高速公路机电系统概述Word格式.docx

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土建专业负责横穿过路钢管、路肩手孔等。

房建专业提供预留壁槽、电缆爬架、预留管理箱、机房电源和接地母线端子等。

供电专业提供三个系统所用的交流电源，与通信系统的分界面在通信机房的交流配电盘的外线端子；

与收费、监控系统的分界面在每个机房内，供电专业将线路引入机房，由收费、监控系统提供专用的配电盘并安装；

另外供电专业与监控系统外场设备供电的界面设在各变电站的交流配电屏上，供电专业为监控　外场设备供电预留用电负荷和空气开关。

第二部分：

智能交通收费系统

2.1概述

2.1.1收费制式及方式

目前高速公路收费一般采用封闭收费制式，即：

进入公路网行驶的车辆，在入口领取记录有其行驶记录有其行驶特征信息的通行劵，出口交回通行劵并按其行驶里程及车型通行费。

为准确收费，防止通行劵流失，在进出口高速公路的所有主线和匝道处都设有收费站，对有闭合环路且高接高立交为互通式的高速公路网，为了准确收费，应设置标车辆行驶路径误站。

国内高速公路大都采用半自动收费方式，即收费员人工判别车型，发通行劵、收通行劵、收费，计算机对收费信息进行校验和管理，闭路电视系统监视。

随着智能运输技术的发展，我国某些高速公路的部分收费车道采用了全自动的电子收费方式，某些城市道路和桥梁收费也已采用了电子收费。

但由于电子收费系统建设费用高，通行劵支付、闯关车辆追踪困难，目前世界上仅有一条高速公路全路采用电子收费。

2.1.2通行劵

作为高速公路收费通行劵的信息记录载体有纸质通行劵（打印票、条形码）、磁性通行劵（磁票、磁卡）和IC卡等。

纸质通行劵由于设备廉价，有相当一部分高速公路在使用。

纸质通行劵的最大缺点是容容易伪造。

目前有京津塘、环胶州湾和广州北环高速公路等使磁性通行劵。

磁性通行劵读写设备复杂，价格和运行费用高，维护量大，磁卡记录没有安全保障，磁卡本身易受电磁等影响。

IC卡可重复性使用，具有较强的保密能力，处理效率高，设备价格较低，使用成本低，维护量小。

而IC卡家族中的非接触IC卡处理时间短的特点使得国内的许多封闭收费高速公路采用非接触IC卡作为通行劵。

具体说来非接触IC卡具有以下优势：

1）安全性高

非接触IC卡从多方面实施其安全保密策略，卡内有严密的访问控制策略，可以控制卡内不同区域的存取特性，其安全性比磁卡高得多。

2）可靠性高，寿命长

IC卡防磁、防一定强度的静电，抗干扰能力强。

一般至少可重复读写十万次以上，可以节省大量的运营成本。

IC卡的读写器具比磁卡的读写器具简单可靠，造价便宜，容易推广，维护方便。

3）数据交换时间短，存储量大

采用非接触式射频技术进行数据交换缩短了卡片操作时间，提高了收费车道的通行能力；

非接触IC卡存储容量高达1024字节，可满足多种应用。

2.1.3付款方式

目前高速公路收缴通行劵的付款方式以现金为主，随着交通量的增加，以及金融系统的金卡工程逐渐普及，将储值卡作为通行劵和付款手段是一种趋势，从而形成以现金和储值卡并行的通行劵付款方式。

2.1.4收费站业务

2.1.4.1原始收费数据采集和统计

1）收费站实时搜集每一辆车的收费数据，并储存到数据库中

2）对原始收费数据进行统计并形成以下报表：

1、收费员班次报表

2、收费员对帐表

3、通行劵收入统计报表

4、交通流统计报表

5、通行劵统计平衡报表

6、欠收款、特殊处理、设备状况等报表

2.1.4.2收费监视

收费站通过计算机系统和闭路电视系统对以下情况进行实时监视：

1）车辆通过车道的图像信息；

2）收费员收费操作行为和安全状况的图像信息；

3）　广场交通流图像信息；

4）收费站运营管理的图像依靠信息。

2.1.4.3收费员班次管理

收费班次是指收费员从开始进入收费亭进行业务操作到结束的一段连续时间。

班次管理主要有以下内容：

1）统计、核查每个收费员在收费班次中应收金额、实收金额。

2）统计、核查每个收费员在收费班次中应收通行劵、实收通行劵。

3）产生收费员对帐表和班次结算表

2.1.4.4数据上传下达

1）收费站分别向收费分中心和收费总中心上传每辆车的收费数据。

2）收费站向收费分中心上传图像监视信息。

3）向各车道下发时钟、费率、黑名单等信息。

4）接收总中心、分中心下发的时钟、费率、黑名单等信息。

5）接收各收费车道上传的车辆收费数字信息和图像监视信息。

2.2入口车道收费流程

1）车辆驶入收费车道。

2）车辆通过收费车道第一个车辆检测器，启动车道控制器抓拍一帧图像，并将其数字化。

3）判断车辆类型：

一般车辆、公务车辆、免费车辆、紧急车辆。

4）若是一般车辆：

1、收费员对车型进行分类后，通过键盘输入车道控制器。

2、若使用非储值通行劵，收费员将存有入口车道收费站代码、收费员代码、车型分类、时间等有关数据的通行劵发给驾驶员；

若使用储值通行劵，首先核查该储值通行劵是否已被登录在黑名单上；

是，则收费员采取特殊措施；

不是，则进行正常的读写操作，余款不足的应通知驾驶员，然后将通行劵还给使用者。

3）若是公务车

1、收费员收取公务车通行劵

2、读出通行劵有关数据

3、判断通行劵上所记录的车辆信息与来车的实际情况相符则与否。

4、情况相符，收费员可确认来车为公务车，不相符，按一般车辆收费

5、若是免费车辆不进行发通行劵等操作，直接予以放行。

6、若是紧急车辆不进行发通行劵等操作，直接予以放行。

7、收费员确认操作。

8、车道通行灯由当前的红灯转为绿灯。

9、自动栏杆抬起。

10、车辆通过车道上第二个环行线圈检测器。

11、车道通行灯的绿灯灭，红灯亮。

12、本次收费操作的所有原始数据上传至收费站。

2.3出口收费流程

1）、车辆驶入收费车道。

2）、车辆通过收费车道第一个车辆检测器，启动车道控制器抓拍一帧图像，并将其数字化。

3）、判断车辆类型：

4）、若是一般车辆：

（1）、收费员对车型进行分类后，通过键盘输入车道控制器。

（2）、收费员收取驾驶员的储值卡通行劵，读取数据。

（3）、判断入口、出口车型分类是否一致。

（4）、若一致，则车道控制器根据由通行劵的数据自动计算通行劵。

（5）、向收费员显示费额，同时在费额显示器上向驾驶员显示应付金额、车型；

（6）、对于储值卡还应显示卡剩余金额。

（7）、收费员确认付款

（8）、收费员确认不用收费，直接予以放行。

（9）、车道通行灯由当前的红灯转为绿灯。

（10）、自动栏杆抬起。

（11）、车辆通过车道上第二个环行线圈检测器，车道控制器计数车流量。

（12）、自动栏杆悬璧落下，车道通行灯的绿灯灭，红灯亮。

（13）、金额显示器的显示全部还原为0。

（14）、车道控制器自动将本次收费操作的所有原始数据上传至收费站

2.4信息分类

按信息传输的时间要求可将信息分为实时传输数据和定时传输数据。

1）实时传输数据

1、车道发生的收费交易数据实时上传收费站计算机；

2、收费车道的数字化帧图像传站计算机；

3、收费站接收到收费交易数据实时上传总中心计算机；

4、班次结束后班次统计数据实时上传收费站计算机；

5、车道的设备故障信息实时上传收费站计算机；

6、收费车道、收费亭、收费广场、收费监控室的视频图像实时上传收费站CCTV监控系统；

7、上述视频图像可被上级系统切换监视；

8、收费总中心产生的系统运行参数实时下传各级计算机，直至收费车道，系统运行参数包括：

系统时钟、费率、人员名单、IC卡黑名单等。

2）定时传输数据

1、收费站、收费分中心定时向上传收费交易数据。

2、收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传特殊处理的数字化帧图像数据；

3、收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传收费员对帐数据；

4、收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传辖区内的小时、日、周、旬、月、年交通量统计数据。

5、收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传辖区内的小时、日、周、旬、月、年收入统计数据。

6、收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传辖区内的小时、日、周、旬、月、年IC卡流通统计数据。

7、收费总中心定时下传清帐结果数据。

2.5通行券与票证的发行、配给和管理

在这里以使用最普遍的IC卡为例，说明其发行配给和管理。

收费系统IC卡有通行卡、公务卡、身份卡和管理卡。

IC卡的发行包括从采购、接收、主密钥卡生成、应用卡初始化等基本环节。

IC购买后，接收IC卡的序列号等到标志应由计算机IC卡数据库管理进行管理。

IC卡发行前应确定系统主密钥，由发卡系统创建系统全部密钥卡和IC卡访问密钥。

系统主密钥创建后存放在专用密钥箱中，该密钥箱由总中心负责人保管。

系统密钥卡分为发行卡密钥卡，应用密钥卡和测试密钥卡三种。

系统密钥卡创建须由发卡中心发卡负责人由发卡中心发卡负责人进行保管。

IC卡初始化的类型为：

应用卡和系统卡，IC卡初始化流程如下：

1）递交IC卡初始化申请表；

2）收费中心批准申请；

3）发给申请人发卡密钥卡；

4）卡片初始化，登记卡数量，类型及卡号；

5）交回发卡密钥卡，已初始化的卡片专人管理。

损坏的IC卡经收费站确认后，交将损坏说明及原卡，经收费分中心负责人签批后按月上交收费中心，由收费中心一核销。

2.6通行卡

2.6.1通行卡

为保证系统正常运转，应确定好通行卡的以下参数。

由于交通量随时间而变化，通行卡总额及初始分配额应每半年-1年调整一次。

1）全路通行卡总量，为保证各收费站正常运边转，收费站的通行卡应有一定的冗余，同时要应避免购置过多储备卡造成太大的浪费。

2）通行卡的初始分配包括收费总中心、中心和分中心的备用卡数量、收费站通行卡数量、每班次各入口车道通行卡数量的初始分配。

3）当收费站通行卡数量下降至初始分配量的一定比例时，向所在的收费分中心申请配卡。

收费分中心先在所辖范围内的收费站间进行调配，调配卡可以是收费分中心的备用卡，也可以是其所属收费站中，现有通行卡超过初始分配额以上的部分。

若收费分中心调配发生困难，则向收费总中心申请调配。

4）若收费中心调配发生困难，则向收费中心请调配。

5）通行卡使用到一定时限由发卡中心统一淘汰更换。

2.6.2公务卡

1）公务卡的发放由发卡中心负责，每张公务卡必须进行登记。

2）公务卡应规定有效期，有效期满后。

用户到发卡中心重新确认，使用卡继续有效。

2.6.3身份卡

1）身份卡由收费分心统一发放，其发放对象为IC卡管理人员，发卡人员和收费员，上述人员凭身份卡进入相应的系统进行操作。

2）身份卡应进行登记。

3）身份卡遗失后必须立即报告主管单位，以便主管理体制单位迅速采取措施，防止他人冒用身份卡，以保证系统正常运行。

4）身份卡应规定有效期，有效期后。

用户到发卡中心重新确认，使卡继续有效

2.7通行费清算

两条及以上高速公路联网收费时，需要进行通行费清算。

高速公路收费清算模式借鉴银行轧差清算、账务分割的处理模式。

2.7.1帐户设置

1）清算中心在指定银行开设—集中清算帐户用于存放各路公司清算备付金及核算各路公司备付金的上划与下调。

2）各路公司在清算（指定银行？

）开设清算备付金帐户，用于路公司收费资金的日常清算。

3）各路公司布清算巾心放置备付金。

4）各收费站在收费总中心（清算中心）指定的银行开设存款帐户，用于存放收费金额。

5）发卡单位在收费总中心（清算中心）指定的银行开设存款帐户，用于存放储值卡发卡所得资金，并负责统计清算收费中使用储值卡的情况。

2.7.2清算模式

1）每辆车的收费交易数据由收费站实时上传收费总中心。

2）清算中心根据车辆的入出口地址，路径标识，对收费金额进行拆分。

3）清算系统在规定时间（轧帐时间），如凌晨交通量最低的时段，进行日终算处理。

4）清算中心通知银行实行资金划拨。

5）对帐务处理系统中帐务之间的平衡关系进行检查。

6）形成当日清算处理结果文件以及相关收费数据，发送给各收费中心。

2.7.3系统性能要求

高速公路收费系统对系统建设性能方面有以下要求：

1）完善性

收费体系和收费业务计算机管理、图象监视系统应尽可能减少通行费漏收和作弊行为。

2）建设规模适度

符合高速公路通路、交通流特性，与道路其它系统协调一致与运营管理体制协调一致。

3）兼顾收费系统的开放性和安全保密性保护投资者利益，做好与金融，电信等相关行业的衔接。

4）可靠性

收费系统具备高可靠性、容错能力和后备功能。

在上级机构故障或与其通信中断后或局部故障时，收费站和收费车道仍能完成收费业务；

5）技术先进

采用成熟的设备和技术，并具有一定的技术先进性和可扩充性

第三部分：

智能交通监控系统

3.1监控系统目标

高速公路交通状况受交通时空分布特性、气候、道路设计、地形等的影响。

一般来说，高速公路监控系统需要解决的主要问题有三个方面：

气候异常、事故和车辆故障、交通拥挤和阻塞。

监控系统由中央监控室和外场设施组成。

高速公路监控的主要目标如下：

1）准确统计道路交通数据；

2）有效监视道路的交通、气候情况，及时掌握道路运营状况；

3）及时发现和处理交通事故，减少交通事故，降低事故的严重性；

4）减少偶发事件、交通事故及恶劣气候对道路交通的影响；

5）当交通量达到饱和时，对交通时行引导和控制，以提高道路网通行能力。

3.2中央监控系统

监控总中心、监控中心和监控分中心构成了中央监控系统。

3.2.1监控分中心

监控分中心的主要业务如下：

1）通过通信系统汇集、显示各种外场设施传送来的各种数据。

2）监视高速公路的视频监视图像。

3）接听紧急电话。

4）将上述数据、图像等到信息上传监控中心。

5）根据各类信息判断交通现况，预测发展趋势，制定控制方案。

6）对各外场设施进行控制。

7）数据统计、查询、存储、备份，图像存储，制作、打印各类报表。

8）地控制方案做出可信服的评价，提供方案改进的依据。

9）执行监控中心下达的指令。

3.2.2监控中心

监控中心的主要业务如下：

1）执行监控总中心达的指令

2）通过通信系统汇集并显示各监控分中心传送来的各种数据并上传监控总中心。

3）切换监视管辖路段的视频监图像。

4）根据各监控分中心进行协调节控制。

5）对各监控分中心进行对外场设备的控制权。

6）收回或返还监控分中心对外场设备的控制权。

7）完成工作数据的备份、统计，制作、打印各类报表。

8）定期对控制方案做评价，改进方案。

3.2.3监控总中心

1）通过通信系统汇集并显示各监控分中心传送来的各种数据并上传监控总中心。

2）切换监视管辖路段的视频监图像。

3）根据各监控分中心进行协调节控制。

4）对各监控分中心进行对外场设备的控制权。

5）收回或返还监控分中心对外场设备的控制权。

6）发布信息。

3.3监控总中心

高速公路监控系统外场设施可分为两类。

1）信息搜集设施，如车辆检测器，气象检测器，紧急电话、巡逻车、摄像机等，这类设施的主要任务是有集交通、气象和事故信息。

2）信息发布设施，如可变情报板、可变限速标志等，这类设施根据中央监控系统的指令进行信息的发布。

交通控制有人工和自动两种控制方式，人工控制权优先于自动控制权，监控中心的控制权优先于监控分中心。

3.4系统性能要求

1）监控系统应及时收集道路运营、车辆运行、气象等信息；

2）系统能对高速公路应能实现全程、实时、为间断的监控；

3）系统应具有自我诊断功能；

4）系统设备应具有一定的冗余设置，以确保系统的可靠、安全

第四部分：

智能交通通信系统

4.1概述

通信系统为高速公路全线运营管理及监控、收费系统的数据传输、视频信息传输、和话音信息传输提供不间断的通信条件。

4.1.1按数据的作用及所属系统，可将需通信系统传输的数据分为收费数据和监控数据。

4.1.2按数据发送和接收者的管理层次，可将需通信系统传输的数据分为以下几类：

1、收费站————管理分中心

2、收费站————管理总中心

3、监控外场设施————管理分中心

4、收费站————管理总中心

5、监控外场设施————管理分中心

4.1.3按数据传输的频率，可将需通信系统传输的数据分为经常性和非经常性传输数据。

经常性传输数据分为以下三类。

1）收费站向管理总中心传输的出入口收费车道搜集的每辆车的收费依靠信息；

2）监控外场设备和监控分中心传输的交通、气候及设备状况信息，监控分中心给外场设备发出的指令和控制信息。

3）管理分中心、管理中心与管理总中心之间为保证数数据完整性和实现其它功能而相互传输的大批量数据；

非经常性传输的数据分为二部分：

1）收费系统从总中心、中心、分中心、收费站逐级下传的系统运行参数；

2）通信系统内部需传输的系统参数，包括时间同步信息等。

4.2话音通信需求

高速公路话音通信主要有两个部分：

4.2.1高速公路各管理机构，从管理总中心、中心、中心到收费站的业务电话通信需求。

业务电话的使用方式应同普通电话相同或类似，话音清晰可辨，没有明显延迟。

4.2.2高速公路沿线紧急电话通信需求。

4.3视频图像传输需求

经通信系统传输的图像应清晰、平滑，不能存在明显的延迟、拖动和抖动。

多个终端点看同一路监控图像时，不会相互干扰。

需通信系统提供视频图像传输通路的主要有以下几部分。

4.3.1收费系统

（1）收费分中心切换监视所辖收费站的广场、车道、收费亭和收费站的视频监视图像。

（2）收费中心切换监视所辖收费分中心的视频监视图像及收费站的广场、车道、收费亭和收费站的视频监视图像。

（3）收费总中心切换监视所辖收费分中心、中心的视频监视图像及收费站的广场、车道、收费亭和收费站的视频监视图像。

4.3.2监控系统

（1）监控分中心监视在道路沿线布设的交通监控摄像机的图像。

（2）监控中心切换监视听辖各监控分中心的监视图像、道路交通监控摄像机图像。

（3）总中心切换监视各监控中心和分中心的监视图像、道路交通监控摄像机图像。

4.4管理需求

网络管理应包括以内容:

4.4.1全网的网络配置管理。

4.4.2故障监控管理和处理。

4.4.3网络性能监控。

4.4.4记费管理和安全管理。

4.4.5实时显示全网扑结构、电路的连接情况及网络的运行情况。

4.5系统性能要求

4.5.1可扩展性

通信系统应为未来高速公路管理、监控数据量的激增留出余量。

主要的骨干网络交换机应具有足够大的交换能力和端口密度，其交换能力、接吕模块应具备灵活的护展能力。

4.5.2稳定性

车辆昼夜通行的高速公路要求其计费、监控、管理工作每天24小时不能间断，因此通仪信系统应具备全年度、全天候持续工作能力。

骨干网络交换设备应工作稳定可靠，电源、模块具有冗余故障器件的更换。

4.5.3备份

应考虑利用公用数据网建立数据通信备份线路，利用无线通信平台建立话音备份线路