智慧化建设在高速公路机电系统中的应用分析

2024-01-31孙广为

运输经理世界 2023年33期

孙广为

（山东高速基础设施建设有限公司，山东济南 250000）

0 引言

中国高速公路事业已步入繁荣发展阶段，随之发生了前所未有的变化。如何将智能化建设融入其中，已成为交通建设领域亟待解决的关键问题。在高速公路机电系统建设中，采用更为合理、智能化的建设模式，能够提升系统的稳定性，为工作人员带来便利，提高其工作效率，有助于第一时间精准定位故障，并采取有效的解决措施。

1 高速公路机电系统的组成和基本现状

1.1 高速公路机电系统的组成

高速公路机电系统是指在高速公路上安装的各种机械和电气设备，用于管理、监控和维护道路交通运行情况。高速公路机电系统由多个部分构成，主要包括以下几个方面：

第一，收费系统。高速公路收费系统是用于收取过路费的设施和相关管理系统。高速公路收费系统是一个复杂、综合的体系，其涉及收费站建设、电子不停车收费技术、计价规则制订以及数据管理等方面。通过科技手段和有效的运营管理，高速公路收费系统可以提供便捷的过路服务，保证交通安全，并为维护和促进高速公路网络发展作出贡献[1]。

第二，监控系统。高速公路监控系统是用于实时监测和管理道路交通状况的系统，其主要功能是收集、传输和分析交通数据，不仅可以提供实时的交通信息，还能够帮助交通管理部门进行有效的交通管控，提升道路安全性和运行效率。

第三，通信系统。高速公路通信系统是一个复杂的网络系统，由无线通信设备、车载终端设备和交通管理中心等组成，能够实现车辆之间和车辆与交通管理中心之间的信息传输与交流。该系统的主要目的是提供安全、高效和可靠的通信服务，为高速公路交通管理、应急救援和驾驶员服务等提供强有力的支持，提升道路安全性和运行效率。

第四，供配电照明系统。高速公路供配电照明系统通过建立稳定的供电网络、设置照明设备和配电装置等，可为高速公路提供可靠的电力供应和良好的道路照明效果。该系统的主要功能是确保高速公路沿线道路的照明和电力需求得到满足，提高夜间行车的安全性，为驾驶员提供舒适的行车环境。

1.2 高速公路机电系统现状

高速公路机电系统是高速公路的重要组成部分，主要负责高速公路收费、监控、通信等任务。随着我国高速公路建设的快速发展，高速公路机电系统的组成现状也在不断发生变化。现阶段，我国高速公路机电系统已经相对完善，但随着我国高速公路建设的不断推进，高速公路机电系统还面临着一些挑战，如系统集成、智能化、信息化等方面需要进一步改进和提升。

2 智慧化建设在高速公路机电系统中的应用优势

智慧化建设在高速公路机电系统中的应用优势主要为提升交通管理效率、提升交通监控水平、提供个性化服务、节能环保，并提高运维效率。一方面，通过数据采集和分析，高速公路机电系统可以实时监测车辆行驶状态、道路状况以及异常事件，发生交通事故或其他紧急情况，系统能够立即向相关部门发送警报并快速作出响应。另一方面，可以帮助交通管理部门更准确地监测和控制交通流量，如通过智能交通信号灯控制、动态车道指示等手段，优化车辆流动，减少拥堵现象，提高道路通行效率。

3 智慧化建设在高速公路机电系统中的具体应用

3.1 车路协同智慧化场景

随着科技的进步和智慧化建设的不断推进，车路协同智慧化场景在高速公路机电系统中的应用越来越广泛。车路协同是指车辆与道路设施、其他车辆以及云端服务器之间的信息交流与协同，从而实现更加安全、高效、智能的交通模式。具体应用场景如下：

第一，智能导航与路径规划。通过车路协同系统，车辆可以实时获取道路状况、交通流量等信息，结合云端数据和智能算法，为驾驶者提供精确的导航和路径规划，避开拥堵路段，提高行驶效率。

第二，自动驾驶与安全防护。车路协同系统可以实现车辆之间的信息共享，提前预警驾驶者可能遇到的危险，如前方突发事故、恶劣天气等。此外，车辆还可以通过协同系统获取到道路设施的各类信息，如道路标线、信号灯等，从而实现自动驾驶功能。

第三，车联网与信息服务。通过车路协同系统，车辆可以与其他车辆、云端服务器以及交通管理部门进行信息交流，实时获取各类交通信息，如路况、交通管制、停车场信息等。驾驶者可以根据这些信息做出合理的出行决策，节约出行成本和时间。

第四，绿色出行与能源管理。车路协同系统可以实现对车辆能耗的实时监控和预测，为驾驶者提供个性化的节能建议。

第五，紧急救援与事故处理。发生紧急情况时，车路协同系统可以实时获取事故信息，迅速启动应急救援机制。同时，通过与其他车辆和交通管理部门的信息共享，为救援车辆提供最优路径，提高救援效率。

3.2 智慧交通控制系统

第一，交通数据采集与传输系统。交通数据采集与传输系统是智慧交通控制系统的基石，负责实时收集高速公路各个路段的车辆行驶数据、路况信息等[2]。数据采集设备包括摄像头、车辆检测器、气象检测器等，通过这些设备可以实时监测高速公路的交通流量、速度、车辆密度等关键指标。采集到的数据通过有线或无线通信技术传输至交通控制中心，为后续的智慧交通控制提供数据支持。

第二，交通信息处理与分析系统。交通信息处理与分析系统负责对采集到的交通数据进行预处理、分析和挖掘，以提取有价值的信息。预处理包括数据清洗、数据融合等，以消除数据中的噪声和异常值，提高数据质量。分析与挖掘主要针对交通流的时空特性、交通事件等，可为交通控制策略的制订提供依据。

第三，交通控制策略制订与优化系统。交通控制策略制订与优化系统可以根据交通信息处理与分析系统的数据分析结果，结合道路容量、交通需求、交通安全等因素，制订相应的交通控制策略，包括交通流优化调度、交通拥堵缓解、交通事故处理等，实现高速公路交通流的动态平衡。同时，系统还具备自适应调整策略的能力，以应对突发事件和异常情况。

第四，交通指挥与诱导系统。交通指挥与诱导系统负责将交通控制策略实时地传达给驾驶员和交通管理人员，包括发布实时路况信息、交通管制措施、诱导行驶路线等，便于驾驶员及时了解前方道路情况，提前做好行驶规划，减少拥堵等待时间。同时，交通管理人员可以根据系统提供的信息，对交通流进行精细化管理，提高道路利用率。

3.3 高速公路自动化收费系统

高速公路自动化收费系统主要具备车辆识别、收费标准设定、收费数据处理和收费信息发布等功能。应用自动化收费系统，可以大大提高收费站的通行能力，降低收费误差，提高收费效率，为车主提供更加便捷的出行服务。

第一，车辆识别。通过车辆识别技术，高速公路自动化收费系统可实现对车辆的自动识别和分类。目前，常见的车辆识别技术包括车牌识别、ETC（电子收费）和视频识别等。其中，车牌识别技术通过对车辆的车牌进行自动识别，实现对车辆信息的准确获取；ETC 技术通过车载电子标签与收费站设备之间的通信，实现快速通行；视频识别技术则通过对车辆外观和行驶特征的识别，实现对车辆的自动分类。

第二，收费标准设定。高速公路自动化收费系统可以根据不同车辆的类型、尺寸、重量等信息，自动设定相应的收费标准。收费标准设定的依据主要包括国家和地方的收费政策、道路等级、车辆行驶里程等。通过对收费标准的自动设定，可以有效避免收费不公平现象的发生，提高收费的公正性和透明度。

第三，收费数据处理。高速公路自动化收费系统可以实时采集和处理收费站的收费数据，包括车辆通行信息、收费金额等。通过对这些数据的分析和处理，可以实现对收费过程的实时监控，确保收费数据的准确性和完整性。同时，收费数据处理还可以为收费管理部门提供决策依据，有助于提高收费管理水平和效率。

第四，收费信息发布。高速公路自动化收费系统可以通过各种信息发布手段（交通广播、互联网、手机应用等），向车主提供实时的收费信息。通过提供及时、准确的收费信息，车主可以提前了解收费情况，合理安排出行路线，减少拥堵和排队等待时间。

3.4 微电网应用场景

智慧化高速公路机电系统微电网是指在高速公路机电系统中，利用微电网技术实现能源的集成、优化和管理，能有效调动多种能源（如太阳能、风能、储能等）和负荷（如照明、充电桩、监控设备等），提供稳定可靠的电力供应。智慧化高速公路机电系统微电网的主要应用场景如下：

第一，照明系统。将太阳能光伏板安装在隔离带或收费站上，并与储能设备结合，实现对照明系统的可持续供电。

第二，充电桩。随着新能源汽车的普及，高速公路上需要建设大量充电桩来满足驾驶员的需求。借助微电网技术，可以将太阳能光伏板和储能设备与充电桩相连，实现对充电桩的绿色供电，降低对传统电力网络的依赖。

第三，监控设备。高速公路上的监控设备需要稳定的电力供应，以保证其正常运行。通过微电网技术，可以将太阳能光伏板和储能设备与监控设备连接，提供可靠的电力支持。

第四，应急系统。在高速公路上，突发事故或自然灾害可能导致传统电力网络中断。智慧化高速公路机电系统微电网可以作为一个独立的应急系统，在紧急情况下提供稳定的电力供应，确保交通安全和救援工作的顺利进行。

3.5 智慧杆件应用场景

智慧化高速公路机电系统中的智慧杆件是指在高速公路上设置的具备智能功能的灯杆或支撑结构，其集成多种传感器、通信设备和数据处理模块，可以实现对交通流量、环境状况以及道路设施的监测与管理，主要应用场景如下：

第一，交通监测。智慧杆件可以安装车流量传感器、摄像头等设备，实时监测车流量、车速和拥堵情况等信息[3]。通过收集并分析这些数据，交通管理部门可以作出准确的交通调度和规划决策，提高道路运行效率。

第二，环境监测。智慧杆件可以配备空气质量传感器、噪声检测器等设备，实时监测周围环境的污染程度和噪声水平。这些数据可以用于评估道路附近环境质量，以采取相应措施改善空气质量和降低噪声污染。

第三，公共安全。智慧杆件可以安装视频监控摄像头、火灾报警器等设备，用于监测道路安全和防范恶性事件。通过实时监控和数据分析，可以及时发现并处置交通事故、火灾等紧急情况，提高公共安全水平。

第四，照明控制。智慧杆件可以集成光感应器和远程控制装置，实现智能照明控制。根据周围环境的亮度变化自动调节灯光亮度，还可以通过网络远程管理和控制灯杆的开关状态，提高能源利用效率和管理便捷性。

第五，无线通信。智慧杆件可以配备无线通信设备，如Wi-Fi、蓝牙等，为路过的车辆和行人提供无线网络服务。这样不仅方便用户上网、获取信息，还可为智能车辆提供联网支持，促进车联网技术的发展。

3.6 机电系统故障维修场景

在智慧高速公路系统中，机械设备和电力系统的故障类型存在一定的差异性，传统的管理模式无法有效地对其进行集中统一管理。而智慧化系统能够记录高速公路机电系统中相关设备的故障情况，并对故障类型和维护流程进行更加细致的划分，提高数据的可靠性，为不同类型的故障维修提供数据支持。出现故障时，维修人员可以迅速找到相关的设备故障数据，以快速、准确地定位设备故障位置，找到故障原因，并进一步诊断和处理问题。这样能够提高机电系统故障维修响应效率，节省人力成本和时间成本，为公众出行提供更便捷、安全的出行服务。