未來高速公路的機電工程發展

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摘要：隨著中國經濟的發展，中國高速公路的通行里程為世界第一，中國高速公路網涵蓋全國各個省市。根據相關報道，除國家干線，東部較發達省份的高速公路運營有利潤外，高速公路的運營處于嚴重虧損。高速公路收費依靠高速公路機電系統的建設，高速公路機電系統未來的發展趨勢將會是節約運營成本，減少維護成本，使車輛更方便快捷通過高速公路收費站，本文從5個方面論述了高速公路機電系統的發展趨勢。

關鍵詞：自動化；智能化；電子支付；模塊化；安全性；節約成本；高速公路

機電系統隨著我國經濟及水平的發展，截至2017年，我國高速路建成通車13.1萬km，通車總里程居世界第一。根據國務院《國家公路網規劃（2013-2030）》，國家高速公路網將由7條由北京向外敷設的放射線，11條縱貫南北的主干線，18條橫貫東西的主干線構成一個基本涵蓋全國重要的大中小型城市的交通格局。目前，由于我國的經濟發展的限制，我國高速公路的建設基本采用“貸款修路、收費還貸”的模式建設。根據相關報告，國家主要干線高速公路及東部較發達地區的城市連接線高速公路的運營存在利潤外，我國高速公路建設運營后，收費上基本無法滿足運營成本和貸款利息，高速公路運營公司一直處于虧損狀態中，為地方財政及銀行帶來很大的壓力。高速公路的收費主要由高速公路機電系統完成最后的收費任務，高速公路機電系統的建設模式、建設理念及設備是否先進等都影響著高速公路運營公司的運營成本。

1高速公路機電系統的定義與組成

高速公路機電系統又稱作高速公路智能交通工程。高速公路機電工程主要由3大系統與隧道機電系統組成。3大系統分別為通信系統、收費系統、監控系統。其中通信系統為橋梁，負責各個系統的連接與數據的傳輸；監控系統為“眼睛”，負責高速公路路況的檢查，事件的確認，為高速公路運營人員提供決策數據；收費系統為核心，一條高速公路建成后的收益由收費系統完成，并由收費系統進行統計。高速公路隧道機電工程為建設與高速公路監控系統的組成相似，是收費管理人員確認隧道是否行車安全的“眼睛”。

2高速公路運營費用的簡要分析

我國經濟發展的現狀以及我國高速公路“貸款修路、收費還貸”的政策，促使我國高速公路運營公司需要減少高速公路運營成本。高速公路運營成本除去必要的道路管養成本，機電設備更換成本，主要可進行調控的為人工成本，人工成本中主要的部分為收費員人工成本。以1條100km的高速公路，按照每20km設置1個收費站，每個收費站設置3入3出的車道，每天收費班次按照3班輪換制計算，1條高速公路需要的所有收費人員為90人（不包含應急人員）。參照各省的最低人均工資水平，西部省份按2500一個月計算，5險1金按工資總額的12%計算，這條100km的高速公路所需的收費人員人工成本為302萬元，不包括收費人員的吃住等一系列其他的生活消耗成本。為了100km高速公路的順利運行，機電維護部門需要配備至少10人，不包括隧道維護人員。若這條100km的高速公路每個車站配置1入1出2條ETC通道，在其他條件不發生改變的基礎下，每年收費人員的人工成本為201萬元。因為自動化的收費車道調整，運營公司每年收費人員的人工成本直接節約100萬元，相應的收費人員的吃住等生活消耗成本均會減少。ETC車道的通行效率較人工收費車道會提高很多。由上可知，通過科技手段，減少人工成本的投入，將會使高速公路的運營成本大大減少，同時增加高速公路的通行效率。

3高速公路機電系統的發展趨勢

高速公路機電系統的發展主要依托于各個投資單位，即后期運營公司的需求。根據用戶需求，高速公路機電系統將會不斷的發展為智能化、模塊化等，快速處理的能力將成為高速公路機電系統的發展趨勢。

3.1自動化

高速公路機電系統發展將會更為自動化，普通人員的需求將會越來越少，對業務能力強、處理突發情況突出、善于溝通交流的復合型人才的需求將會越來越大。高速公路機電系統將不再配備收費人員收費，所有的收費會通過“小型機器人”收發卡機完成。在許多小區均實現的無人值守的進入車庫的情況將會在收費站出現。車主只需在自動收發卡機上領取收費卡，即可通過收費車道，無需停車等待。在車站領取的卡內將會寫入車輛的車牌號、入口車站編號等基本信息。各個收費站收費車道將會客貨分離，貨車車道將會在貨車通過收費站時，在寫入車輛的車牌等基本信息外，還會寫入車輛的車重信息，讓收費更加透明。

3.2大力發展電子支付

隨著科技的進步，電子支付行業得到了長足的發展，高速公路機電系統也將出現電子支付。車主可通過銀行卡、手機、信用卡等完成支付，無需現金的收繳，極大的增加高速公路收費站的通行效率。在收費站出口處，將會出現電子收費與人工收費分離的現象。每個收費站僅需1條人工值守的收費車道，用于處理突發情況即可。在電子收費窗口，人們也將會通過另一種“小型機器人”售檢票機來實現電子收費。通過車牌讀取設備讀取車牌信息，通過車主提交的通行卡，讀取通行卡信息，通過對比，車輛通行費將會顯示在售檢票機上，車主可通過手機掃碼、刷銀行卡、信用卡等方式直接進行電子支付，減少現金交易。隨著大數據的進一步發展，駕駛證、身份證將會被賦予支付功能，車主通過收費站，只需使用身份證或駕駛證在售檢票機上“刷卡”，即可完成付費。

3.3模塊化

高速公路機電系統將會向著模塊化的方向發展。現場無需專門設計，所有的設備均會成為整個系統的功能模塊。設備施工無需接線，全部采用插接的方式進行。在高速公路建設開始，建設單位將現場設備的布置、所需線纜的長度提供給機電設備生產廠家，機電設備生產廠家將設備及接線在出場時即完成。設備到現場后，機電施工只需將對應的插口連接上，即可將系統搭設完成。高速公路機電系統的模塊化建設將會大大降低建設成本及維護成本。以上述的100km高速公路計算，機電維護系統僅需2~3人即可在1h內保證全線高速公路機電設備的穩定運行。運營公司做好備件，當設備出現損壞時，設備維護人員僅需將模塊化的設備更換即可。

3.4智能化

高速公路運營公司在降低高速公路收費人工成本后，也會將設備維護的人工成本降低。設備維護人員不再需要很多，且設備維護人員不再需要培訓很久，不再需要具備較深的理論知識，所有的高速公路機電設備將會更加智能化。所有的高速公路機電系統設備將會擁有自己的“身份證”，即每個設備都會有自己的設備維護檢修記錄。每個高速公路機電系統設備均會具備故障反饋功能及設備預檢修檢測的功能。設備出廠前，設備廠家會根據以往經驗，在設備內預先設置設備的預檢程序及預檢周期，根據設備的運行時間及運行情況，將會進行自我檢測，并將檢測結果反映到運營管理人員的檢修記錄中，設備會根據自檢情況，向檢修人員“通知”檢修時間及故障更換時間等。設備自身的提示將會實時反映到運營管理中心，運營管理中心會將記錄計入到各個設備的臺賬中，當設備檢修時間到了，系統會發出提示，通過不斷校正時間，會形成適合每條線路自己的設備檢修及設備更換周期臺賬。當設備在運行時間出現故障，設備會將故障信息通過設備反饋功能，實時提供給運營管理中心，為維護人員做好提示，機電系統維護人員只需根據設備提示，將設備檢修所需的備件更換，即可完成設備的維護。更換后的設備組件將會被回收至工廠，經過拆卸、維修等得到進一步的使用，降低原材料的浪費，減少環境污染。

3.5進一步提高高速公路行駛的安全性

高速公路機電工程的發展，將會使車輛在高速公路上的行駛越來越安全。高速公路監控系統將會得到快速發展，通信系統的傳輸能力也將不斷擴大。每條高速公路的監控系統的視頻監控將會覆蓋整條高速公路。當車輛在行駛過程中出現意外，監控系統會根據意外出現的地點，實時將意外發生地的監控視頻切換至收費管理人員的工作站上，同時監控系統還會發出聲光一類的報警信息，提醒收費管理人員注意，根據突發事件的影響范圍，監控系統還可以通過內部設置的應急預案，為運營管理人員提供事故處理程序，運營管理人員通過確認，監控系統即可啟動應急預案，快速組織應急救援，減少二次災害、二次事故。根據我國經濟發展的情況，我國的高速公路在相對較長的一段時間內都將實施收費政策。隨著我國科技的進步，小型機器人越來越人性化，需要依靠人工進行重復類操作的職業將會越來越多依靠小型機器人。隨著我國的大數據業務的不斷發展，我國的生活智能化將會得到快速的發展。科技的進步及高速公路運營公司對成本控制的要求，也會讓高速公路機電系統越來越人性化和自動化，在將來，我們可能會在一個全自動化的高速公路上，安全到達我們想去的任何城市。

參考文獻：

[1]陳啟美，金凌，王從俠．高速公路通信收費監控系統構成與進展[J].國防工業出版社，2006.

[2]參考《中國公路》，《中國交通信息化》，《作者:單位:中國高速公路》《中國交通建設監理》統計數據.

[3]《云南高速公路交通機電系統設計優化研究》.

作者:吳嬌嬌 蘇運良 單位:中交路橋建設有限公司 中交隧道局電氣化工程有限公司