子標識卡是一種有源電子射頻卡，功率約為1/1000瓦，其內存可作到存儲包括車輛型號、車牌照號、車主的相關資料等各種信息，是一個完善的汽車身份卡和信用卡。2、 收發器是一種帶有微波線路的裝置，用它與標識卡之間建立高方向性的高頻微波通訊。它有很強的抗干擾性能和快速的通訊能力。法國采用歐洲標準的5.8GHz微波，美國采用2.5GHz微波。

39、我國在引進該系統時采用哪種標準，直接關系到將來的全國高速公路聯網收費，這是一個值得重視的問題。3、 進行通訊處理的微處理器 它將來自標識卡的信息進行解釋并傳至車道控制器，從而取得該車的有關資料并進行相應處理，對來自車道控制器的數據信息經分析后可對標識卡內的數據進行必要的修改。4、 車道控制器 根據卡上的信息，判定通過車輛是否有正常通過的權力，還可判斷卡的有效性，并起動相應的交通標志，也可以發出警告給車主必要的提示。如果發生違章闖關現象也可驅動抓拍系統進行違章取證5、使用原理（1）讀寫器不斷向周圍發一組固定頻率的電磁波。 （2）射頻卡內有一個LC串聯諧振電路，當它進入讀寫器的工作區域內，而且頻率

40、與讀寫器發送的頻率相同，這樣，在電磁激勵下，LC諧振電路長生共振。 （3）共振使卡內的電容有了負荷，在電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為集成電路提供工作電壓。 （4）CMOS集成電路中的有關控制邏輯電路對接收到的信號進行解碼。 （5）根據解碼信息判斷讀寫器發來的命令要求，若是讀取信息則控制邏輯電路從存儲器中讀取有關信息：若是修改信息則有關控制邏輯啟動電壓泵將2V工作電壓提升到15V，以便對存儲器中內容進行重新寫入編程。 （6）當電容放電時，射頻卡內的發射電路就將從存儲器中讀取的信息及相關的信息發送給讀寫器。

41、（7）讀寫器對接收到的信息進行處理。四、高速公路供配電系統4.1 負荷分類及供電方案(1)負荷分類 高速公路供、配電系統的設計內容可分為:沿線設施供、配電及重點區域道路照明供、配電。 沿線設施供、配電包括:管理機構設施、養護設施、服務(休息)設施的辦公、生活用電。用于交通工程管理的監控設備、通信設備、收費設備及計算機系統設備等對電源的穩定性和可靠性有較高的技術要求,原則上此類設備的供電電源按一級用電等級配電。其它用電負荷可按二級用電等級配電。 重點區域的照明包括:收費區域、服務區、停車區內的道路照明,收費天棚照明和互通立交的道路照明。這些用電負荷原則上按二級用電等級配電。(2) 供電方案 為能

42、充分發揮高速公路的優勢,達到有效地使用高速公路的目的,需要根據工程特點合理地選擇安全、可靠、安裝維護方便的設備。供電系統應做到供電可靠、電壓質量好、滿足生產需要。系統結線簡單并有一定的靈活性,操作安全、檢修方便。制定供電系統方案時,還要充分考慮節省基建投資,減少電能損耗,降低運行費用,減少有色金屬消耗量。一般不考慮當一電源系統發生故障或檢修停電時,另一電源進線也同時發生故障的情況。此外要考慮到負荷的增長,預留必要的發展余量。4.2 配電方案 結合高速公路的特點,一般情況下用電負荷多數集中在互通立交附近、隧道、服務區及養護工區等處,變電站也隨之布設在這些地方。 在互通立交區段設置有匝道收費站、通

43、信站、監控外場設備(如車輛檢測器、電視攝像機、可變標志等),配電系統采用本地集中供電方式。即在互通立交的收費站處設變電站,設備的用電即可從臨近的變配電站引出。 交通監控系統的特點決定了它要在某些特殊路段設置監控外場設備,這些設備的容量都很小,對供電的可靠性要求較高,為適應這些特殊的要求,在做供、配電系統設計時就比較困難。實際工程中經常遇到用電設備遠離互通立交、服務區等處的變電站的情況,有以下幾種:1󰀁用電設備距離變電站1020km左右,這時,為了保證用電質量和可靠性就要采用前面提到的方案3給設備供電,即從最近的變電站引出一條高壓輸電線路至用電設備處,然后經過變壓器及低壓開關設備

44、進行配電;2󰀁用電設備距離變電站35km左右,雖然不是很遠,但已超出低壓供電范圍,考慮到成本及運營費用,不采用高壓輸電方式,而改用在變電站相應低壓回路增設調壓器方案,既能達到使用要求又降低了成本造價。 對于用電設備數量多,設置相對集中的情況,如特大橋,這就要求供、配電系統有很長的送電線路,在整條線路上散布有多個小負載,同時,這些負載對電壓損失有較嚴格的要求。在這種情況下,有必要采用中壓供電系統,即從主變電站引出一條56kV中壓供電線路沿線供電,根據具體情況在全線設置若干個廂式變電站將中壓變成低壓系統,然后再為每個用電設備配電。中壓供電系統應用在長距離大范圍供電工程中,既解決了低

45、壓供電系統不能滿足要求的難題,和高壓供電系統相比又節省了投資。4.3 隧道供配電系統 為確保隧道安全、正常運營,在隧道內設置有通風、消防、照明、監控等設施,要求供電系統無故障運行以保證高度的安全性。 隧道供電一般應有二路外電源和一套自備電源,以確保隧道供電安全可靠。在外電源發生故障的情況下,自備柴油發電機組運轉發電。為使供電靈活、提高故障情況下供電的可靠性,系統采用分段母線供電,互為聯絡。通風、照明、監控和通信設備及事故用電各自設置單獨的回路。 為保證隧道照明有較穩定的電源電壓,有利于提高燈具的使用壽命和保證照度穩定,對全隧道照明采用獨立電源供電,可以避免因大容量電動機啟動時造成的母線電壓波動

46、影響照明。 隧道變電所宜設置在隧道口處行車道旁,對中、短隧道可在隧道口一側設置變電所,長隧道要考慮在隧道口兩側分別設置變電所。在隧道連續區段可將幾條隧道統一考慮,便于管理控制,同時也能節省投資。另外,需要注意的是,安裝在隧道內的供電設備必須符合特殊使用條件,如濕度、廢氣、污物、防凍鹽、高壓水等;必須滿足保護方式IP65的要求。4.4 不間斷供電系統 為保證設備用電的可靠性和電能質量,必須采用UPS系統。UPS不間斷供電系統是一套將交流市電變為直流電的整流/充電裝置和一套把直流電再轉變為交流電的PWM逆變器。一旦市電中斷,蓄電池立即對逆變器供電以保證UPS電源交流輸出電壓供電的連續性 當電力發生

47、故障時,UPS在柴油發電機完全起動前取代市電,繼續向用電設備供電。另外,交流電網嚴重干擾常常會造成計算機的計算錯誤和數據丟失,采用UPS后輸出的正弦波能保持良好的波形而且不帶干擾。 所有列為一級負荷的設施包括收費亭、收費車道和收費站的收費設備、交通監控設備和通信設備均由UPS供電。 由于UPS的高可靠性,加上在接UPS之前會先連接穩壓器,設計時以經濟性為原則,不再考慮采用兩臺UPS一開一備的方案。 當市電電源發生停電問題時,UPS的供電電源將自動轉接至緊急發電機供電系統,以確保一級負荷電源不間斷。第3章 高速公路收費系統的應用一系統功能1.1 收費作業流程的控制系統的車道收費處理單元設備控制收

48、費作業流程，車道收費處理單元由車道計算機、顯示收費作業信息的顯示器和收費作業臺、收費費額顯示器、語音報價器、收費票據打印機、收費放行電動欄桿和車輛檢測器所組成，系統工作方式如下：收費員按鍵輸入交費車輛類型到收費計算機，收費計算機計費并送收費費額顯示器顯示，語音報價器報價，經收費員確認后，計算機控制打印輸出發票，并輸出信號控制收費放行電動欄桿升起，車道通行信號燈亮綠色，放行車輛，車輛檢測器測到車輛通過后向車道控制器傳送“通過”信號，車道控制器輸出控制信號，控制收費放行道閘欄桿落下，車道通行信號燈亮紅色。工作方式見圖一.1.2 收費信息采集和處理系統以車道收費處理單元系統設備和CCTV系統設備進行

49、采集和處理車輛通行情況和收費員收費作業情況的圖像和數據信息，并將信息傳送到收費監控室，向收費作業管理人員提供實時的收費作業信息，工作方式見圖二.收費作業信息的采集 收費作業信息的采集方式是：收費員判別繳費和免繳費車輛類型通過收費鍵盤向計算機輸入車型操作，收費計算機同時進行語音報價，此時車道報價機將發出報價提示音，同時報價機數碼管顯示應繳金額及車型。司機繳費完成，收費員通過收費鍵盤操作車輛放行，此時票據打印機打印一張票據，同時道閘欄桿將自動抬起，車道將抓拍一張疊加有本次收費相關信息的車輛圖像，本次收費數據通過網絡上傳至服務器。收費作業信息的處理：1、車道計算機接收到收費員鍵入的車型及繳費信息后，

50、經自動處理輸出如下信息：a. 語音報價機報出禮貌用語和收費金額b. 控制票據打印機打印票據.c. 收費顯示器顯示收費作業信息d. 傳送收費數據信息給車道控制器，車道控制器輸出：1向收費費額顯示器輸出顯示金額數據信息.2視頻疊加信息.（亭內和亭外攝像機）3.I/O口（繼電器組）2、車道計算機接收到收費員鍵入免費信息后，經自動處理輸出如下信息：a. 車道收費計算機將本次免收費相關數據上傳至服務器。b. 道閘欄桿自動升起放行，車道通行信號燈亮綠色。c. 費額顯示器處于空白狀態。d. 收據打印機不動作。3、CCTV亭內和車道攝像機采集的收費員工作情況圖像信息，送到車道控制器疊加收費數據信息，然后送CC

51、TV監視器上對應顯示收費員的作業情況和當前的收費金額，CCTV通道攝像機采集的車輛情況及通道放行情況的圖像信息送監視器顯示。4、收費管理人員在進行實時監視收費作業的過程中，根據收費作業情況和收費作業的要求對收費作業情況通過實時錄象機錄像。1.3 收費數據處理系統監控室的網絡服務器、收費管理計算機、監視計算機、財務計算機和圖像計算機，與車道收費處理單元組成一個計算機管理收費數據信息采集系統。通過收費管理計算機進行參數設置，包括身份碼的黑白名單、個人密碼、費額表和用戶級別設置以及進行補罰款數據的輸入；通過監視計算機對上傳數據實時監視；通過財務計算機進行收費數據的查詢打印。收費數據實時傳送收費數據由

52、各車道計算機通過局域網實時上傳到數據服務器，監視計算機可實時監視收費數據，并通過財務管理計算機對各個車道計算機上傳的工班收費數據進行集合并處理。在系統異常情況下，無法實時傳送，可自動將未傳的工班收費數據存于本地機硬盤，不會丟失，等網絡通暢后，再自動上傳。收費數據的處理過程1、初始狀態1、正反雨棚信號燈呈紅色2、道閘欄桿落下，車道紅綠信號燈呈紅色；3、手動欄桿處于封閉車道狀態；4、費額顯示器處于空白狀態；5、收費軟件顯示收費員登陸界面。2、收費員上班1、收費顯示器在等待操作員輸入工號、口令及票號。2、收費員通過數字鍵輸入自己的工號、口令及票號，確認無誤，操作確認后，系統進行身份與口令校驗。a.

53、收費計算機上傳收費員工號、車道號、起始票號、上班日期和時間b. 正向雨棚信號燈自動變綠、反向雨棚信號燈自動變紅c. 如果是晚間上班，車道霧燈自動打開，并閃爍；d. 向字符疊加器發送收費員相關信息，并進行疊加e. 道閘欄桿自動落下，車道紅綠信號燈呈紅色；f. 車道收費顯示報價初始化完成g. 系統進入正常收費狀態。如果被確認為無效收費員信息，收費登陸界面則自動清空，并提示操作員重新輸入有效工號、口令及密碼。3、正常車輛的處理a.當車輛駛入收費車道并停在收費亭前時,自動抓拍線圈將抓拍一張車輛圖像并上傳至服務器，收費員進行人工車型判別，操鍵盤輸入車型，司機繳費完成后按下“確認”鍵之前，收費員可直接重新

54、操作車型。b.通行費額將通過收費顯示器、費額顯示器同時顯示和提示收費員和司機；同時,通行收費車道視頻符疊加至視頻圖像,以便監控員監督。c.當收費員確認已收取應支付的全部通行費（現金）時即可按下“確認”鍵：d.票據打印機打印一張票據；e.道閘欄桿升起，車道通行信號燈呈綠色；f.車道收費計算機生成本次收費數據，進行車道視頻字符自動疊加，并再次抓拍一張疊加有收費數據信息的圖像，收費數據與圖像一同上傳至服務器；g.車輛通過自動落桿線圈后，道閘欄桿自動落下，車道紅綠信號燈呈紅色；4、免費車種(含軍車、公務車、緊急車)處理a.當免繳費車輛通過收費車道時，收費員首先操作以應車型，如：軍警、政府、及友鄰等；然

55、后按下相應的車輛類型，如：一類、二類、三類等；放行完成后，收費計算機將上傳本次收費記錄至服務器；b.道閘欄桿自動升起，車道通行信號燈顯示綠色；費額顯示器處于空白狀態，收據打印機不動作；c.車輛通過自動落桿線圈后，道閘欄桿自動落下，車道紅綠信號燈呈紅色；5、違章車的處理a.當收費員未完成收費業務處理操作,車輛已駛入道閘落桿線圈檢測范圍內，則確認該車輛違章；b.收費計算機自動觸發車道報警器，經過10秒鐘或收費員按“解除報警”鍵后報警停止；c.收費計算機自抓拍該違章車輛圖像；d.將本次違章數據信息同抓拍圖像自動上傳至服務器。6、車隊的處理當特許通過的“車隊”來到收費車道時,收費員按下“車隊開始”鍵,

56、此時自動欄桿處于打開狀態,費額顯示器和車型分類顯示器處于空白狀態,當車隊全部通過檢測器檢測區域后,收費員再按下“車隊結束”鍵，自動欄桿落下，系統恢復到車道正常收費業務處理的初始狀態。同時，自動抓拍線圈已記錄抓拍了所有通過的車輛，并上傳服務器。7、收費員下班a.收費員下班時，操作收費鍵盤下班鍵，系統完成下班任務，并將下班時所有數據信息上傳至服務器；b.正反雨棚人號燈呈紅色、霧燈閉、道閘欄桿落下、車道紅綠信號燈呈紅色、收費報價顯示機初始化并呈空白。1.4 數據信息的管理系統由收費管理系統數據庫對收費數據信息進行管理，收費管理系統數據庫能儲存保留五年以上的數據供查詢檢索，結果可通過服務器或管理計算機

57、的顯示器顯示，查詢檢索內容如下：a. 所有收費車輛收費數據日、周、旬、月、季度、年情況b. 某收費員、某車道、某班次、某一車型、某票號段在某一時間段收費情況c. 某一時間段及某日等收費車次情況d. 收費員工作記錄及非正常運行、非正常操作、車隊、錯票等情況記錄e. 系統工作狀況信息二.系統組成各收費車道計算機相互獨立無通信關系。三.主要設備3.1 主要車道設備：車道計算機、專用鍵盤、車道智能控制柜、票據打印機、道閘、車道攝像機、費額顯示器、字符疊加器、閃光報警器、霧燈、車道紅綠信號燈、雨棚紅綠信號燈車道計算機系統是一個獨立完成收費作業、控制收費作業流程的系統。與每個設備相對獨立，當系統網絡發生故障和進行故障處理時，不影響各個車道計算機系統的正常收費；當系統中某個