【正文】 高速公路適應(yīng)工業(yè)化和城市化的發(fā)展。城市是產(chǎn)業(yè)與人口的集聚地，其汽車的增長(zhǎng)遠(yuǎn)比鄉(xiāng)村快的多，成為汽車的集聚中心，因此高速公路的建設(shè)多從城市的環(huán)路，輻射路和交通繁 忙路段開(kāi)始，逐步成為以高速公路為骨干的城市交通??第二，汽車技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高速公路建設(shè)提出客觀要求。目前汽車已成為人類社會(huì)必不可少的交通工具，因此需要高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施的配合汽車的輕型化和載重化是兩大發(fā)展趨勢(shì)，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(jī)結(jié)合。高速公路按其功能可分為城市內(nèi)部高速公路和城市間高速公路兩大類；按其距離長(zhǎng)短可分為近程高速公路（ 500km以內(nèi)）、中程高速公路（ 5001000km）和遠(yuǎn)程高速公路（ 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(jì) 30 年代西方一些國(guó)家開(kāi)始修建，60 年代以來(lái)世界各國(guó)高速公路發(fā)展迅速。 世界第一條高速公路誕生于 30 年代的德國(guó)，到目前為止，全世界已有 60 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)興建了高速公路，總里程達(dá) 20 多萬(wàn)公里。在國(guó)外，一條高速公路建成 3 至 5 年后，其兩端的大城市會(huì)沿高速公路不斷延伸發(fā)展，形成以高速公路為軸線的產(chǎn)業(yè)帶。高速公路建成后，其兩側(cè)和周邊將形成高速公路經(jīng)濟(jì)帶，極大地推動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場(chǎng)化進(jìn)程。 高速公路機(jī)電系統(tǒng)是發(fā)揮道路設(shè)施交通功能的主要輔助管 理系統(tǒng)是對(duì)高速公路實(shí)施現(xiàn)代管理的主要工具。高速公路機(jī)電系統(tǒng)主要由高速公路監(jiān)控、收費(fèi)、通信、照明、供配電和隧道安全運(yùn)行保障等子系統(tǒng)構(gòu)成。各子系統(tǒng)之間與系統(tǒng)內(nèi)部由通信網(wǎng)聯(lián)系。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院論文（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 2 第二章 高速公里機(jī)電系統(tǒng) 一．高速公路通信系統(tǒng) 高速公路通信系統(tǒng)的特點(diǎn) 高速公路通信系統(tǒng)是高速公路現(xiàn)代化管理的支撐系統(tǒng) , 是實(shí)現(xiàn)高速公路現(xiàn)代化管理必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。它實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和圖像等信息準(zhǔn)確而及時(shí)地傳輸 , 同時(shí)保證高速公路管理部門之間業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)通訊的暢通 , 并為高速公路內(nèi)部各部門與外界建立必要的 聯(lián)系。主要有以下特點(diǎn) : （ 1）高速公路的各級(jí)管理機(jī)構(gòu)及沿線設(shè)施一般均建筑在公路兩側(cè) , 沿公路呈線狀分布。一般通信站都設(shè)置在收費(fèi)站或管理所的所在地 , 通信站的地理位置在公路建設(shè)時(shí)已基本確定 , 即不能隨意選址設(shè)站 （ 2）高速公路的管理體制一般采取分級(jí)管理、集中控制調(diào)度 , 高速公路通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為樹(shù)形結(jié)構(gòu)。此外 , 各級(jí)管理機(jī)構(gòu)與公路沿線各地有關(guān)部門及上級(jí)機(jī)關(guān)也必須保持通信聯(lián)絡(luò)的暢通 , 高速公路通信系統(tǒng)是以內(nèi)部通信為主 , 并進(jìn)入電信公用網(wǎng)。 （ 3）在高速公路管理處、管理所、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站收費(fèi)、監(jiān)控分中心等機(jī)構(gòu)之間 以及外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備與監(jiān)控分中心之間需進(jìn)行語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等各類信息的傳輸和交換。為及時(shí)處理交通事故 , 進(jìn)行交通調(diào)度指揮 , 有關(guān)部門必須和巡邏車等保持通信聯(lián)絡(luò)。 數(shù)字通信網(wǎng)在高速通信系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn) 數(shù)字通信網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn) 近年來(lái) , 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)及光通信技術(shù)的迅速發(fā)展 , 大大加快了從模擬通信向數(shù)字通信過(guò)渡的進(jìn)程。數(shù)字通信網(wǎng)由數(shù)字交換和數(shù)字傳輸兩大部分組成 , 它可以對(duì)話音、數(shù)據(jù)、圖像等各類信息進(jìn)行數(shù)字化 , 把它們都作為數(shù)字信號(hào)來(lái)處理 , 它和以往的模擬通信網(wǎng)相比有如下優(yōu)點(diǎn) : 不同 的信息使用通用的處理設(shè)備 , 不僅容易實(shí)現(xiàn)而且比較經(jīng)濟(jì) 。 噪聲和衰減失真不隨傳輸距離而增加 , 大大提高了通信質(zhì)量 。 數(shù)字通信設(shè)備大量采用集成電路和大規(guī)模集成電路 , 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院論文（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 3 有利于設(shè)備小型化和降低成本 。易于進(jìn)行信號(hào)處理 , 大大提高了通信網(wǎng)的功能。 以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳輸和交換一體化 ,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。數(shù)字通信網(wǎng)使得高速公路通信質(zhì)量產(chǎn)生了一個(gè)飛躍 , 高速公路通信系統(tǒng)作為一個(gè)新建網(wǎng) , 理所當(dāng)然要適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的方向 , 積極采用數(shù)字通信技術(shù) , 構(gòu)筑數(shù)字通信網(wǎng)。 數(shù)字通信網(wǎng)的構(gòu)成 數(shù) 字通信網(wǎng)是由數(shù)字交換節(jié)點(diǎn)和數(shù)字鏈路組成的 , 使用數(shù)字交換設(shè)備和數(shù)字傳輸設(shè)備在兩個(gè)或多個(gè)指定的點(diǎn)間提供數(shù)字連接 , 是用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳輸和交換信息的通信網(wǎng)。 數(shù)字通信的特點(diǎn)是將時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)通過(guò)抽樣、量化及編碼變成時(shí)間上離散的信號(hào) , 再將各路信號(hào)的傳輸時(shí)間安排在不同的時(shí)間間隙內(nèi)。為了分清首尾和劃分段落 , 還要在規(guī)定數(shù)目的時(shí)間間隙加入 識(shí)別碼組即幀同步碼 , 形成按一定時(shí)間規(guī)律排列的比特流 , 即 pcm 信息碼。 在我省高速公路通信系統(tǒng)中 , 由于用戶電話機(jī)等設(shè)備一般還是模擬式的 , 所以采用 pcm 基群 終端機(jī)音頻口與用戶設(shè)備接口。 pcm 基群終端機(jī)完成信息的編解碼和 32 路 64 kbps 數(shù)字信號(hào)的時(shí)分復(fù)用 構(gòu)成 mbps 基群群路信號(hào)。采用數(shù)字程控交換機(jī)實(shí)現(xiàn) 64 kbps 電路交換 , 并在交換機(jī)主局建立頻率基準(zhǔn)。當(dāng)傳輸系統(tǒng)采用 sdh 傳輸系列時(shí) , 可在各站直接分插上下 mbps 電路與 pcm 基群群路接口。 從層次分析高速公路通信系統(tǒng) a)第一通信層 : 長(zhǎng)途網(wǎng) 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(qū)網(wǎng) 包括各路段管理處與所屬 管段內(nèi)的管理所、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)等部門之間的通信 , 屬區(qū)間通信。 c)第三通信層 : 用戶網(wǎng) 它是路段內(nèi)各通信站與該站服務(wù)范圍內(nèi)各類用戶之間的通信 , 屬站內(nèi)通信。其特點(diǎn)是通信業(yè)務(wù)量大 , 通信距離短 , 實(shí)時(shí)性強(qiáng)。 高速公路通信系統(tǒng)的組成和功能 高速公路通信系統(tǒng)確保話音、數(shù)據(jù)及圖像等各類信息準(zhǔn)確及時(shí)地傳輸 , 為各四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院論文（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 4 種先進(jìn)的管理手段提供信息傳輸?shù)幕A(chǔ)。高速公路通信系統(tǒng)基本上由以下幾部分組成 : a) 主干線傳輸 作為交通專業(yè)通信網(wǎng)的通信主干線 , 它不僅要滿足長(zhǎng)途網(wǎng)和地區(qū)網(wǎng)的傳輸要求 , 而且考慮到省內(nèi)各地區(qū) 交通部門的通信需要 。 b) 業(yè)務(wù)電話 它是通信系統(tǒng)基本的通信業(yè)務(wù) ,包括網(wǎng)內(nèi)各級(jí)管理機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)電話和個(gè)人電話 , 它能實(shí)現(xiàn)專用網(wǎng)內(nèi)用戶和公用網(wǎng)用戶之間的通話 。 c)指令電話 為在高速公路內(nèi)部進(jìn)行交通管理和調(diào)度指揮服務(wù) , 指令電話調(diào)度臺(tái)對(duì)分機(jī)具有選呼、組呼、全呼等功能 , 它包括有線指令電話和無(wú)線指令電話 。 d) 緊急電話 是高速公路內(nèi)部專用的安全報(bào)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(shù)據(jù)傳輸 包括收費(fèi)系統(tǒng)內(nèi)部的收費(fèi)車道 — 收費(fèi)站 — 收費(fèi) ( 分 ) 中心三級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的外 場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備 — 監(jiān)控 (分 ) 中心之間的二級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò) , 通信系統(tǒng)為上述計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)提供傳輸信道 。 f) 圖像傳輸 包括 cctv 交通監(jiān)控圖像及會(huì)議電視圖像傳輸 , 通信系統(tǒng)為各類圖像信息提供傳輸信道。 二． 高速公路監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用目的 高速公路與一般公路相比，具有線型好、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高、交通流量大、行車速度快等特點(diǎn)，但如不采用先進(jìn)的監(jiān)控管理措施，在交通量大、氣候惡劣的情況下，極易發(fā)生交通事故和交通阻塞。 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)沿線的外場(chǎng)設(shè)施 (各類檢測(cè)、顯示等裝置 )及時(shí)、準(zhǔn)確、 完整地收集并預(yù)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(guò)監(jiān)控中心的監(jiān)視 (顯示 )設(shè)備直觀地了解交通運(yùn)行狀況。在發(fā)生交通異常時(shí)，能即使確定事故或手阻區(qū)域，并實(shí)時(shí)發(fā)布相應(yīng)的誘導(dǎo)和救援信息。 由于種種氣候問(wèn)題如大霧、暴雪、暴雨等低能見(jiàn)度的惡劣天氣造成了高速公路發(fā)生嚴(yán)重堵車、關(guān)閉、車輛事故、甚至是連環(huán)相撞等重大交通事故。加之目前高速公路的配套設(shè)施還存在不完善的問(wèn)題，以及駕駛員的對(duì)交通法規(guī)不足等多方面原因，使得高速公路的管理難度越來(lái)越大。 為了提高高速公路的管理和服務(wù)水平，目前各 高速公路都在實(shí)施或即將實(shí)施全程監(jiān)控。高速公路全程監(jiān)控正日益成為高速公路日常運(yùn)營(yíng)管理 的一個(gè)重要手段，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。閉路電視監(jiān)控是高速公路全程監(jiān)控的重要組成部四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院論文（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 5 分，可供監(jiān)控人員直觀了解道路交通狀況，同時(shí)也可增加自動(dòng)檢測(cè)設(shè) 備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)交通事件或異常隋況，還可通過(guò)錄像回放對(duì)事件發(fā)生過(guò)程進(jìn)行了解和調(diào)查，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理交通事故、避免二次事故、保障交通暢通、減少財(cái)產(chǎn)損失、提高服務(wù)水平提供了有力支持。因此閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的重要性不言而喻。 高速公路的重大車禍?zhǔn)鹿蕮岆U(xiǎn)救援與普通公路差別較大，一旦事故出 現(xiàn)，就存在傷亡嚴(yán)重、救火迫切以及快速清理現(xiàn)場(chǎng)和救出傷者的應(yīng)急反 應(yīng)能力。而且還需要與高速交警、消防部門、醫(yī)療衛(wèi)生部門等多個(gè)部門的聯(lián)動(dòng)救援。因此，實(shí)現(xiàn)高速公路運(yùn)行監(jiān)控的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、智能化，是提高高速 公路管理水平的重要舉措，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不可缺少。 如今，越來(lái)越多的“非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法”被運(yùn)用到各種交通事故中。交警不需要到現(xiàn)場(chǎng)，借助高科技，不僅處罰準(zhǔn)確、透明，而且“認(rèn)事不認(rèn)人”的陽(yáng)光違法追究原則也在改變一些駕駛?cè)说挠^念。面對(duì)鐵證如山的“電子罰單”，一些過(guò)去習(xí)慣于通過(guò)關(guān)系擺平的人，也只能乖乖認(rèn)罰。 3G、高清、網(wǎng)絡(luò)備受青睞 近年來(lái)高速公路路網(wǎng)不斷完善，高速公路的管理將由“線狀”變?yōu)椤懊鏍睢?，高速公路傳統(tǒng)視頻監(jiān)視點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬傳輸方式雖然直觀、圖像質(zhì) 量清晰，隨著路網(wǎng)完善，視頻圖像的不斷增加，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬方式顯然不適應(yīng)現(xiàn)階段或?qū)?lái)對(duì)視頻圖像的管理和利用，難以發(fā)揮視頻監(jiān)控系統(tǒng)的綜合管理作用。隨著 IP 網(wǎng)絡(luò)逐漸走向?qū)拵Щ拖嚓P(guān)設(shè)備價(jià)格的不斷下降，區(qū)別于占用專門光纖傳輸點(diǎn)到點(diǎn)之間模擬視頻圖像的純 IP 架構(gòu)下的高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)將極大的提高高速 公路視頻監(jiān)控水平，以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)、開(kāi)放、智能化的遠(yuǎn)程視頻圖像監(jiān)視 。 目前高速公路全程監(jiān)控的主要構(gòu)成方式是采用標(biāo)準(zhǔn)的攝像機(jī)作為前端設(shè)備，其最大圖像分辨率可達(dá)到 D1 標(biāo)準(zhǔn)。信號(hào)傳輸采用視頻光端機(jī)， 為了節(jié)省光纜纖芯，一般采用節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)。由于標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)的分辨率低，難以兼顧場(chǎng)景監(jiān)控和細(xì)節(jié)監(jiān)控。而當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，由于顯示細(xì)節(jié)少，在監(jiān)視畫(huà)面上只 能粗略判斷事故情況。 而高清攝像機(jī)的圖像分辨率高，可從 100 萬(wàn)像素到 500 萬(wàn)像素，分辨率動(dòng)態(tài)可變。高清攝像機(jī)在高速公路上的應(yīng)用是一個(gè)完全 IP 數(shù)字 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用分布存儲(chǔ)集中管理方案，主要特點(diǎn)為全數(shù)字、全 IP 尋址 、分布式存儲(chǔ)架構(gòu)、可變圖像監(jiān)控。采用高清 IP 攝像機(jī) (100 萬(wàn)像素以上 )， 保障了監(jiān)控系統(tǒng)中有效畫(huà)面具有足夠清晰的結(jié)果，有助于判斷事件情況，及時(shí)處理。 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院論文（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 6 在整個(gè)高速公路聯(lián)網(wǎng)體系中，身處任何地點(diǎn)的人員，也可以通過(guò) 3G 終端參與到視頻會(huì)議中 。工作人員還可以將 3G 終端所拍攝到的現(xiàn)場(chǎng)實(shí) 時(shí)聲音和圖像，發(fā)送到分指揮中心或是總指揮中心。由于 3G 視頻終端是通過(guò)相對(duì)性價(jià)比更高的 3G公網(wǎng)來(lái)傳送音視頻信號(hào)，因此可以低成本實(shí)現(xiàn)對(duì)公路的機(jī)動(dòng)無(wú)盲 點(diǎn)巡檢。 目前，我國(guó)絕大部分省份高速公路已形成路網(wǎng)，單獨(dú)路段的異常事件影響的 范圍越來(lái)越廣，必然要求相臨路段之間能互通協(xié)調(diào)，這就帶來(lái)了聯(lián)網(wǎng)的需求，聯(lián)網(wǎng)主要包括數(shù)據(jù)和視頻兩部分。到現(xiàn)在為止，全國(guó)多個(gè)省已建立了聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心，基本實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。 使用監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu) 監(jiān)控中心主要有地圖板、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、緊急電話中心、 CCTV 控制中心等設(shè)備。 地圖板的作用在于可全面直觀地顯示道路全況，并可動(dòng)態(tài)地顯示設(shè)備運(yùn)行狀況。地圖板設(shè)在控制中心內(nèi)，由顯示板和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成。地圖板的尺寸為14amp。times。，為全國(guó)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中地圖板之最。地圖板的控制 是通過(guò)以微計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的控制器來(lái)完成的，控制器與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的通信單元進(jìn)行通信，并對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)修改。 2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 緊急電話系統(tǒng)和 CCTV 控制中心均安放在一個(gè)大型操作臺(tái)上。計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 由主計(jì)算機(jī)、交通控制計(jì)算機(jī)、彩色圖型計(jì)算機(jī)等組成，此系統(tǒng)的主要功能為： 1 收集車輛檢測(cè)數(shù)據(jù)、交通流、占有率、氣象狀況、 CCTV 圖像等。 2 分析以上數(shù)據(jù)并可通過(guò) CCTV 確認(rèn)，向 CMS、 CWS 發(fā)出命令，以完成實(shí)時(shí)控制。 3 在地圖板上顯示道路與外場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)、檢測(cè)參數(shù)等。 4 在大屏幕投影儀上動(dòng)態(tài)顯示高速公 路的曲線、運(yùn)行狀況等。 5 將公路上發(fā)生事故的時(shí)間、地點(diǎn)，損壞、處理方式等記錄下來(lái)。 6 數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)報(bào)表，包括交通報(bào)告、事故與事件的報(bào)告、控制命令的報(bào)告、四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院論文（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 7 所有設(shè)備工作狀況的報(bào)告。 7 對(duì)系統(tǒng)的軟、硬件、外設(shè)自檢，若有故障發(fā)生，將報(bào)警并采取措施排障。 8