未来高速公路的机电工程发展

摘要：随着中国经济的发展，中国高速公路的通行里程为世界第一，中国高速公路网涵盖全国各个省市。根据相关报道，除国家干线，东部较发达省份的高速公路运营有利润外，高速公路的运营处于严重亏损。高速公路收费依靠高速公路机电系统的建设，高速公路机电系统未来的发展趋势将会是节约运营成本，减少维护成本，使车辆更方便快捷通过高速公路收费站，本文从5个方面论述了高速公路机电系统的发展趋势。

关键词：自动化；智能化；电子支付；模块化；安全性；节约成本；高速公路

机电系统随着我国经济及水平的发展，截至2017年，我国高速路建成通车13.1万km，通车总里程居世界第一。根据国务院《国家公路网规划（2013-2030）》，国家高速公路网将由7条由北京向外敷设的放射线，11条纵贯南北的主干线，18条横贯东西的主干线构成一个基本涵盖全国重要的大中小型城市的交通格局。目前，由于我国的经济发展的限制，我国高速公路的建设基本采用“贷款修路、收费还贷”的模式建设。根据相关报告，国家主要干线高速公路及东部较发达地区的城市连接线高速公路的运营存在利润外，我国高速公路建设运营后，收费上基本无法满足运营成本和贷款利息，高速公路运营公司一直处于亏损状态中，为地方财政及银行带来很大的压力。高速公路的收费主要由高速公路机电系统完成最后的收费任务，高速公路机电系统的建设模式、建设理念及设备是否先进等都影响着高速公路运营公司的运营成本。

1高速公路机电系统的定义与组成

高速公路机电系统又称作高速公路智能交通工程。高速公路机电工程主要由3大系统与隧道机电系统组成。3大系统分别为通信系统、收费系统、监控系统。其中通信系统为桥梁，负责各个系统的连接与数据的传输；监控系统为“眼睛”，负责高速公路路况的检查，事件的确认，为高速公路运营人员提供决策数据；收费系统为核心，一条高速公路建成后的收益由收费系统完成，并由收费系统进行统计。高速公路隧道机电工程为建设与高速公路监控系统的组成相似，是收费管理人员确认隧道是否行车安全的“眼睛”。

2高速公路运营费用的简要分析

我国经济发展的现状以及我国高速公路“贷款修路、收费还贷”的政策，促使我国高速公路运营公司需要减少高速公路运营成本。高速公路运营成本除去必要的道路管养成本，机电设备更换成本，主要可进行调控的为人工成本，人工成本中主要的部分为收费员人工成本。以1条100km的高速公路，按照每20km设置1个收费站，每个收费站设置3入3出的车道，每天收费班次按照3班轮换制计算，1条高速公路需要的所有收费人员为90人（不包含应急人员）。参照各省的最低人均工资水平，西部省份按2500一个月计算，5险1金按工资总额的12%计算，这条100km的高速公路所需的收费人员人工成本为302万元，不包括收费人员的吃住等一系列其他的生活消耗成本。为了100km高速公路的顺利运行，机电维护部门需要配备至少10人，不包括隧道维护人员。若这条100km的高速公路每个车站配置1入1出2条ETC通道，在其他条件不发生改变的基础下，每年收费人员的人工成本为201万元。因为自动化的收费车道调整，运营公司每年收费人员的人工成本直接节约100万元，相应的收费人员的吃住等生活消耗成本均会减少。ETC车道的通行效率较人工收费车道会提高很多。由上可知，通过科技手段，减少人工成本的投入，将会使高速公路的运营成本大大减少，同时增加高速公路的通行效率。

3高速公路机电系统的发展趋势

高速公路机电系统的发展主要依托于各个投资单位，即后期运营公司的需求。根据用户需求，高速公路机电系统将会不断的发展为智能化、模块化等，快速处理的能力将成为高速公路机电系统的发展趋势。

3.1自动化

高速公路机电系统发展将会更为自动化，普通人员的需求将会越来越少，对业务能力强、处理突发情况突出、善于沟通交流的复合型人才的需求将会越来越大。高速公路机电系统将不再配备收费人员收费，所有的收费会通过“小型机器人”收发卡机完成。在许多小区均实现的无人值守的进入车库的情况将会在收费站出现。车主只需在自动收发卡机上领取收费卡，即可通过收费车道，无需停车等待。在车站领取的卡内将会写入车辆的车牌号、入口车站编号等基本信息。各个收费站收费车道将会客货分离，货车车道将会在货车通过收费站时，在写入车辆的车牌等基本信息外，还会写入车辆的车重信息，让收费更加透明。

3.2大力发展电子支付

随着科技的进步，电子支付行业得到了长足的发展，高速公路机电系统也将出现电子支付。车主可通过银行卡、手机、信用卡等完成支付，无需现金的收缴，极大的增加高速公路收费站的通行效率。在收费站出口处，将会出现电子收费与人工收费分离的现象。每个收费站仅需1条人工值守的收费车道，用于处理突发情况即可。在电子收费窗口，人们也将会通过另一种“小型机器人”售检票机来实现电子收费。通过车牌读取设备读取车牌信息，通过车主提交的通行卡，读取通行卡信息，通过对比，车辆通行费将会显示在售检票机上，车主可通过手机扫码、刷银行卡、信用卡等方式直接进行电子支付，减少现金交易。随着大数据的进一步发展，驾驶证、身份证将会被赋予支付功能，车主通过收费站，只需使用身份证或驾驶证在售检票机上“刷卡”，即可完成付费。

3.3模块化

高速公路机电系统将会向着模块化的方向发展。现场无需专门设计，所有的设备均会成为整个系统的功能模块。设备施工无需接线，全部采用插接的方式进行。在高速公路建设开始，建设单位将现场设备的布置、所需线缆的长度提供给机电设备生产厂家，机电设备生产厂家将设备及接线在出场时即完成。设备到现场后，机电施工只需将对应的插口连接上，即可将系统搭设完成。高速公路机电系统的模块化建设将会大大降低建设成本及维护成本。以上述的100km高速公路计算，机电维护系统仅需2~3人即可在1h内保证全线高速公路机电设备的稳定运行。运营公司做好备件，当设备出现损坏时，设备维护人员仅需将模块化的设备更换即可。

3.4智能化

高速公路运营公司在降低高速公路收费人工成本后，也会将设备维护的人工成本降低。设备维护人员不再需要很多，且设备维护人员不再需要培训很久，不再需要具备较深的理论知识，所有的高速公路机电设备将会更加智能化。所有的高速公路机电系统设备将会拥有自己的“身份证”，即每个设备都会有自己的设备维护检修记录。每个高速公路机电系统设备均会具备故障反馈功能及设备预检修检测的功能。设备出厂前，设备厂家会根据以往经验，在设备内预先设置设备的预检程序及预检周期，根据设备的运行时间及运行情况，将会进行自我检测，并将检测结果反映到运营管理人员的检修记录中，设备会根据自检情况，向检修人员“通知”检修时间及故障更换时间等。设备自身的提示将会实时反映到运营管理中心，运营管理中心会将记录计入到各个设备的台账中，当设备检修时间到了，系统会发出提示，通过不断校正时间，会形成适合每条线路自己的设备检修及设备更换周期台账。当设备在运行时间出现故障，设备会将故障信息通过设备反馈功能，实时提供给运营管理中心，为维护人员做好提示，机电系统维护人员只需根据设备提示，将设备检修所需的备件更换，即可完成设备的维护。更换后的设备组件将会被回收至工厂，经过拆卸、维修等得到进一步的使用，降低原材料的浪费，减少环境污染。

3.5进一步提高高速公路行驶的安全性

高速公路机电工程的发展，将会使车辆在高速公路上的行驶越来越安全。高速公路监控系统将会得到快速发展，通信系统的传输能力也将不断扩大。每条高速公路的监控系统的视频监控将会覆盖整条高速公路。当车辆在行驶过程中出现意外，监控系统会根据意外出现的地点，实时将意外发生地的监控视频切换至收费管理人员的工作站上，同时监控系统还会发出声光一类的报警信息，提醒收费管理人员注意，根据突发事件的影响范围，监控系统还可以通过内部设置的应急预案，为运营管理人员提供事故处理程序，运营管理人员通过确认，监控系统即可启动应急预案，快速组织应急救援，减少二次灾害、二次事故。根据我国经济发展的情况，我国的高速公路在相对较长的一段时间内都将实施收费政策。随着我国科技的进步，小型机器人越来越人性化，需要依靠人工进行重复类操作的职业将会越来越多依靠小型机器人。随着我国的大数据业务的不断发展，我国的生活智能化将会得到快速的发展。科技的进步及高速公路运营公司对成本控制的要求，也会让高速公路机电系统越来越人性化和自动化，在将来，我们可能会在一个全自动化的高速公路上，安全到达我们想去的任何城市。

参考文献：

[1]陈启美，金凌，王从侠．高速公路通信收费监控系统构成与进展[J].国防工业出版社，2006.

[2]参考《中国公路》，《中国交通信息化》，《作者:单位:中国高速公路》《中国交通建设监理》统计数据.

[3]《云南高速公路交通机电系统设计优化研究》.

作者:吴娇娇 苏运良 单位:中交路桥建设有限公司 中交隧道局电气化工程有限公司