（交通运输规划与管理专业论文）高速公路机电系统评价指标及方法研究.pdf

摘要本文是在对国内外正在研究或者已经实施的高速公路机电系统进行深入研究的基础上，以系统发展的角度为出发点，以提高高速公路机电系统的运营为目的，建立高速公路机电系统评价指标和评价方法。旨在发现高速公路机电系统运营过程中存在的不足并为提出相应整改措施提供依据。本文根据评价目的及高速公路机电系统的特点，遵照指标选取的一般方法，从设备技术方面和机电系统运营效果两个方面选取评价指标。在综合考虑各种评价方法适用性的基础上确定高速公路机电系统指标体系的评价方法，在评价的过程中，指标权重和隶属度的确定是重点也是难点，本文采用层次分析法( a h p ) 和九度法则来确定各指标权重，对判断矩阵进行一致性检验；评价结果的处理也是评价的关键性工作，本文对其进行了说明。最后，根据建立的评价模型结合具体实例进行多级模糊综合评价，体现了本文的实用价值。关键词：高速公路机电系统评价指标体系a b s t r a c tn i sa n i c l ei sj no l d e rt oe s t a b l i s ht h ei n d i c a t o rs e ta n dm e t h o do fh i g h w a ye l e c t r o m e c h a n i c a le n g i i l e e r i n g ，w l l i c hi si nt h ef o u n d a t i o no ft h o m u g h c s e a r c h i n gd o m e s t i ca n df o r c i g nt l l eh i 曲w a ye l e c t r o m e c h a n i c a ls y s t e m ，t a k i i l gt h es y s t e md e v e l o p m e n t柚d e弱t h es t a n i gp o i n t ，t a l 【i n ge n h a n c e dt h ch i 曲w a ye l e 咖m e c h 卸j c a ls y s t e mt l l eo p e r a t i o n 勰t h eg o a l ni sf o r t h cp u r p o s eo fd i s c o v e r i n gt h ei n s u 艏c i e n c yi nt h e 硪g l l w a ye l e c t f o m e c h a l l j c a ls y s t e mo p e r a t i o np r o c e s sa n df o rp r o p o s e dt or e o 唱a n i z e st h em e a s u r ct op r o v i d et h eb a s i s t h i sa r t j c l es e l e c tt t l ea p p r a i s a lt a r g c t 劬mt h ec 删p m c n tt c c h i l o l o g ya s p c c t姐dt h ee l e 咖m e c h a n i c a l 勖g i n e e r ! i n g 叩e 豫t i 傩c f f e c tt w o 勰p e c t s 跏r d i n gt oa p p m i s e st h cg o a la n dt h ce l e c t r o m e c h a l l i c a le n g i n e e r i i l gs y s t e mc h a r a c t e r i s t i c ，o b e y i n gt h ct a r g e t i e c t i 衄t h cg c n e r a lm c 也o d t h e 勰s e s s m e mm e t h o do fe l 咖m c c h 卸砌e 】g i n e c r i n gi sb ed e t 锄i n c d ，f o u n d a t i o fc 0 璐i d e r c dj ne a c hl 【i n do f 弱s e s s m e n tm c t h o dt bb ed e t e 血”dt h ew e i g h i n go ft a r g e 翘卸dd e 夸e eo fd c c p e n d e n c ci s锄p h 嬲髓锄dn o d u s t h j sa f t i d cu s e st h ea h p 柚dn j n cs c a l e sl a wt 0d e t c 咖i n cv a r i o u st a r g c 协w e i g 虬伽晡c s t h cu 岫坯越i n a t i 伽t ot h ej u d g m 吼tm a n 白【a p p r a i s a l s u l tp r o c e s s i n ga l s oi st h e 伽c i a lw o 咄，t h i sa n i d eh 勰c a r t i e d 伽s h o w i n gt oi t f 缸a i i y t h i sa n i c l em a n i f c s tt h ep m c t i c a lv a l u e a c c o r d i n gt ot h ea p p r a i s a lm o d e lu n i o n n 训e 懿锄p l ew h i c hc s t a b l i s h e sc a 玎i e s 衄t h ef l l z z y啪p r c h s i v ej u d 舯c n t k e y w o r d s ：h i g h w a y ；e l e c d m c c h 趾i c a l 如百n 血g ；e v a l u a l i ；h d i c a t 町t ；论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：街确汹列缉占月，。日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。( 保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：衙啼成导师签名：至建节哞f 月，一日础g 月。日第一章绪论1 1 研究背景及意义信息技术和生物技术是二十一世纪最具突破性的学科。其中，信息技术对交通有最直接的影响，信息化在交通运输领域集中表现为智能交通( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ，简称i t s ) 的产生和发展。随着社会的进步和人类认知水平的提高，人们对交通运输系统的认识也越发深刻。i t s 的产生和发展使人们不得不从更广的视角重新对交通运输系统加以审视，由此入手人们更清楚的认识到交通运输系统的目的不仅是实现入和物的移动，同时也有助于实现服务和信息的移动。交通运输业是国民经济中具有全局性和先导性的基础产业高速公路则是科学技术和社会生产力发展到一定水平的必然产物，它极大地促进了交通运输业发展，提高了人们的认识，改善了人民的生活。高速公路作为现代化的交通基础设施，以其通行能力大，行车速度快的显著特点，成为适应现代产业结构发展需要的骨干运输方式和重要的运输通道，摆脱了以往公路运输在综合运输体系中具有短途、零散、中转接卸功能的附属地位，使汽车运输灵活、机动、“门到门”的优势得到了充分的发挥纵观全球发达国家的发展轨迹，无一不是与优先发展交通运输事业，尤其是与高速公路休戚相关，大规模建设高速公路是发达国家交通运输发展的一般规律。在已经或初步形成高速公路干线体系的发达国家，其高速公路的运输强度己大大超过了铁路运输的强度，起到了重要运输大动脉的作用。自1 9 1 9 年德国在柏林修建了世界上第一条往返分离的高速公路以后，世界各国都加快了高速公路的修建，迄今为止世界上已有6 0 多个国家和地区修建了高速公路。我国大陆自1 9 8 8 年沪嘉高速公路建成通车以来，高速公路的建设随着我国经济持续高速的增长和公路运输需求的剧增加快了步伐，截至2 0 0 5 年底，我国高速公路通车总里程达到4 1 万公里，居世界第二位大量高速公路的修建在一定程度上缓解了国内交通资源紧缺的情况。随着交通的进一步发展，人们发现仅靠大量的修建高速公路并不能满足交通运输的发展要求。从上世纪后半叶，随着电子技术、通信技术，计算机和控制技术的飞速发展，为全面解决交通问题提供了新的思路，即不仅应该修建更多高标准的交通基础设施，而更应该采用先进的信息、通信、控制等集成技术对交通网络或区域交通进行更有效的控制与管理，提高交通的机动性、安全性，最大限度地发挥现有道路系统的交通效率。基于现代科学技术的发展以及资源的限制，交通建设己经逐渐从依靠扩大路网规模来解决日益增长的交通需求转移到用高新技术来改造现有道路交通系统及其管理体系，从而达到大幅度提高路网的通行能力和服务质量这一目的智能交通系统将先进的信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术以及计算机处理技术等有效地运用于整个运输管理体系，使人，车、路密切地配合，和谐地统一，从而建立起一种在大范围内，全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统啪。目前，i t s 的科研和应用正在欧美、日本等发达国家蓬勃开展，在我国，i t s 也日益得到政府、大学、科研机构和各企业单位的重视，近年来不但有许多i t s 的研究成果发表，而且不停车电子收费( e t c ) 、车辆自动识别( a v i ) 等i t s 技术在高速公路上也已经应用，可以说我国的智能交通系统应用正在由“点”到“线”再到“面”的逐步发展。，正是在智能交通思想的指导下，机械电子设备开始大量的应用于高速公路，使得其在高速公路运营过程中发挥着越来越重要的作用，但是在整个高速公路后评价体系中对于机电系统的评价指标体系的研究基本处于空白状态，正是由于此部分评价系统的不完善使得建设部门在对机电系统投资评估时缺乏依据，对于运营部门则无法对机电系统的实际运营效果作出考核。本文正是基于此背景之下开展研究的，属于高速公路后评价的一部分，是对高速公路后评价这一大系统进一步的完善和深化。由此，本评价的作用具体表现为以下四个方面：对于前期投资的指导作用4在我国近期高速公路的建设过程中，对高速公路机电设备的投资额越来越大，在整个项目投资中的比例有上升的趋势，如何规范、合理的对高速公路机电设备进行投资，使之可以保证高速公路机电设备以i t s 的方向可持续发展，因此制定对于运营状态下的机电系统的评价，为总结前期投资经验提供了理论依据，对于未来项目的前期投资有着重要的指导作用。对于机电系统本身的改进作用通过对机电系统的运营情况进行评价，确定实际运营过程中所存在的问题，通过对问题的分析和研究，制定切实可行的建议和措施，使得机电系统更好的服务予高速公路。一对于机电系统设计和集成企业的导向作用高速公路机电项目的开发研究和应用实施都需要巨额投资。由于信息技术日新月异，产品虽多，但大都处于试验阶段，各大公司争相推荐自己的产品，使得高速公路在选型订货以及应用效果分析方面无所适从，没有通用的评价标准，缺乏对机电产品和技术的社会效益、经济效益实际运营评价的依据，没有一套适合关于高速公路自身发展特点的对于机电系统评价的理论与方法，以此来促进高速公路机电系统的发展，因此对于本评价体系的研究，对于高速公路机电系统设计及集成企业也有技术指导作用，对于项目可持续发展的作用，现阶段，由于各设计单位对于高速公路设备选型的依据不尽相同，对于其所要实现的功能不尽统一，本文提出对于高速公路机电系统进行评价使得对于高速公路机电系统的选型更符合高速公路对于机电系统的要求，对于项目的可持续发展有着很好的推动作用。因此，研究建立高速公路机电系统的评价指标体系十分必要。通过建立完善的高速公路机电评价指标系统，针对其评价效果所反映的从项目决策、实旌到项目运营各个阶段所存在的问题，可以提出针对性的改进措施，使我们对于机电设备的投资决策更趋理性，同时也使现有机电设备的潜力得到更好的发掘。1 2 国内外研究现状国外对于i t s 的评价，如美国n a t i o n a li t sp r o g r 锄p 1 a n 和t i o n a li t sa r c h i t e c t u r e 基于提高全国交通系统的安全性等6 个目标来建立评价框架啪。u n d e 珊0 0 d 和g e l l r i n g 认为对于i t s 项目评价必须按社会效益、个人效益、企业效益对效益进行分类。社会效益主要从社会整体来看，i t s 给社会带来的效益，如减少交通堵塞、提高安全性、改善环境、减少能源消耗等。个人利益，是从个人角度来看这些有效利益给自己带来的好处。企业效益是由于物流的合理化，开拓出新市场而使销售量增加。t u r n e r 等提出了德克萨斯州评价i t s 效果的框架，评价目标有机动性和可达性、效果和效率、可选性和通达性、安全、环境和社会敏感性、经济增长和国际贸易，相应于每个目标提出评价指标。z h a n g等将目标分为技术评价范畴按目标分为技术评价、影响评价、用户接受度评价、社会经济评价、市场评价和财务评价。c a u b e t 等提出了出行安全、出行时问、用户舒适度和污染的i t s 项目评价框架”。由于目前各国对i t s 项目评价的现状各不相同，因此有必要分析各国i t s项目的体系结构及评价方法。就目前的情况来看，国家或者地区级的相关研究成果集中体现在国家i t s 体系结构( t i o n a li t sa r c h i t e c t u r e ) 中。美国最先于1 9 9 6 年完成国家i t s 体系结构，后经多次修订，第四版( v e r s i o n4 o ) 已于2 0 0 2 年6 月发布；欧盟制定的i 【a r e n ( k e y s t o n ea r c h i t e c t u r er e q u i r e df o re u r o p e a nn e t w o r k s ) 计划开发的欧洲i t s 框架结构( f r 鲫e w o r ka r c h i t e c t u r e ) 也于2 0 0 0 年9 月完成，2 0 0 2 年3 月发布了1 1 版；日本国家i t s 体系结构( j a p a nn a t i o n a li t sa r c h i t e c t t l r e ) 由五个政府部门警察厅，通产省、运输省、邮电省和建设省联合开发，并己于1 9 9 9 年1 1 月完成并发布；澳大利亚、加拿大、韩国等国家也已发布或加紧制定其国家i t s 体系结构旧美国国家i t s 体系结构( u sn a t i o n a li t sa r c h i t e c t u r e u n i a ) 共分为六部分：1 综合摘要( e x e c u t i v es 咖a r y ) 、2 体系结构定义( a r c h i t e c t u r ed e f i n i t i o n ) 、3 评价( e v a l u a t i o n ) 、4 实旋策略( i m p l e m e n t 8 t i o ns t r a t e g y ) 、35 市场包( m a r k e tp a c k a g e s ) 6 标准( s t a n d a r d s ) 。与i t s 评价相关的内容主要集中于评价部分。评价又分为六部分：l 通讯评价( c 删n i c a t i o n sd o c u m e n t ) 、2 评价设计( e v a l u a t o r yd e s i g n ) 、3 成本分析( c o s ta n a l y s i s )4 性能和效益分析( p e r f o m a n c e8 n db e n e f i t ss t u d y ) 、5 风险分析( r i s ka n a l y s i s ) 、6 评价结果( e v a l u a t i o nr e s u l t s ) 。欧盟i t s 框架结构中包含成本效益分析( c o s t b e n e f i t sa n a l y s is ) 和i t s体系结构实施的风险分析( r a i dr i s ka n a l y s i sf o ri t sa r c h i t e c t u r ed e v e l o p m e n t ) 日本在分析借鉴美国和欧盟体系结构的基础上予1 9 9 9 年1 1 月发布了i t s 体系结构。主要包括三大部分：构筑体系结构的方针；构筑体系结构的成果；应用体系结构的方针。美国运输部( d o t ) 又先后公布了一系列i t s 评价指导性文件，例如i t s 评价指南2 l 世纪运输公平法案评价指南( i t se v a l u a t i o ng u i d e l i n e s _ - t e a 一2 1e v a l u a t i o ng u i d e l i n e s ) 、国家评价战略( n a t i o n a le v a l u a t i o ns t r a t e g y )等m 。其它相关研究成果基本以上述内容为基础。评价方法主要是传统交通运输项目评价所采用的成本效益分析法( c b a ) ，有些研究也尝试使用成本效果分析法( c e a ) 和多准则分析方法( m c a ) 。虽然有些成果形成了针对具体i t s 项目的评价准则和指标体系并进行了相应的实践，但在不同类型的项目之间难以进行比较，原因还在于数据库完整性以及评价准则和指标体系通用性的缺乏美国德州交通研究所围绕i t s 评价进行了一系列研究，从投资项目的评价指标体系研究到i t s 评价文献综述，继而给出德州i t s 评价框架，并在2 0 0 0年底进行了后续研究嘲。在我国玎s 研究虽然起步较晚，但发展很快。近年来，依托交通部和有关大专院校，成立了国家i t s 研究中心，完成了深圳市智能运输系统发展战略及规划研究、北京市i t s 系统规划与实施方案研究等科研成果；实施或正在建设首都机场高速公路不停车电子收费系统、上海虹桥机场组合式不停车电子收费系统以及哈尔滨智能化公安交通管理系统等一大批i t s 应用示范工程。在i t s 项目评价框架研究领域，2 0 0 0 年在中国智能运输系统体系框架中，清华大学、同济大学、天津大学、北京工业大学、吉林工业大学、交通部公路科学研究所、总后军事交通学院进行了i t s 经济技术评价的联合攻关研究。最后研究成果提出了中国i t s 项目的评价框架，并将i t s 项目评价分为经济评价、技术评价、社会和环境评价、风险评价等五个方面进行了研究，在评价体系和方法研究中取得了阶段性成果在高速公路研究和应用i t s 方面，广东省1 9 9 8 年组织开展交通工程总体规划和研究工作，从路网角度制定统一实施方案，在全省高速公路推行不停车电子4收费系统；四川省以全省高速公路网交通工程总体规划为依据，推行并启动“一卡通”工程；江苏、山东等经济发达省份在部分高速公路路段实行联网收费，并正在实施高速公路联网收费“一卡通”总体计划。陕西是一个经济相对落后的内陆省份，交通基础设施比较薄弱，高速公路建设虽然起步较早，但发展较慢由于建设资金短缺，多数高速公路的通信、监控、收费等机电项目均作为二期工程未能实施。高速公路i t s 研究和应用甚少。近几年随着经济的发展、高速公路里程的增加，推动以及交通部对联网收费的要求。为此陕西交通科技创新工程2 0 0 1年2 0 l o 年规划纲要把交通智能运输系统( i t s ) 列为重点研究课题，把电子收费、监控、通信系统技术开发应用列为主要内容。西安公路研究所于2 0 0 1 年对全省高速公路联网收费、通信、监控系统提出了总体规划，但主要是从机电技术应用的角度研究较多，缺少高速公路路网i t s 体系以及交通规划框架研究嘲。综上所述，国内外关于高速公路机电系统的评价研究在对于i t s 的评价过程中已经有所涉及，但是从研究深度和广度方面仍然欠缺，对于高速公路机电系统的评价体系仍然不够完善，因此深化i t s 阶段性的评价体系即研究我国高速公路机电系统的评价体系是十分必要的，一方面是对现阶段我国高速公路机电评价的总结，另一方面也是对我国高速公路i t s 评价体系的完善提供必要的基础。1 3 研究目标及主要内容1 3 1 研究目标本文研究的重点不在于特定的机电项目，而在于机电项目评价将共同面临的问题。通过对机电项目评价指标体及方法的研究，对高速公路后评价体系和对于i t s 项目评价体系的完善和发展有着积极的意义。本文的研究目标是为高速公路机电系统的评价建立评价体系指标，并在指标体系建立的基础上对评价方法进行深入研究，为高速公路机电系统评价广泛的展开确定一定的理论基础。1 3 2 主要研究内容尽管高速公路机电项目决策评价的研究在国内外已经有所开展，然而对于高速公路机电项目来说很多问题远远没有得到解决，针对目前高速公路机电项目决策评价的研究现状和高速公路营运管理实际的迫切需求，本论文主要研究的内容是在整合现有高速公路机电系统的基础上，对系统进行目标与用途、功能进行深入分析，研究机电系统的评价框架，并基于此框架构建指标体系，确定研究方法。本文的主要研究内容包括以下五个方面：5第一章绪论，论述本文的研究背景，阐明了高速公路机电项目评价的涵义和作用，并在对国内外研究现状分析的基础上，论证了对高速公路机电系统进行评价指标体系研究的意义和必要性。并据此确定了本文研究的耳标及研究内容。第二章现状高速公路机电系统被划分为四大系统，即监控系统、通信系统、收费系统、电源照明系统，本文是在对现状高速公路机电系统进行研究的基础上使配电和照明两大系统单列，同时增加隧道机电系统，在此整合的基础上对机电系统进行目的、组成、功能作出分析，并据此引出确定机电系统评价的目的及评价的理论框架。第三章根据指标确定一般方法，依据第二章对于各个系统的分析和研究，从系统运营后的设备状态和系统运营效果两个准则层确定评价指标，并对各个指标确定的必要性进行深入分析，同时确定指标获得的一般方法第四章在前一章机电系统指标体系确定的基础上，依据第二章的理论框架在对评价方法研究的基础上研究确定对于高速公路机电系统的评价方法。第五章依据上述获得的指标体系和评价方法对具体实例进行论证。第六章总结本文对于高速公路机电系统指标体系研究的内容及深度，确定后续研究方向及研究内容。对于行文思路如图1 1 所示：确定对于高速公路机总结全电系统文，确指标体定后续系进行研究方研究的向作用及必要性图1 1 论文研究的结构框图6第二章高速公路机电系统评价分析基础2 1 高速公路机电系统整合高速公路以其高速、安全、舒适的特点赢得了人们的广泛赞誉，高速公路的这一特点在很大程度上要靠高速公路机电系统来实现。随着高速公路的逐渐成网，高速公路运营管理所必需的交通工程设施高速公路机电系统显得日益重要。高速公路机电系统作为一个整体，它的功能和效果大致可归纳为以下6 个方面删：保障通行能力和交通运行效率提高交通安全性降低交通能耗和交通对环境的影响提高运输生产力提高旅行的舒适和方便程度加快建设资金的回收速度高速公路机电系统是指为高速公路车辆快速、高效、安全、乘坐舒适而设置的各种机电及其保障设备根据当前我国高速公路管理、建设、科研设计部门的一般理解，高速公路机电系统可分为监控系统、通信系统，收费系统、电源照明系统“儿h 儿1 州脚“”四大系统，其中监控系统包括：信息收集系统、信息处理系统和信息发布系统，通信系统包括：干线通信系统、移动通信系统、紧急电话系统和程控交换系统，收费系统包括：收费车道系统、收费站系统、收费分中心和收费中心，电源照明系统包括；交流供电系统、直流供电系统、照明系统和隧道系统。具体组成如图2 1 所示就实际而言，高速公路机电设施是根据交通工程学的原理和方法为使道路通行能力最大、经济效益最高、交通事故最少、公害程度最低而设置的装备因此对于高速公路机电系统的评价体系研究则力求涵盖到机电系统的各个方面，使得评价指标体系更加系统的表现对于机电系统的评价。但是由图2 1 所示的传统的四大系统，例如供电照明系统，现阶段如公路工程质量检验评定标准机电分册已将供电照明系统划分为两个不同的系统，由此点可见，传统的四大系统对于如今机电系统大量的运用于高速公路而言，其对于系统划分的局限性可见一斑，因此本文将从更科学、更有利于对其评价的角度对现有的高速公路机电系统进行系统科学的整合其整合的依据是公路工程质量检验评定标准机电分册和公路建设项目后评价理论与方法研究“小。7匾镁爨嚣峨锄蒜龌窜篱樽篓爵【n圃罄f霉螺嚼脚蒜崾啦铡n“匦首先依据公路工程质量检验评定标准机电分册，有必要把供电照明系统分为供电系统和照明系统。主要原因是由于随着电子技术广泛的应用于高速公路，电子设备日益增多，对于供电需求的多样化使得供电系统不仅仅只再作为照明系统的附属，其对于高速公路正常运营起着越来越重要的作用，此外，对于高速公路的大部分机电设备都要求2 4 小时不间断供电，其所配备的不再仅仅是直引的交流电源，多数都配备备用电源或者u p s 电源系统，供电设备对于高速公路的正常运营而言其更需要进行系统化。因此本文将高速公路供电系统单列。其次，对于照明系统的单列也是由于其对于高速公路的正常运营所起的作用越来越重要，其不仅仅满足高速公路运营的基本要求，另从景观美学的角度其也起着越来越重要的作用。再次对于原属于供电照明系统的隧道机电系统单列，此依据同样是公路工程质量检验评定标准机电分册，根本原因是因为对于隧道机电系统，其有相对独立的监控、照明、供电、通风和报警等系统，将其单列有利于对隧道机电系统进行评价监控系统、通信系统、收费系统按照已有划分不变，因此经整合后的系统可以分为六各部分，分别为监控系统、通信系统、收费系统、供配电系统、照明系统、隧道机电系统。其系统划分具体如图互2 所示。2 2 系统组成及功能分析进行高速公路机电系统评价指标体系的研究，需要对高速公路机电系统各系统设置的目的、作用、组成、功能等方面加以分析，以此作为高速公路机电系统评价分析的基础。2 2 1 监控系统分析1 、设置监控系统的目的及其作用1 ) 设置监控系统的目的车流时空分布、气候、道路线形和地形等因素会对高速公路交通状况产生影响，高速公路监控系统的目标在于削弱这些影响，主要包括：解决由于恶劣天气、交通事故和车辆故障等造成的交通拥堵具体表现在如下几个方面：( 1 ) 实时准确地采集和处理交通流参数和气象等有关数据；( 2 ) 有效监视交通状况和气候变化，及时掌握高速公路运行状况；( 3 ) 及时发现和处理安全隐患，降低事故的发生率与造成的损失；( 4 ) 当交通量趋于道路通行能力而接近饱和时，对交通流进行合理诱导控制，以提高路网运输效率。2 ) 监控系统的作用高速公路区别于一般公路的本质特征在于车辆行驶高速、快捷、安全、舒适。然而，交通事故、车辆抛锚、货物散落和气候变化等不可避免的偶发事件如果不能及时发现和处理，势必造成交通阻塞甚至引起交通事故。高速公路监控系统的作用就在于实时监测这些偶发事件的信息，并采取及时有效的控制措施予以解决。具体来说，其作用如下：( 1 ) 实时采集高速公路交通状况发生异常变化的信息，并及时对信息进行科学的处理，通过可变情报板和路侧广播予以发布，向司机通报路况：( 2 ) 向道路使用者实时提供最佳行驶路线和运行速度，通过可变限速标志、可变情报板、匝道控制设备和交通地理信息系统( g i s ) 来实现高速公路网上交通流的动态平衡；( 3 ) 向医院、公安等救援部门以及服务区、养护工区等沿线机构发送突发事件信息和有关指令；( 4 ) 机电设各运行信息监控，包括设备运行状态的显示与控制、路由之间的探测与响应、链路与传输延迟检测、设备配置参数跟踪与网管数据测试等。2 、监控系统组成及功能分析高速公路监控系统是提高高速公路运营管理效率的现代化手段之一，为实现监控系统的功能从而达到它的目的，高速公路监控系统由信息处理系统和外场设施组成。信息处理系统又包括监控总中心、监控中心和监控分中心，外场设施主要包括信息采集系统和信息提供系统。如图2 4 所示。1 ) 信息采集系统信息采集系统应采集以下信息，以供信息管理系统分析、决策使用。( 1 ) 交通流信息采集应用车辆检测器等，采集交通量、车速、占有率、交通组成等信息。( 2 ) 气候信息采集应用气象检测器等，采集冰冻、雾雪、风力、风向等信息。( 3 ) 环境信息采集应用环境检测器等，采集道路环境豹相关参数，如：温度、湿度、能见度以及有害气体浓度、噪声等。“) 突发事件信息采集应用紧急呼救电话、巡逻车、闭路电视等，采集交通事故、道桥养护维修，车辆故障、车辆违章等信息。2 ) 信息处理系统高速公路监控信息的处理基本都是在各级监控中心完成的，监控中心的功能具有数据采集与处理、事故自动检测、交通控制方案自动选择、显示功能、统计查询功能、图像监视、系统设备监测、协调处理系统内交通管理业务的功能，为l l实现上述功能监控中心需配置相应的硬件设备和软件。高速公路的监控软件应具备功能包括数据采集、数据分析、制定控制方案，控制命令下发、实时数据显示、数据查询、数据维护等。监控中心硬件设备主要是控制、显示及通信设备，其主要包括中心计算机及其外设、通信控制器、综合控制台、电视监视器、地图板或大屏幕投影。3 ) 信息发布系统信息发布系统应向司机、管理部门、救援部门等提供以下信息。( 1 ) 向司机提供的信息应用可变情报板、可变限速标志、路侧广播等，向驾驶员提供最佳路径选择、最佳行车速度以及交通阻塞、事故等路况信息。，( 2 ) 向管理、救援部门提供的信息当发生交通事故时，及时、全面、准确地向管理、救助和公安等部门提供相关信息。( 3 ) 向杜会提供的服务信息通过交通广播、互联网等媒体向高速公路以外的用户提供服务信息。信息采集系统信息处理系绕信息发布系统图2 4 监控系统功能结构2 2 2 通信系统分析m1 、设置通信系统的目的及其作用1 ) 设置通信系统的目的修理厂广义而言，通信系统的目的是设法使收信端获得一个与发信端相同的、尽可能不失真的消息。设置高速公路通信的目的是为公路交通部门传输语言、文字、图像、数据等信息提供基础保障。2 ) 通信系统的作用高速公路通信系统是现代通信技术的应用分支。随着大规模集成电路技术、计算机技术、光纤通信技术和程控交换技术的发展，信息服务已深入到各个领域。随着我国高速公路建设的发展，光纤通信技术应用到高速公路专用通信网中，使公路专用通信技术发展到新的水平。通信系统的在整个高速公路机电系统运营过程中起到一个平台作用，为监控、收费及其它语音、数据传输等提供支撑作用，保证高速公路管理部门之间业务联络通信的畅通，并为高速公路内部各部门与外界建立必要的联系。其具体作用如下：( 1 ) 为本高速公路管理及收费、监控系统提供不问断通信手段，保证实时的语音、数据、文字和图像通信，并有足够的能力适应综合通信系统的扩展。( 2 ) 数字程控交换系统具有语音、数据综合通信能力，并能在今后适应综合业务数字网( i s d n ) 标准。( 3 ) 满足远期扩容及与省级或国家级公路通信专用网及电信公用网的联网要求。( 4 ) 配置的应急电话系统，构成本路段专用安全电话网系统。2 、高速公路通信系统的基本组成及其功能分析高速公路通信系统由干线传输系统、程控交换系统、移动通信系统、紧急电话系统组成，高速公路通信系统网络组成如图2 6 所示。具体功能分析如下：( 1 ) 干线传输系统干线传输系统主要由通信管道，电、光缆线路和光纤数字传输系统组成。干线传输系统对于现阶段而言为光纤数字传输( 大多基于s d h ) 系统，其主要为高速公路沿线设旌( 诸如程控交换机、业务电话) 之间提供话务通信，它还为监控，收费系统的数据、传真、图像等非话业务提供传输通道。( 2 ) 程控交换系统程控交换系统由程控交换机和程控交换网络组成。程控数字交换系统为高速公路沿线提供业务电话和指令电话，由通信中心的一套汇接局数字程控交换机及若干用户( 沿线各管理设施内) 组成。其功能有以下四点：完成管理部门各单位点对点的语音、传真、图像和数据的传输。实现管理中心和下属各单位一点对多点的同时通信。与上级业务管理部门和外界社会的通信。具有对系统状态自动检测的功能。( 3 ) 移动通信系统移动通信系统包括基地台、中转台、便携台、车载台、有无线转接设备等。移动通信系统是为高速公路调度通信服务的，一般采用8 0 0 瑚z 集群，下设基站。由于沿高速公路有光传输通信系统，因此基站之间的联网都使用此光缆链路，只需在综合业务接入网的光网络单元( o n u ) 和光线路单元设备上设音频接口板即可。其主要功能为极大的弥补了公路程控电话和报警电话的不足之处，使得在公路的各个位置的信息传输成为可能。( 4 ) 紧急电话系统紧急电话系统由主，分机系统组成。紧急电话系统为高速公路上驾驶员提供一个直接呼救求援的专用通信系统，该系统在监控中心设紧急电话控制中心，控制本管理区域内的所有紧急电话，是一个独立的系统图2 6 高速公路通信系统网络组成2 2 。3 收费系统分析m m 习1 、设置收费系统的目的及其作用1 ) 、设置收费系统的目的由于人工收费方式存在少收、漏收、闯关等现象，不利于高速公路的运营管理，因此现阶段高速公路一般都采用半自动化的的收费方式，采用此收费方式的1 4主要目的是在保证高速公路通行顺畅的前提下，使得通行费用的征收更趋于公平、合理。2 ) 收费系统的主要作用收费系统的主要作用如下：( 1 ) 根据车型和行驶里程进行收费，尽量做到收费公平合理。( 2 ) 最大限度地杜绝少收、漏收和营私舞弊行为，保证高速公路运营取得最大的经济效益和社会效益。( 3 ) 减少出入口的收费手续，提高收费的工作效率，尽量降低由于收费过程引起的交通延误，提高高速公路的通行能力。( 4 ) 与交通监测系统配合，提供交通流量数据，帮助实现线路堵塞情况下的匝道控制与调节。( 5 ) 对收费金额、票据、车型等信息统计完整、准确，并能帮助进行财务分析和预测，实现智能化财务管理。( 6 ) 保证与监控系统、通信系统的一致性，实现高速公路现代化运营管理。( 7 ) 为智能运输系统的实现预留一定接口。2 、收费系统组成及功能收费系统主要由收费软件系统和硬件系统组成1 ) 收费软件系统收费系统的软件可分为两大组成部分：车道收费系统和收费管理系统。( 1 ) 车道收费系统是前台系统，其功能是进行车道设备控制、车辆通行控制、车辆通过和收费数据的原始记录。( 2 ) 收费管理系统是后台系统，其功能是实现车辆通过过程的后台监督、收费业务管理、营运管理、数据组织和备份维护、数据统计和统计分析管理。收费管理系统又分为站级管理和中心管理。站级管理包括本站各车道车辆通行过程的监视、运行管理、本站的收费业务管理、收费凭证管理和发票管理站级管理还要承担数据的组织工作，采集车道数据，并将数据组织在数据库中中心收费管理系统是全路段的信息中心和运营管理中心。其功能是实现全路各站收费监督、收费业务管理及营运参数的设置和下发“”。2 ) 收费硬件系统收费硬件系统包括：车道设备、收费站设备、收费监视系统和收费中心设备组成具体如图2 7 所示。( 1 ) 车道设备收费车道设备包括车道控制计算机、收费员操作终端、票据打印机、收费金额显示器、电动栏杆或路障机、车道通行信号灯、天棚信号灯、雾灯、车辆图像抓拍系统、发卡机读卡机( 磁卡、i c 卡) 、车辆检测器、车辆分类设备等。其中车道控制计算机是车道设备的核心，其他均为外设，受控于车道控制计算机。图2 7 高速公路收费系统组成图其主要实现收费计算机管理减少人为干预，保证车型判别，费额计算准确。出入口栏杆与车辆检测器配合，准确统计通过车辆数日，有效防止冲关现象发生( 2 ) 收费站设备收费站设备包括收费服务器或主计算机、管理计算机、计算机通信设备、财务管理系统、交通量统计，打印系统、收费站业务管理软件系统、收费站的供电系统( u p s 、备用电源等) 、接地系统、信息传输系统。其主要功能是与收费车道控制计算机通信完成信息采集，与分中心计算机通信、上报各种信息，并接收、下发信息，通过闭路电视系统对广场交通情况进行监视。( 3 ) 收费站监视系统收费站监视系统由车道摄像机、收费亭摄像机、视频切换、系统控制设备、站与车道的对讲与监听设备组成。收费电视监控网络一般是以收费站为基本单元，中心、分中心可通过电话或电视信号，也可以通过光通信网络了解收费过程和收费广场的状态。其功能主要为实现对讲监听和图像监控功能，实现对收费过程的实时监控。( 4 ) 收费中心、分中心设备收费中心、分中心设备由服务器、管理计算机、通信计算机、交通量统计与分析、打印系统、收费报表统计与打印系统组成。其主要功能是收集收费站计算机上报的各种信息，转发各种命令、整理、统计、存贮、打印各种数据资料，并向监控计算机提供交通数据。2 2 4 供配电系统分析m 11 、设置供配电系统的目的及其作用1 ) 设置供配电系统的目的高速公路供配电系统是为高速公路沿线设施如：监控、通信、收费系统设备、养护服务设施及道路照明服务的，目的在确保其用电的安全、合理和可靠性，确保高速公路安全、通畅、经济、快速、舒适等综合效益最大限度地发挥。2 ) 高速公路供配电系统的作用相对与高速公路监控、收费系统，供配电系统同通信系统一样是高速公路运营的基础保障系统。其作用是为高速公路用电个体及系统提供持续的甚至是不间断的电能支持，保证整条高速公路的机电系统持续为高速公路运营服务。2 、供配电系统组成及功能分析供电系统主要包括变电所提供的交流电、柴油发电机供给的自备交流电源及由整流器、蓄电池和逆交器组成的交流不停电电源。低压交流配电屏应能接入一路市电和一路发电机组电源，在外线停电时，应能人工( 或自动) 转换到发电机侧；市电恢复供电后，应能自动转换到市电侧。低压交流配电屏应具有两组电源不能同时供电的互锁功能，它可以将交流电分别送到所需供电没备供电系统图如图2 8 所示供电系统中交流供电系统是整个系统运营的核心，其是由一路独立的1 0 k v 电源经变电所变压得到，其为监控系统、收费系统、通信系统、照明系统及隧道机电系统提供2 2 0 v 或3 8 0 v 交流电，当此交流电源发生断路时，由柴油发电机组为以上系统提供电源，而其中监控和收费系统中需要2 4 小时持续供电的部件由u p s 电源在断电时即提供电力保证。对于车辆检测器等需要直流供电的设备，由交流电经过整流对其进行供电，也有一些需直流供电的设备由于距离等关系，采用蓄电池供电。1 ) 交流供配电系统高速公路所用的电能大部分是交流电，部分外场设备所使用的直流电也是利用整流设备将交流电转变成所需的直流电。采用本地集中或相对集中供电的高速公路供配电系统，所用电源是从附近高压电网引出l o k v 或3 5 k v 高压电到高速公路的变电所，经过变压器产生3 8 0 、，22 0 v 的供电电压，再由低压配电屏及输配电线路送到各用电的设备。1 72 ) 柴油发电机组为保证在市电电源因故中断时高速公路收费系统、监控系统等重要系统能够正常工作，供配电系统需配备备用电源。目前国内多采用自动柴油发电机组，在供电断电时，机组能够自动( 人工) 启动发电和自动实现电源的切换。3 ) u p s 不间断供电系统u p s 不间断供电系统是一套将交流市电变为直流电的整流、充电装置和一套把直流电再转变为交流电的逆变器，具有稳压功能。一旦市电中断，蓄电池立即对逆变器供电以保证u p s 电源交流输出电压供电的连续性和保证系统电源的不断电和无瞬变要求。当电力系统发生故障时，u p s 在柴油发电机未完全启动时取代市电，继续向用电设备供电。另外，交流电网严重干扰常常会造成计算机的计算错误和数据丢失，采用u p s 后输出的正弦波能保持良好的波形而且不带干扰+4 ) 直流供电系统，直流电源主要供通信系统中某些直流设备的用电需要，如车辆检测器、紧急电话等，直流供电系统一般由交流电源经整流器整流后得到，直流供电系统的不问断电源可由蓄电池组构成。5 ) 电力电缆一。4电力电缆负担着输送电能和分配电能的重要任务。一般按电力线路电压高低分l k v 以上为高压线路，1 k v 一下为低压线路。电力线路按其结构分为架空线和电缆线路。目前高速公路1 0 k v 专板供电线路广泛采用架空线路，其特点是设备材料简单，造价低，施工方便，易于发现故障而便于检修，但容易受外界环境影响，供电可靠性差随着我国高速公路现代化发展和美化环境的要求，站区及沿线用电设施越来越多的采用电缆线路，其供电特点是受外界因素的影响小，供电可靠性高；电力电缆电容较大，可改善线路的功率因数；提高供电电压质量；减少无功损耗；有利于环境美观。-2 2 5 照明系统分析”盯1 、设置照明系统的目的和作用，1 ) 设置照明系统的且的高速公路设置道路照明的主要目的是为了使车辆在不使用前照灯的条件下也能够看清前方道路形状、周围交通情况，并能够及时认清前方障碍及各类标志等另外，高速公路对对向车辆前照灯眩光影响的要求较一般公路更为严格，因而足够的照明能够使驾驶员从容、安心地驾驶车辆，保证夜间交通安全。2 ) 照明系统的作用，高速公路具有良好的道路交通条件，其设计车速达1 0 0 1 2 0 k m h 。强大的交通流量和较高的车流密度对高速公路的行车安全造成很大的威胁，特别是高速公路的夜间行车安全。因此，高速公路的照明系统是保证高速公路安全行车的重图2 8 供电系统图要条件。大量的研究表明，高速公路照明条件的好坏，直接影响夜间高速公路的行车速度及交通事故的潜在发生率，进而影响到高速公路作用的充分发挥。具体作用如下：( 1 ) 高速公路照明系统的设置是为车辆驾驶人员创造良好的视觉环境，当汽车夜间高速行驶时，使得驾驶员能迅速准确地接受必要的视觉信息，使其及时作出反应，以事先防止由于视距不足而发生的交通事故( 2 ) 高速公路照明系统的设置使得提高了高速公路的通视和诱导性，容易注意前方，缓和了注意力的紧张程度，从而可以大大减轻驾驶员的驾驶疲劳，增加夜间行车安全感和舒适感，提高了运输效率，提高了道路利用率。( 3 ) 美化环境的作用。( 4 ) 为高速公路管理业务提供照明