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1、高速公路机电工程培训讲义高速公路机电工程培训讲义 二一三年三月十八日高速公路机电工程培训讲义第一讲：机电工程主要系统的构成与功能高速公路机电系统是高速公路管理运营的系统，通过技术手段进行准确、高效的运营维护及安全保障，主要包括收费系统、监控系统、通信系统和通信管道工程；各系统主要构成和功能如下：1.1.收费系统的主要构成与功能收费系统指从车辆进入收费道路开始到实现收费，车辆交纳通行费直到费款安全进入存储点以及能提供各种收费过程相关信息的设施和人员的集合体。收费方式分为三种:人工收费、半自动收费、全自动收费。 通行券:高速公路联网收费暂行技术要求推荐三种通行券即多次重复使用的非接触式IC 卡、一

2、次性使用的纸质磁性券、一次性使用的纸质二维条形码券。目前我国主要使用非接触式IC 卡。 1.1.1.收费系统的主要构成： 就一条高速公路收费系统来说，分为计算机系统、收费视频监视系统、内部对讲系统、安全报警系统、电源系统等，其扩展系统有计重系统、车牌自动识别系统等。计算机系统根据级别可分为车道计算机系统、收费站计算机系统、路段分中心计算机系统。1.1.2.收费系统的主要功能：1)对本高速公路使用者正确、合理地收取通行费，减少逃票、漏收现象的发生，最大限度地堵塞来自司机的财务漏洞。2)具有采集收费交易数据、收费设施状态信息等功能。所有收费交易必须入账，所有收费过程的登记、记录必须完整，最大限度地

3、堵塞来自收费人员的财务漏洞。 3)具备较高的服务水平，尽可能减少因收费引起的交通延误。4)具有处理、统计、查询、打印功能。统计报表准确、及时，满足管理方面的需要；所有收费登记力争实现计算机化，利于实现办公自动化。5)兼顾本路段入、出口交通管理，定时向监控系统提供交通数据。6)收费操作过程简明、实用，有助于减轻收费员的劳动强度。7)具有严密的数据安全体系，保证收费数据的安全。8)具有票证、通行券的管理功能。1.2.监控系统的主要构成与功能1.2.1.监控系统的主要构成： 监控系统按其功能可分为九个子系统:交通监控系统、视频监视系统、紧急电话系统、火灾自动报警系统、隧道通风控制系统、隧道照明控制系

4、统、供配电监控系统、调度指令电话系统、有线广播系统。 监控系统虽然由九个子系统组成，但他们之间并不是完全独立的，相互之间要交换信息，有机地构成一个系统。一个路段的监控系统是根据道路的特点、桥梁与隧道大型构造物的分布、交通量以及气候环境等因素来构架本路段的监控系统，可以是全部系统，也可能只有交通监控、视频监视、紧急电话和调度指令电话等子系统。特大桥还会有桥梁结构安全检测子系统。1.2.2.监控系统的主要功能： 公路监控系统主要是实时收集道路状况、交通流信息、气象信息及相关设备状态，控制与调节交通流，疏导交通，减少交通事故，保证行车安全。其主要功能如下: 1)信息收集功能。收集道路状况、交通流状况

5、、气象状况、设备运行状况、紧急电话报警以及交通事故告警等信息。 2)动态显示和监视功能。对交通数据进行统计分析处理，并通过图形界面和显示媒体对管辖范围内的各种数据、设备显示内容进行静态与动态显示，对监控系统的所有设备工作状况进行实时监测和显示，使值班员及相关的管理人员能随时监视交通运行的状况和系统的运行状况，实现对管辖范围内的公路的全面监视。 3)视频监视功能。系统可对全省特大桥、长隧道、特长隧道、高接高枢纽立交、事故易发地点、省(市)界主线收费站、大城市出入口的收费广场等处的图像进行选择与监视，并能进行实时存贮录像、回放、检索等功能，实现视频的多级监控。 4)控制功能。监控中心系统能下达指令

6、给分中心进行监控外场设备信息发布控制。被控对象包括可变情报板、可变限速标志、交通信号灯、车道指示标志、遥控摄像机以及其他可能控制交通流的设施等。 5)交通事件的排除、救援组织功能。系统可根据交通事件的严重程度分成轻故障、重故障、严重故障，并分别进行处理。一旦有告警信息，则在操作员工作站上立即显示设备的状态告警、交通运行状况告警等信息，并且有相应的声光信号提示值班员，同时系统根据故障的性质、地点、时间等结合自动控制功能进行相应的诱导方案提示，或者由值班员进行人工控制处理。所有告警随时进行存贮、记录、打印。打印内容包括故障时间、地点、故障性质、操作内容、控制指令内容等。 6)事件输入记录功能。系统

7、具有人工输入各种事件及存贮功能，可针对紧急电话、巡逻车、养护部门、路政部门送来的各种道路维护、事故等信息进行人工输入、包括事故的发生时间和终止时间、地点、类型、事故检测的手段、事故处理过程中采用的监控措施、事故描述等。 7)报表统计与打印功能。系统能按预先规定的格式和内容，定时进行日、月、年等各种报表的统计处理，并自动打印。8)查询功能。值班员可随时查询当前和历史数据，并且按值班员的要求进行显示和打印。 9)自动数据备份和系统恢复功能。系统具有数据自动备份功能，能实时自动的将重要数据进行备份，一旦系统受到破坏，可以尽快地恢复系统运行。 10)系统具有自诊断功能。能自动测试系统的工作状况，包括与

8、各路监控分中心的通道连接状况，并且在检测到异常情况时，自动显示和打印诊断报告。 11)安全功能。系统对不同层次和职责的使用及管理人员，分别设置不同的访问操作使用权限，设置不同的操作口令和密码，防止越权存取和修改，保障数据的完整性。 12)时间统一功能。省监控中心负责提供全省监控系统统一的基准时间，使各监控分中心内部时钟与省监控中心内部时钟取得一致。 13)提供内部其他系统相关信息。提供上级管理部门及相关信息中心的交通信息，实现信息共享。 14)提供对外界的服务功能。将公路的实时交通状况、交通拥堵、事故以及处理情况及时向社会及相关单位发布。1.3.通信系统的主要构成与功能1.3.1.通信系统的主

9、要构成： 高速公路通信系统主要由光纤数字传输系统、数字程控交换系统、紧急电话系统、通信电源系统、光电缆工程及通信管道工程等组成。长、特长隧道和特大桥还应增加有线广播系统。省高速公路通信中心的通信系统主要由光纤数字传输系统、数字程控交换系统、数字同步时钟系统、会议电视系统和通信电源系统等组成。1.3.2.通信系统的主要功能：通信系统是保障高速公路安全、高速、畅通、舒适、高效运营及提高服务质量实现现代化交通管理的重要设施，起着高速公路管理系统中枢神经的作用：1)为高速公路日常运营管理、事故处理、救护、养护、收费等部门提供可靠的通信手段。2)为收费、监控、会议电视和管理信息(办公自动化)等系统的数据

10、、图像和语音提供传输通道。 3)通过紧急电话、广播等为道路使用者提供紧急呼救求援和帮助等服务。第二讲：收费系统1.2.2.1.收费系统设备组成2.2.1.2.1.1.收费亭内设备组成收费亭内设备主要包括：收费车道控制机、收费员终端显示器、收费专用键盘、IC卡收发机、票据打印机(出口)、光纤收发器、图像编解码器、亭内摄像机、对讲分机、收费亭内(外)拾音器、脚踏报警装置、窗口对讲设备、电源及信号避雷器件等。车道控制机内部结构如下图所示：1 车道控制机4 电源24V 2 多路串口板5 电风扇3 连接板（CXP）6 图象数据叠加器2.1.2.收费车道设备组成收费车道设备主要包括：电动栏杆、手动栏杆、雨

11、棚信号灯、车道通行信号灯、车道报警灯、费额显示器(出口)、计重设备、红外线车辆分离器(出口及计重收费车道)、车牌照自动识别设备、车道摄像机等。 2.1.3.收费广场设备组成收费广场设备主要包括：广场摄像机、云台、电源及视频信号避雷器件等。2.1.4.收费站监控室设备组成收费站监控室设备主要包括：收费站网络服务器、客户机(实时监控管理、图像管理稽查、交班缴款管理、收费业务管理等)、网络交换机、非接触IC卡读写器、打印机设备、视音频分配器、光纤收发器、图像解码器、监听主机、报警主机、对讲主机、液晶监视器墙、电源分配箱、电源防雷器件等。2.1.5.收费分中心监控室设备组成收费分中心监控室设备主要包括

12、：收费分中心网络服务器、客户机(收费业务管理、实时监控、财务管理、收费稽查)、收费分中心网络交换机、非接触IC卡读写器、打印机等。图 收费分中心监控室2.2.质量控制要点2.2.2.2.1.收费车道(1)设备基础混凝土强度16.8 Mpa基础中心距车道边缘及收费亭相对位置应符合设计要求基础尺寸应满足500mm500mm500mm基础高出收费岛面高度应满足2cm基础抹面必须光滑、整齐，无碎裂、无缺角基础浇灌后，用塑料布密封进行养生(2)环形线圈环形线圈的布放位置应满足设计要求环形线圈切槽的平面尺寸应符合设计图纸要求切槽深度普通段为5cm，缆线重合段为7cm，普通段至重合段深度要渐变切槽宽度应满足

13、10mm浇灌前，槽内应干燥、干净，无杂物、无毛刺环形线圈需缠绕4圈，布放时应平整、顺直，电感量为70H500H，对地绝缘电阻应20环形线圈缆线要进行双绞，双绞数量应不低于20匝/米在敷设线圈前，槽内应先填铺一层干燥细河沙，厚度为7mm10mm填充材料要求密封性好，填充的树脂应无裂缝、无气泡、无翘起、无松动浇灌后的填充物顶面应低于车道路面1mm-2mm预埋的线圈无裸露、无损坏线圈在进收费亭车道控制机前若有裸露在外的部分应加套管进行保护(3)自动栏杆箱体必须垂直、水平，采用化学地脚螺栓或通过预埋件进行牢固固定，整个箱体无晃动箱体的中心位置应满足设计要求栏杆臂动作到位，即落下水平、抬起垂直，不抖动栏

14、杆臂螺丝位置安装正确，须紧固栏杆臂被撞后，只能张开90，不能撞击其它外场设备(4)费额显示器立柱必须垂直，立柱高度应满足设计要求立柱底座螺母必须拧紧，固定牢固，螺丝杆外露长度适宜费额显示器与立柱必须固定牢固，不晃动费额显示器的安装角度应满足司机视觉，能够清晰可见费额显示器的汉字、数字显示正常，亮度一致，无缺划费额显示器防护等级应满足要求(5)通行信号灯安装高度、角度应满足司机视觉，能够清晰可见与立柱固定必须牢固，无松动通行信号灯的进线孔和立柱的出线孔须采用胶圈保护，防止进水和缆线刮伤红绿灯显示正常，LED无缺点通行信号灯的防护等级应满足要求(6)闪光报警器安装须水平、垂直，且固定牢固，各螺丝均

15、上紧转动、闪光、报警均正常外壳、灯泡无损坏闪光报警器的防护等级应满足要求(7)摄像机立柱必须垂直，立柱高度应满足设计要求立柱底座螺母必须拧紧，固定牢固，螺丝杆外露长度适宜防尘罩密封合格，不渗水，摄像机和防尘罩安装方向一致，不偏位调向支架安装正确，不缺螺丝防尘罩上的各种螺丝须紧固到位，不缺螺丝摄像机、加热板等各种接线头压制合格，且连接正确摄像机外露的缆线应预留一定的长度，且包封合格摄像机的图像色彩均匀，清晰度高，无波纹，不偏色摄像机的角度调整到图像底沿应与自动栏杆臂基本持平，且不遮挡车辆牌照(8)红外线车辆分离器红外线车辆分离器的地脚螺母须上紧，不缺少红外线车辆分离器安装的垂直误差应小于2红外线

16、车辆分离器安装的水平误差应小于3光过滤器玻璃应清洁电源线、信号线接头压制合格，连接正确(9)地灯地灯电源开关标识正确灯泡无损坏安装角度准确，满足夜间能够看清车辆牌照外露的缆线须用塑料管进行保护，并留有一定的长度(10)缆线敷设缆线的牵引力应小于允许拉力的80%弯曲半径应大于缆线直径的20倍缆线在井内应固定、绑扎，并预留一定长度井内管孔在穿线前，须进行保护处理，防止缆线在穿的过程中发生刮痕和损伤各种线缆均需进行标识严禁缆线敷设在井内水中信号线、电源线应分开敷设，保持间距应满足行业规范2.2.2.收费亭(1)车道控制机技术柜固定牢固，固定托板螺丝全部拧牢中央亭两个技术柜的安装间距应20cm，以便维

17、护人员更换滤网风扇滤网应完好无缺接线板上的保险丝应完好，接线端子合格，且标识整齐技术柜的内部螺丝安装合格技术柜内的各种开关及保险端子使用正常技术柜内的线缆标识正确，材料符合设计要求车道处理机能够正常启动和关闭网卡、视频捕捉卡、字符叠加器、视频分配器等外置部件安装应牢固网线水晶头应采用AMP专用网线钳子进行压制，并测试通过摄像机视频线接头应满足设计规范，不能将屏蔽线裸露出来 (2)IC卡收发机收发卡机连接电缆固定牢固IC卡读写天线读卡正确收发卡机内部无杂物保护盖完好，无损坏保护盖锁启动正常前卡栓、后卡栓弹起、回落正常收发针上升、下降顺畅，无杂音收发卡机滤网完好收发卡操作正常，每次只能收发一张IC

18、卡，收发卡的操作无卡滞现象(3)收费员键盘键帽布置正确，且平整键盘按键能够正常按下和弹起，无故障键帽标识和触发信息一致(4)车道显示器电源线、信号线连接正确，且牢固显示器加电后，无任何异常声音无车时，图像不出现横纹、斜纹干扰现象(5)票据打印机安装位置正确打印机跳线、字库及驱动安装正确电源线、信号线连接正确，且牢固打印正常，打印结果正确(6)内部对讲分机布放位置正确，尽量远离技术柜呼叫正常、通话质量无杂音按“呼叫”键时，对讲指示灯亮(7)车道交换机布置在收费亭墙壁上，且牢固网线水晶头压制正确，且接触正常网线标识正确、齐全(8)设备柜设备柜安装的位置正确网线水晶头压制正确，且接触正常网线标识正确

19、、齐全网络测试正常2.2.3.收费站监控室(1)电源控制箱箱体质量满足设计要求空开及避雷器件接线图符合设计要求空开及避雷器件标签准确、齐全，车道标签由近至远排列箱体安装位置及高度符合设计要求，箱体垂直和水平，固定牢固PDB箱体内外干净无灰尘PDB走线槽内缆线捆绑应整齐，固定牢固(2)管理员操作台操作台拼装的整体桌面应水平，台面无划痕机柜门的尺寸符合设计要求机柜门锁都正常，开或关灵活键盘滑道应顺畅台面上出线孔位置布置合理，台上设备相安装、摆放应合适操作台内的设备布设应整齐，缆线绑扎应整齐牢固，且标识齐全(3)服务器、工作站及网络设备服务器、工作站的硬件配置符合设计要求服务器、工作站的操作系统安装

20、正确，且能正常启动服务器的数据库安装完毕计算机及网络设备IP设置应正确与缆线连接的水晶头应牢固、合格缆线标识齐全、准确设备工作指示灯正常19寸机柜应合理定位，且符合设计要求(4)内部对讲主机对讲主机的群呼按钮、各分机的通话按钮应正常主机与分机通话的音量应可调，且清晰、无杂音主机上的分机标识应与车道对应准确从车道引入的话音线缆标识正确、齐全线缆塑封符合要求主机电源变压器放在操作台内并固定，裸露的电源端子要加以保护，防止触电；如有电源适配器，则适配安装的位置应合适。(5)图像监视器墙监视器的机架应垂直和水平，安装高度符合设计要求机架相互间隔缝隙应3mm机架内的缆线敷设整齐、美观监视器摆放稳定，连接

21、电缆标识齐全监视图像的分布与设计相符监视器图像质量应清晰、无波纹监视器上应有相应的字符显示第三讲：监控系统3.3.1.监控系统设备组成3.3.1.3.1.1.外场监控设备的组成外场监控主要设备有：可变情报板、车辆检测器（有线圈式、视频、微波、超声波式）、广场和路段摄像机、气象站及路面检测器等。3.1.2.监控分中心设备的组成监控分中心主要监控设备有：大屏幕投影仪、LED显示屏、液晶监视器、监视墙、服务器、工作站、操作台、视频编解码器、网络机柜等。3.1.3.隧道内监控设备的组成隧道内监控设备主要有：区域控制器（PLC）、CO/VI检测器、线圈式车辆检测器、风速/风向检测器、光亮度检测仪、车道指

22、示灯、交通信号灯、横洞指示灯、自动火灾检测器、通风自动控制柜和照明自动控制柜、有线广播、隧道内紧急电话等。3.2.质量控制要点3.2.3.2.1.外场监控设备(1)可变情报板可变情报板/可变信息板由显示屏、控制器、电源和箱体等组成。情报板由设置在标志板附近控制箱内的微处理器操作，微处理器通过远程传输设备与监控中心计算机相连，接收中心计算机指令的远程控制，反馈各种信息如确认信息、故障信息、警告信息等。图 路段F型情报板，门架型可变情报板吊装作业控制箱朝向一致，安装牢固；设备表面光泽一致、无划痕、无剥落、无腐蚀；控制箱内电缆布线平直、整齐、接线牢固、标识正确；防雷接地符合要求；检验其杆体质量主要是

23、杆体厚度、镀锌的均匀性、有无漏镀点和破损处；设备检验报告、证书、说明书等资料齐全图 控制箱内部线缆连接(2)车辆检测器a)微波车辆检测器选择在互通两侧的灯杆或专门的立柱上安装车辆检测器，用以检测车辆流量和类型。控制箱（安装电源适配器和数据收发设备）与车辆检测器同在一个灯杆(或立柱)上。b)线圈式车辆检测器采用感应式环形线圈检测，车辆检测器置于路旁的控制机箱内。检测器检测车流量、占有率、平均车速和车型分类。检测器具有存储功能，当检测器与监控分中心通信中断恢复后，检测器能单个实时检测调试，监控分中心还能从检测器中读取数据。c)质量控制要点微波车检器安装于路侧，车检器与受检车辆间无较大障碍物；与桥上

24、摄像机公用立柱，立柱弯曲不超过5度，安装高度距路面5m；微波车检器立柱竖直、牢固；微波车检器安装高度、方向、角度符合要求；控制箱朝向一致，安装牢固；控制箱内电缆布线平直、整齐、接线牢固、标识正确；防雷接地符合要求；隐蔽工程验收纪录、分项工程自检纪录、设备调试纪录完整；设备检验报告、证书、说明书等资料齐全。 (3)路段监控摄像机路段监控摄像机一般设置在互通立交区、主线路段特大桥等重点部位，目前高速公路应用较多的是“一体化摄像机”，即将 “摄像机、镜头、云台、防护罩”等在出厂前进行集成和组装，施工中需的质量控制要点如下：摄像机立柱安装竖直、牢固；摄像机固定牢固；保证电缆足够松弛，避免摄像机转动时有

25、拉伸影响；摄像机监视范围符合设计要求；控制箱朝向一致，安装牢固；控制箱内电缆布线平直、整齐、接线牢固、标识正确；保护接地电阻4、防雷接地电阻10，两处接地相距不小于20M；隐蔽工程验收纪录、分项工程自检纪录、设备调试纪录完整；设备检验报告、证书、说明书等资料齐全；(4)气象监测器气象站所检测的内容包括：雾检测、温度、湿度、雨、风、路面，气象站直接将信息传输到监控分中心。气象站是一种免维护，高智能的自动检测气象系统，能够提供各种必须的信息：环境温度、相对湿度、大气压强、风速/风向、降水/降雪量、路面湿度/结冰、能见度等。它不仅能够为公路维护决策提供最准确的气象信息，而且能够利用环境数据，通过可变

26、信息标志发布信息，优化公路交通安全，提高交通安全。气象站全景图 气象检测控制箱能见度检测器 温、湿度检测器风速、风向检测器 路面检测器（路面结冰、积水等）1、设备安装牢固、端正；2、设备表面光泽一致、无划痕、无剥落、无腐蚀；3、设备与接地极连接可靠，接地极引出线无腐蚀；4、设备内电力线、信号线等布线平直、整齐、固定可靠、标示正确、清楚、接头牢固。3.3.隧道内监控设备3.3.3.3.1.区域控制器（PLC）区域控制器作为下端车辆监测器的控制设备，能够完成不间断采集隧道洞口内外的交通信息，传送给监控分中心，监控分中心能对左洞和右洞的交通进行协调控制。同时，接收监控分中心的命令，控制交通信号灯、车

27、道指示器和可变情报板的显示，在监控中心计算机和外场设备之间起上传下达的作用，同一个隧道内多个区域控制器之间以现场总线方式互联，以一个信道和监控分中心通信，以提高通信效率。PLC 对隧道外场设备进行小区域集中，可连接并监控如下设备：车辆检测器、风速风向检测器、光亮度检测器、能见度/一氧化碳检测器、可变限速情报板、车辆指示器、交通信号灯。当和监控分中心通信中断时，区域控制器也可独立完成通风、照明和交通方案的本地控制。CO/VI检测器CO/VI宜在射流风机纵向通风的隧道弯道处及距出口100m-150m处设置,长于1500m的隧道可适当增设。有竖/斜井通风的隧道在排风口前和送风口30m外设置。VI和C

28、O组合在一个系统中，安装简洁，减少了维护和操作工作量，降低了故障率。该仪器使用光线衰减和吸收光谱原理，有很高的灵敏度和准确度。两个传感器安装在隧道壁上，坚固的外壳防腐、防震。CO/VI检测微处理器单元，能对传感器送来的信号进行分析和预处理，在通讯线路故障时至少可存储48小时的信息。设备具备自检和自动校准功能，可以检测到光学镜头上的污染，并可通过加热来清洁镜头上的一般雾化。3.3.2.风速/风向检测器它运用超声波原理探测水平风速风向。测量原理是基于传感器探头之间超声传输的时间。超声波从一个探头传送到另一个探头所需要的时间是与风速及超声通路有关。该传感器是同时在一个探头向两个方向超声通路的超声传输

29、时间进行测量。若零风速，则发送和返回的传输时间相等。超声通路之间的风是顶风传输时间递增，而顺风传输时间则递减。通过对这两种传输时间的测量，检测器的微控制单元计算通路之间的风速。测量出的风速不受高度，温度和湿度的影响。3.3.3.车道指示灯和横洞指示灯车道指示器从入口处开始以300m-500m间距在每车道上面设置。在弯道和车行横洞前宜适当调整间距，保证视认与判断时间。采用LED作为发光元素，其类型分为三种：2+1：双面车道显示器：正面标志为红“X”、绿色“”，背面标志为红“X”2+2：双面车道显示器：正面、背面标志均为红“X”、绿色“”紧急横道指示器：单面显示横道标志（人形）和“”，颜色为绿色。

30、车道指示器的控制是通过隧道内的PLC来实现的，车道指示器可按照PLC的指示分别显示各种指示标志，也可不显示任何信息。可以向PLC提供车道指示牌的确认信号及交通信号灯、车道指示牌工作状态是否正常的信号。紧急横道指示器“人形”和“”可以交替显示。车道指示器行车横洞指示器行人横洞指示器3.3.4.交通信号灯在隧道入口前（洞外设有车辆联络道的则在联络道前）及双孔隧道由整体式路基变为分离式路基分歧点150m-500m前设置。交通信号灯包括3和4个直径为300mmLED的信号灯：红色朝上的箭头亮表示禁止前行；黄色圆灯闪烁表示隧道内发生事故；绿色圆灯亮表示允许前行；还有第4种绿色横箭头信号灯，绿色横行箭头亮表示前方隧道封闭，可以改行另一隧道洞。交通信号灯的控制是通过隧道内的PLC来实现的，交通信号灯可以按照