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高速公路机电系统是高速公路智能交通系统工程的重要组成部分，主要包括监控系统（收费站及道路监控）、收费系统和通信系统。本论文以西安-长武（简称西长）高速公路机电系统为研究对象，在深入分析高速公路机电系统工作原理和关键技术的基础上结合西长高速公路实际需求设计实现了西长高速公路机电系统。论文首先从监控系统、收费系统和通信系统三个方面深入分析了高速公路机电系统的研究现状。其次，讨论了监控系统、收费系统和通信系统的工作原理与核心技术。详细分析了监控系统、收费系统和通信系统的功能、特点、组成和关键技术。最后，结合西长高速公路实际需求，从监控系统、收费系统和通信系统的软硬件组成、主要设备技术指标及建设方案等方面进行了西长高速公路机电系统的详细设计，形成了西长高速公路机电系统详细设计方案。详细设计了监控系统的计算机网络子系统、闭路电视子系统、显示子系统、信息采集子系统、信息发布子系统等。详细设计了收费系统的收费计算机子系统、计重收费子系统、对讲子系统、紧急报警子系统和配电子系统等。详细设计了通信系统的光纤数字传输子系统、语音业务子系统、数据/图像传输通路等。该详细设计方案在陕西省西长高速公路西张堡分中心迁址工程中得到了实际应用与验证。应用与验证表明该详细设计方案能够满足西长高速公路机电工程实际需求，为保证该高速公路机电系统的顺利建设与良好运营提供了技术支撑。