高速公路高速公路机电工程系统机电工程系统讲解：刘新宇讲解：刘新宇一、高速公路机电工程系统简介一、高速公路机电工程系统简介二、高速公路机电工程系统组成二、高速公路机电工程系统组成三、监控系统三、监控系统四、通信系统四、通信系统五、收费系统五、收费系统六、低压供配电系统六、低压供配电系统七、照明系统七、照明系统八、隧道机电系统八、隧道机电系统九、机电工程常用名词解释九、机电工程常用名词解释十、机电施工安装流程及注意事项十、机电施工安装流程及注意事项一、高速公路机电工程系统简介一、高速公路机电工程系统简介 高高速公路机电工程系统隶属于交通工程（安全设施、速公路机电工程系统隶属于交通工程（安全设施、管理设施和服务设施）的管理设施。高速公路机电系统被管理设施和服务设施）的管理设施。高速公路机电系统被划分为六大系统，即划分为六大系统，即监控系统、通信系统、收费系统、低监控系统、通信系统、收费系统、低压供配电系统、照明系统、隧道机电系统压供配电系统、照明系统、隧道机电系统。在高速公路的。在高速公路的建设和发展过中，监控、收费、通信三大系统是同步协调建设和发展过中，监控、收费、通信三大系统是同步协调发展的。发展的。 二、高速公路机电工程系统组成二、高速公路机电工程系统组成机电工程机电工程监控系统监控系统通信系统通信系统收费系统收费系统低压供配电系统低压供配电系统照明系统照明系统隧道机电系统隧道机电系统车辆检测器车辆检测器气象检测器气象检测器闭路电视监视系统闭路电视监视系统可变标志可变标志光电缆线路光电缆线路监控（分）中心设备安装及软件调测监控（分）中心设备安装及软件调测二、高速公路机电工程系统组成二、高速公路机电工程系统组成监控系统监控系统大屏幕投影系统大屏幕投影系统计算机监控网络与软件计算机监控网络与软件地图板地图板通信管道与光电缆线路通信管道与光电缆线路光纤数字传输系统光纤数字传输系统数字程控交换系统数字程控交换系统紧急电话系统紧急电话系统二、高速公路机电工程系统组成二、高速公路机电工程系统组成通信系统通信系统无线移动通信系统无线移动通信系统通信电源通信电源入口车道设备入口车道设备出口车道设备出口车道设备收费站设备及软件收费站设备及软件收费中心设备及软件收费中心设备及软件IC卡及发卡编码设备卡及发卡编码设备闭路电视监视系统闭路电视监视系统收费系统收费系统内部有线对讲及紧急报警系统内部有线对讲及紧急报警系统收费系统计算机网络收费系统计算机网络收费站内光、电缆及塑料管道收费站内光、电缆及塑料管道二、高速公路机电工程系统组成二、高速公路机电工程系统组成中心（站）内低压配电设备中心（站）内低压配电设备外场设备电力电缆线路外场设备电力电缆线路二、高速公路机电工程系统组成二、高速公路机电工程系统组成低压供配电系统低压供配电系统照明系统照明系统二、高速公路机电工程系统组成二、高速公路机电工程系统组成照明设施照明设施车辆检测器车辆检测器气象检测器气象检测器闭路电视监视系统闭路电视监视系统紧急电话系统紧急电话系统环境检测设备环境检测设备报警与诱导设施报警与诱导设施隧道机电系统隧道机电系统可变标志可变标志隧道监控中心计算机控制系统隧道监控中心计算机控制系统本地控制器本地控制器二、高速公路机电工程系统组成二、高速公路机电工程系统组成隧道监控中心计算机网络隧道监控中心计算机网络低压供配电低压供配电三、监控系统三、监控系统 监监控系统控系统一般由一般由监控中心监控中心和外场设备两部分组成。和外场设备两部分组成。监控监控中心中心由由算机系统算机系统、闭路电视监视控制设备、投影设备、不、闭路电视监视控制设备、投影设备、不间断电源系统等组成。间断电源系统等组成。监控中心计算机系统监控中心计算机系统采用局域网结采用局域网结构，能接入视频、数据和语音信息，构成一个构，能接入视频、数据和语音信息，构成一个多媒体多媒体的信的信息平台，具备方便的扩展性。息平台，具备方便的扩展性。计算机系统计算机系统具有每天具有每天24h24h连连续工作的能力。监控软件工程是交通监控系统的灵魂工续工作的能力。监控软件工程是交通监控系统的灵魂工程，它采集外场设备检测到的信息，进行分析处理，生成程，它采集外场设备检测到的信息，进行分析处理，生成相应的控制方案，通过外场的可变标志等设备发布路况信相应的控制方案，通过外场的可变标志等设备发布路况信息息。三、监控系统三、监控系统 高高速公路监控系统从管理层次一般分为外场设备、监控速公路监控系统从管理层次一般分为外场设备、监控站（或隧道管理站）、监控分中心以及监控总中心。外场站（或隧道管理站）、监控分中心以及监控总中心。外场设备按物理环境分为一般路段设备和隧道内设施。一般路设备按物理环境分为一般路段设备和隧道内设施。一般路段设备包括车辆检测器（有源环检测器、微波检测器、视段设备包括车辆检测器（有源环检测器、微波检测器、视频检测器等）、气象检测器（风速风向检测器、温湿度检频检测器等）、气象检测器（风速风向检测器、温湿度检测器、能见度检测器、路面状态检测器、雨量监测器等）测器、能见度检测器、路面状态检测器、雨量监测器等）、信息发布屏和遥控摄像机等、信息发布屏和遥控摄像机等 ；隧道内设施一般分为环；隧道内设施一般分为环境检测系统（境检测系统（COCO检测器、照度检测器、能见度检测器等）检测器、照度检测器、能见度检测器等）、交通控制子系统（信息发布设施、视频检测设施、流量、交通控制子系统（信息发布设施、视频检测设施、流量监测设施等）、火灾检测报警子系统、隧道通风控制子系监测设施等）、火灾检测报警子系统、隧道通风控制子系三、监控系统三、监控系统统、隧道照明控制子系统、有线广播子系统以及本地控制统、隧道照明控制子系统、有线广播子系统以及本地控制子系统等。监控站（或隧道管理站）、监控分中心、监控子系统等。监控站（或隧道管理站）、监控分中心、监控总中心监控系统根据建设规模和要求的不同一般由监控中总中心监控系统根据建设规模和要求的不同一般由监控中心由计算机网络系统、闭路电视监视系统、控制台及辅助心由计算机网络系统、闭路电视监视系统、控制台及辅助设备等部分组成。设备等部分组成。 三、监控系统三、监控系统别的角度理解：别的角度理解： 高高速公路监控系统主要由信息采集子系统、监控中心及速公路监控系统主要由信息采集子系统、监控中心及信息提供子系统三大部分组成。信息采集子系统包括：车信息提供子系统三大部分组成。信息采集子系统包括：车辆检测器、气象检测器、紧急电话和巡逻车。监控中心是辆检测器、气象检测器、紧急电话和巡逻车。监控中心是高速公路全线路监控系统的最高层即控制中心，主要负责高速公路全线路监控系统的最高层即控制中心，主要负责全线路范围内交通情况的监视和控制。信息提供子系统包全线路范围内交通情况的监视和控制。信息提供子系统包括交通标志、标线和信号等，是交通监控管理为汽车用户括交通标志、标线和信号等，是交通监控管理为汽车用户服务的主要形式服务的主要形式 。 国内现阶段的监控主要是视频监控。视频监控主要由以国内现阶段的监控主要是视频监控。视频监控主要由以下子系统组成：下子系统组成： 三、监控系统三、监控系统视频摄像子系统：包括遥控摄像机、固定摄像机、激光夜视频摄像子系统：包括遥控摄像机、固定摄像机、激光夜视摄像机、广场球型摄像机、摄像机支架、防护罩、云台视摄像机、广场球型摄像机、摄像机支架、防护罩、云台、摄像机支柱等。、摄像机支柱等。图像数字系统：视频编码器及解码器、中继器、接收器、图像数字系统：视频编码器及解码器、中继器、接收器、线缆、视频分配器等。线缆、视频分配器等。输出子系统：监视器、硬盘录像机、延时录像机等。输出子系统：监视器、硬盘录像机、延时录像机等。控制子系统：包括云台控制器或控制键盘、副控键盘、矩控制子系统：包括云台控制器或控制键盘、副控键盘、矩阵切换器、画面分割器等。阵切换器、画面分割器等。 三、监控系统三、监控系统设备介绍及图示：设备介绍及图示：车辆检测器车辆检测器车车辆检测器，更标准的称谓应该是：交通信息检测器。国辆检测器，更标准的称谓应该是：交通信息检测器。国内外在交通检测系统或交通信息采集系统中，大量应用了内外在交通检测系统或交通信息采集系统中，大量应用了电磁传感技术、超声传感技术、雷达探测技术、视频检测电磁传感技术、超声传感技术、雷达探测技术、视频检测技术、计算机技术、通信技术等高新科学技术。相应地，技术、计算机技术、通信技术等高新科学技术。相应地，交通信息检测器主要有电感环检测器（环型感应圈）、超交通信息检测器主要有电感环检测器（环型感应圈）、超声波检测器、红外检测器、雷达检测器、视频检测器。目声波检测器、红外检测器、雷达检测器、视频检测器。目前高速公路主要使用环形线圈检测器、普通波频检测器和前高速公路主要使用环形线圈检测器、普通波频检测器和视频检测器。视频检测器。 三、监控系统三、监控系统环形线圈检测器环形线圈检测器 环环形线圈检测器是传统的交通检测器，形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。是目前世界上用量最大的一种检测设备。车辆通过埋设在路面下的环形线圈，引起车辆通过埋设在路面下的环形线圈，引起线圈磁场的变化，检测器据此计算出车辆的流量、线圈磁场的变化，检测器据此计算出车辆的流量、速度、时间占有率和长度等交通参数，并上传给中速度、时间占有率和长度等交通参数，并上传给中央控制系统，以满足交通控制系统的需要。此种方央控制系统，以满足交通控制系统的需要。此种方法技术成熟，易于掌握，并有成本较低的优点法技术成熟，易于掌握，并有成本较低的优点 。这种方法。这种方法也有以下缺点：也有以下缺点：a. a. 线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会暂时受到阻碍。这样交通会暂时受到阻碍。b. b. 埋置线圈的切缝软化了埋置线圈的切缝软化了路面，路面，容易使路面受损，尤其是在有信号控制的十容易使路面受损，尤其是在有信号控制的十字路口，车辆启动或者制动时损坏可能会更字路口，车辆启动或者制动时损坏可能会更加严重。加严重。c. c. 感应线圈易受冰冻、路基下沉、感应线圈易受冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响。盐碱等自然环境的影响。d. d. 感应线感应线圈由于圈由于三、监控系统三、监控系统自身的测量原理自身的测量原理自身的测量原理所限制，当车自身的测量原理所限制，当车 流拥堵，车间距小于流拥堵，车间距小于3m3m的时候，其检测精度稍的时候，其检测精度稍有下降，有些厂商的产品甚至无法检测。有下降，有些厂商的产品甚至无法检测。三、监控系统三、监控系统普通波频检测器普通波频检测器 波波频车辆检测器（多为悬挂式检测系统）频车辆检测器（多为悬挂式检测系统）波频车辆检测器是以微波、超声波和红外线波频车辆检测器是以微波、超声波和红外线等对车辆发射电磁波产生感应的检测器，等对车辆发射电磁波产生感应的检测器，这这里主要介绍里主要介绍微波车辆检测器微波车辆检测器（RTMSRTMS），它是一种价格低、性），它是一种价格低、性能优越的交通检测器，可广泛应用于城市道路和高速公路的交能优越的交通检测器，可广泛应用于城市道路和高速公路的交通信息检测。微波车辆检测器（通信息检测。微波车辆检测器（RTMSRTMS）的工作方式是：采用侧）的工作方式是：采用侧挂式，在扇形区域内发射连续的低功率调制微波，并在路面上挂式，在扇形区域内发射连续的低功率调制微波，并在路面上留下一条长长的投影。留下一条长长的投影。RTMSRTMS以以2 2米为一米为一 “层层”，将投影分割为，将投影分割为三、监控系统三、监控系统3232层。用户可将检测区域定义为一层或多层。层。用户可将检测区域定义为一层或多层。RTMSRTMS根据被检测根据被检测目标返回的回波，测算出目标的交通信息，每隔一段时间通过目标返回的回波，测算出目标的交通信息，每隔一段时间通过RS- 232RS- 232向控制中心发送。它的车速检测原理是：根据特定区向控制中心发送。它的车速检测原理是：根据特定区域的所有车型假定一个固定的车长，通过感应投影区域内的车域的所有车型假定一个固定的车长，通过感应投影区域内的车辆的进入与离开经历的时间来计算车速。一台辆的进入与离开经历的时间来计算车速。一台RTMSRTMS侧挂可同时侧挂可同时检测检测8 8个车道的车流量、道路占有率和车速。个车道的车流量、道路占有率和车速。 微波车辆检测器（微波车辆检测器（RTMSRTMS）的测量方式在车型单一，车流稳）的测量方式在车型单一，车流稳定，车速分布均匀的定，车速分布均匀的 道路上准确度较高，但是在车流拥堵以道路上准确度较高，但是在车流拥堵以三、监控系统三、监控系统及大型车较多、车型分布不均匀的路段，由于遮挡，测量精度及大型车较多、车型分布不均匀的路段，由于遮挡，测量精度会受到比较大的影响。另外，微波检测器要求离最近车道有会受到比较大的影响。另外，微波检测器要求离最近车道有3m 3m 的空间，如要检测的空间，如要检测8 8车道，离最近车道也需要车道，离最近车道也需要7-9m7-9m的距离而且的距离而且安装高度达到要求。因此，在桥梁、立交、高架路的安装会受安装高度达到要求。因此，在桥梁、立交、高架路的安装会受到限制，安装困难，价格也比较昂贵。到限制，安装困难，价格也比较昂贵。视频检测器视频检测器三、监控系统三、监控系统 视视频车辆检测器是通过视频摄像机作传感频车辆检测器是通过视频摄像机作传感器，在视频范围内设置虚拟线圈，即检测区，器，在视频范围内设置虚拟线圈，即检测区，车辆进入检测区时使背景车辆进入检测区时使背景灰度值灰度值发生变化，从发生变化，从而得知车辆的存在，并以此检测车辆的流量而得知车辆的存在，并以此检测车辆的流量和速度。检测器可安装在车道的上方和侧面，与传统的交通信和速度。检测器可安装在车道的上方和侧面，与传统的交通信息采集技术相比，交通视频检测技术可提供现场的视频图像，息采集技术相比，交通视频检测技术可提供现场的视频图像，可根据需要移动检测线圈，有着直观可靠，安装调试维护方可根据需要移动检测线圈，有着直观可靠，安装调试维护方便，价格便宜等优点，便，价格便宜等优点，缺点是容易受恶劣天气、灯光、阴影等缺点是容易受恶劣天气、灯光、阴影等三、监控系统三、监控系统环境因素的影响，汽车的环境因素的影响，汽车的动态阴影也会带来干扰，动态阴影也会带来干扰，受恶劣天气正确检测率下受恶劣天气正确检测率下降，甚至无法检测。受灯降，甚至无法检测。受灯光、阴影等环境因素的影光、阴影等环境因素的影响误检率也大幅上升。响误检率也大幅上升。 三、监控系统三、监控系统气象检测器气象检测器 由由于在气候恶劣的天气中，交通事故的出现频率较高。因于在气候恶劣的天气中，交通事故的出现频率较高。因此，在高速公路周围要结合路线的地形、地物、环境条件设置此，在高速公路周围要结合路线的地形、地物、环境条件设置气象检测器，根据需要可检测风速、风向、温度、湿度、能见气象检测器，根据需要可检测风速、风向、温度、湿度、能见度、度、黑冰黑冰、雨雪等气象状况；有一部分气象检测器还可以根据、雨雪等气象状况；有一部分气象检测器还可以根据实时数据提供短时间内特殊气象状况的预报。一般情况下，气实时数据提供短时间内特殊气象状况的预报。一般情况下，气象检测器配备的传感器有：温度检测器、湿度检测器、风速风象检测器配备的传感器有：温度检测器、湿度检测器、风速风向检测器、雨量检测器、能见度检测器、路面检测器等。现在向检测器、雨量检测器、能见度检测器、路面检测器等。现在三、监控系统三、监控系统新型的气象检测器还往往配有气象热普地图。新型的气象检测器还往往配有气象热普地图。 温度与湿度探测器：探测路面温度与湿度。温度与湿度探测器：探测路面温度与湿度。目前应用于高速公路的相关探测器测量范围目前应用于高速公路的相关探测器测量范围是是-40-40+80+80、0 0100%r.h100%r.h。风速风向检测器：探测道路附近风速及风向。风速风向检测器：探测道路附近风速及风向。常用于高速公路的检测器测量范围是常用于高速公路的检测器测量范围是0 075m/s75m/s（0 0360360）。）。雨量检测器：探测路面雨雪情况。雨量检测器：探测路面雨雪情况。能够探测能够探测的降水强度为：大雨、小雨、中雨；能够探测的降水类型为：雨的降水强度为：大雨、小雨、中雨；能够探测的降水类型为：雨雪、雨加雪。雪、雨加雪。 三、监控系统三、监控系统能见度检测器：检测大气透明度。能见度检测器：检测大气透明度。能见度定义为具有正常视力的人在能见度定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大距离。能见度和当时标轮廓的最大距离。能见度和当时的天气情况密切相关。当出现降的天气情况密切相关。当出现降雨、雾、霾、沙尘暴等天气过程雨、雾、霾、沙尘暴等天气过程时，大气透明度较低，因此能见时，大气透明度较低，因此能见度较差。度较差。三、监控系统三、监控系统路面状态检测器：包括气象热普地图、道路面状态检测器：包括气象热普地图、道路情况检测、地图制作、实时监控软件等路情况检测、地图制作、实时监控软件等内容，并与外场气象检测器配合，主要完内容，并与外场气象检测器配合，主要完成实时对道路路面的冰、雪、黑冰检测，成实时对道路路面的冰、雪、黑冰检测，并可根据大气条件和相关信息，提前预并可根据大气条件和相关信息，提前预测冰雨、雪等特殊气象状况的发生。测冰雨、雪等特殊气象状况的发生。闭路电视监视系统闭路电视监视系统三、监控系统三、监控系统 闭闭路电视监控系统路电视监控系统(CCTV)能提供某些重要区域近距离的观察能提供某些重要区域近距离的观察、监视和控制。系统符合国家有关技术规范。一般在系统应设置、监视和控制。系统符合国家有关技术规范。一般在系统应设置电视摄像机，以实现全方位监控。系统的主要设备应配置监视器电视摄像机，以实现全方位监控。系统的主要设备应配置监视器时滞时滞录像机录像机和画面处理器等，使用户能调看任意一个画面和遥控和画面处理器等，使用户能调看任意一个画面和遥控操作任意一台有遥控功能摄像机的操作任意一台有遥控功能摄像机的云台云台和变焦功能。和变焦功能。CCTVCCTV系统的组成：系统的组成：概括的说，由概括的说，由前端前端，传输传输，终端终端组成。组成。（1 1）前）前 端：端： 用于获取被监控区域的图像用于获取被监控区域的图像 。一般由摄像。一般由摄像 机和镜头、云台、机和镜头、云台、编码器编码器、防尘罩等组成。、防尘罩等组成。（2 2）传输部分：）传输部分： 作用是将摄像机输出的视频（有时包括音作用是将摄像机输出的视频（有时包括音 频）信号馈送到中心机房或其他监视点。一般由馈线、频）信号馈送到中心机房或其他监视点。一般由馈线、 视频电缆补偿器、视频电缆补偿器、视频放大器视频放大器等组成。等组成。（3 3）终）终 端：端： 用于显示和记录、视频处理、输出控制信号、用于显示和记录、视频处理、输出控制信号、 接受前端传来的信号。一般包括监视器、各种控制设接受前端传来的信号。一般包括监视器、各种控制设 备、和记录设备等。备、和记录设备等。三、监控系统三、监控系统监控摄像机监控摄像机三、监控系统三、监控系统高速公路主要有遥控摄像机、固定高速公路主要有遥控摄像机、固定摄像机、激光夜视遥控摄像机、球摄像机、激光夜视遥控摄像机、球形摄像机等。形摄像机等。三、监控系统三、监控系统光平台远端接入节点设备光平台远端接入节点设备