孫廣為

（山東高速基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有限公司，山東濟(jì)南 250000）

0 引言

中國高速公路事業(yè)已步入繁榮發(fā)展階段，隨之發(fā)生了前所未有的變化。如何將智能化建設(shè)融入其中，已成為交通建設(shè)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。在高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)中，采用更為合理、智能化的建設(shè)模式，能夠提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為工作人員帶來便利，提高其工作效率，有助于第一時(shí)間精準(zhǔn)定位故障，并采取有效的解決措施。

1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的組成和基本現(xiàn)狀

1.1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的組成

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是指在高速公路上安裝的各種機(jī)械和電氣設(shè)備，用于管理、監(jiān)控和維護(hù)道路交通運(yùn)行情況。高速公路機(jī)電系統(tǒng)由多個(gè)部分構(gòu)成，主要包括以下幾個(gè)方面：

第一，收費(fèi)系統(tǒng)。高速公路收費(fèi)系統(tǒng)是用于收取過路費(fèi)的設(shè)施和相關(guān)管理系統(tǒng)。高速公路收費(fèi)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、綜合的體系，其涉及收費(fèi)站建設(shè)、電子不停車收費(fèi)技術(shù)、計(jì)價(jià)規(guī)則制訂以及數(shù)據(jù)管理等方面。通過科技手段和有效的運(yùn)營管理，高速公路收費(fèi)系統(tǒng)可以提供便捷的過路服務(wù)，保證交通安全，并為維護(hù)和促進(jìn)高速公路網(wǎng)絡(luò)發(fā)展作出貢獻(xiàn)[1]。

第二，監(jiān)控系統(tǒng)。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是用于實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理道路交通狀況的系統(tǒng)，其主要功能是收集、傳輸和分析交通數(shù)據(jù)，不僅可以提供實(shí)時(shí)的交通信息，還能夠幫助交通管理部門進(jìn)行有效的交通管控，提升道路安全性和運(yùn)行效率。

第三，通信系統(tǒng)。高速公路通信系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由無線通信設(shè)備、車載終端設(shè)備和交通管理中心等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛之間和車輛與交通管理中心之間的信息傳輸與交流。該系統(tǒng)的主要目的是提供安全、高效和可靠的通信服務(wù)，為高速公路交通管理、應(yīng)急救援和駕駛員服務(wù)等提供強(qiáng)有力的支持，提升道路安全性和運(yùn)行效率。

第四，供配電照明系統(tǒng)。高速公路供配電照明系統(tǒng)通過建立穩(wěn)定的供電網(wǎng)絡(luò)、設(shè)置照明設(shè)備和配電裝置等，可為高速公路提供可靠的電力供應(yīng)和良好的道路照明效果。該系統(tǒng)的主要功能是確保高速公路沿線道路的照明和電力需求得到滿足，提高夜間行車的安全性，為駕駛員提供舒適的行車環(huán)境。

1.2 高速公路機(jī)電系統(tǒng)現(xiàn)狀

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是高速公路的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)高速公路收費(fèi)、監(jiān)控、通信等任務(wù)。隨著我國高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路機(jī)電系統(tǒng)的組成現(xiàn)狀也在不斷發(fā)生變化?，F(xiàn)階段，我國高速公路機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)相對(duì)完善，但隨著我國高速公路建設(shè)的不斷推進(jìn)，高速公路機(jī)電系統(tǒng)還面臨著一些挑戰(zhàn)，如系統(tǒng)集成、智能化、信息化等方面需要進(jìn)一步改進(jìn)和提升。

2 智慧化建設(shè)在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢

智慧化建設(shè)在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢主要為提升交通管理效率、提升交通監(jiān)控水平、提供個(gè)性化服務(wù)、節(jié)能環(huán)保，并提高運(yùn)維效率。一方面，通過數(shù)據(jù)采集和分析，高速公路機(jī)電系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛行駛狀態(tài)、道路狀況以及異常事件，發(fā)生交通事故或其他緊急情況，系統(tǒng)能夠立即向相關(guān)部門發(fā)送警報(bào)并快速作出響應(yīng)。另一方面，可以幫助交通管理部門更準(zhǔn)確地監(jiān)測和控制交通流量，如通過智能交通信號(hào)燈控制、動(dòng)態(tài)車道指示等手段，優(yōu)化車輛流動(dòng)，減少擁堵現(xiàn)象，提高道路通行效率。

3 智慧化建設(shè)在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 車路協(xié)同智慧化場景

隨著科技的進(jìn)步和智慧化建設(shè)的不斷推進(jìn)，車路協(xié)同智慧化場景在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。車路協(xié)同是指車輛與道路設(shè)施、其他車輛以及云端服務(wù)器之間的信息交流與協(xié)同，從而實(shí)現(xiàn)更加安全、高效、智能的交通模式。具體應(yīng)用場景如下：

第一，智能導(dǎo)航與路徑規(guī)劃。通過車路協(xié)同系統(tǒng)，車輛可以實(shí)時(shí)獲取道路狀況、交通流量等信息，結(jié)合云端數(shù)據(jù)和智能算法，為駕駛者提供精確的導(dǎo)航和路徑規(guī)劃，避開擁堵路段，提高行駛效率。

第二，自動(dòng)駕駛與安全防護(hù)。車路協(xié)同系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)車輛之間的信息共享，提前預(yù)警駕駛者可能遇到的危險(xiǎn)，如前方突發(fā)事故、惡劣天氣等。此外，車輛還可以通過協(xié)同系統(tǒng)獲取到道路設(shè)施的各類信息，如道路標(biāo)線、信號(hào)燈等，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能。

第三，車聯(lián)網(wǎng)與信息服務(wù)。通過車路協(xié)同系統(tǒng)，車輛可以與其他車輛、云端服務(wù)器以及交通管理部門進(jìn)行信息交流，實(shí)時(shí)獲取各類交通信息，如路況、交通管制、停車場信息等。駕駛者可以根據(jù)這些信息做出合理的出行決策，節(jié)約出行成本和時(shí)間。

第四，綠色出行與能源管理。車路協(xié)同系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測，為駕駛者提供個(gè)性化的節(jié)能建議。

第五，緊急救援與事故處理。發(fā)生緊急情況時(shí)，車路協(xié)同系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取事故信息，迅速啟動(dòng)應(yīng)急救援機(jī)制。同時(shí)，通過與其他車輛和交通管理部門的信息共享，為救援車輛提供最優(yōu)路徑，提高救援效率。

3.2 智慧交通控制系統(tǒng)

第一，交通數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。交通數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)是智慧交通控制系統(tǒng)的基石，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)收集高速公路各個(gè)路段的車輛行駛數(shù)據(jù)、路況信息等[2]。數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括攝像頭、車輛檢測器、氣象檢測器等，通過這些設(shè)備可以實(shí)時(shí)監(jiān)測高速公路的交通流量、速度、車輛密度等關(guān)鍵指標(biāo)。采集到的數(shù)據(jù)通過有線或無線通信技術(shù)傳輸至交通控制中心，為后續(xù)的智慧交通控制提供數(shù)據(jù)支持。

第二，交通信息處理與分析系統(tǒng)。交通信息處理與分析系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)采集到的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、分析和挖掘，以提取有價(jià)值的信息。預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合等，以消除數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。分析與挖掘主要針對(duì)交通流的時(shí)空特性、交通事件等，可為交通控制策略的制訂提供依據(jù)。

第三，交通控制策略制訂與優(yōu)化系統(tǒng)。交通控制策略制訂與優(yōu)化系統(tǒng)可以根據(jù)交通信息處理與分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合道路容量、交通需求、交通安全等因素，制訂相應(yīng)的交通控制策略，包括交通流優(yōu)化調(diào)度、交通擁堵緩解、交通事故處理等，實(shí)現(xiàn)高速公路交通流的動(dòng)態(tài)平衡。同時(shí)，系統(tǒng)還具備自適應(yīng)調(diào)整策略的能力，以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件和異常情況。

第四，交通指揮與誘導(dǎo)系統(tǒng)。交通指揮與誘導(dǎo)系統(tǒng)負(fù)責(zé)將交通控制策略實(shí)時(shí)地傳達(dá)給駕駛員和交通管理人員，包括發(fā)布實(shí)時(shí)路況信息、交通管制措施、誘導(dǎo)行駛路線等，便于駕駛員及時(shí)了解前方道路情況，提前做好行駛規(guī)劃，減少擁堵等待時(shí)間。同時(shí)，交通管理人員可以根據(jù)系統(tǒng)提供的信息，對(duì)交通流進(jìn)行精細(xì)化管理，提高道路利用率。

3.3 高速公路自動(dòng)化收費(fèi)系統(tǒng)

高速公路自動(dòng)化收費(fèi)系統(tǒng)主要具備車輛識(shí)別、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、收費(fèi)數(shù)據(jù)處理和收費(fèi)信息發(fā)布等功能。應(yīng)用自動(dòng)化收費(fèi)系統(tǒng)，可以大大提高收費(fèi)站的通行能力，降低收費(fèi)誤差，提高收費(fèi)效率，為車主提供更加便捷的出行服務(wù)。

第一，車輛識(shí)別。通過車輛識(shí)別技術(shù)，高速公路自動(dòng)化收費(fèi)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的自動(dòng)識(shí)別和分類。目前，常見的車輛識(shí)別技術(shù)包括車牌識(shí)別、ETC（電子收費(fèi)）和視頻識(shí)別等。其中，車牌識(shí)別技術(shù)通過對(duì)車輛的車牌進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛信息的準(zhǔn)確獲??；ETC 技術(shù)通過車載電子標(biāo)簽與收費(fèi)站設(shè)備之間的通信，實(shí)現(xiàn)快速通行；視頻識(shí)別技術(shù)則通過對(duì)車輛外觀和行駛特征的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的自動(dòng)分類。

第二，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。高速公路自動(dòng)化收費(fèi)系統(tǒng)可以根據(jù)不同車輛的類型、尺寸、重量等信息，自動(dòng)設(shè)定相應(yīng)的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的依據(jù)主要包括國家和地方的收費(fèi)政策、道路等級(jí)、車輛行駛里程等。通過對(duì)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)設(shè)定，可以有效避免收費(fèi)不公平現(xiàn)象的發(fā)生，提高收費(fèi)的公正性和透明度。

第三，收費(fèi)數(shù)據(jù)處理。高速公路自動(dòng)化收費(fèi)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集和處理收費(fèi)站的收費(fèi)數(shù)據(jù)，包括車輛通行信息、收費(fèi)金額等。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析和處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)收費(fèi)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保收費(fèi)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。同時(shí)，收費(fèi)數(shù)據(jù)處理還可以為收費(fèi)管理部門提供決策依據(jù)，有助于提高收費(fèi)管理水平和效率。

第四，收費(fèi)信息發(fā)布。高速公路自動(dòng)化收費(fèi)系統(tǒng)可以通過各種信息發(fā)布手段（交通廣播、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)應(yīng)用等），向車主提供實(shí)時(shí)的收費(fèi)信息。通過提供及時(shí)、準(zhǔn)確的收費(fèi)信息，車主可以提前了解收費(fèi)情況，合理安排出行路線，減少擁堵和排隊(duì)等待時(shí)間。

3.4 微電網(wǎng)應(yīng)用場景

智慧化高速公路機(jī)電系統(tǒng)微電網(wǎng)是指在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中，利用微電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源的集成、優(yōu)化和管理，能有效調(diào)動(dòng)多種能源（如太陽能、風(fēng)能、儲(chǔ)能等）和負(fù)荷（如照明、充電樁、監(jiān)控設(shè)備等），提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。智慧化高速公路機(jī)電系統(tǒng)微電網(wǎng)的主要應(yīng)用場景如下：

第一，照明系統(tǒng)。將太陽能光伏板安裝在隔離帶或收費(fèi)站上，并與儲(chǔ)能設(shè)備結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的可持續(xù)供電。

第二，充電樁。隨著新能源汽車的普及，高速公路上需要建設(shè)大量充電樁來滿足駕駛員的需求。借助微電網(wǎng)技術(shù)，可以將太陽能光伏板和儲(chǔ)能設(shè)備與充電樁相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的綠色供電，降低對(duì)傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)的依賴。

第三，監(jiān)控設(shè)備。高速公路上的監(jiān)控設(shè)備需要穩(wěn)定的電力供應(yīng)，以保證其正常運(yùn)行。通過微電網(wǎng)技術(shù)，可以將太陽能光伏板和儲(chǔ)能設(shè)備與監(jiān)控設(shè)備連接，提供可靠的電力支持。

第四，應(yīng)急系統(tǒng)。在高速公路上，突發(fā)事故或自然災(zāi)害可能導(dǎo)致傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)中斷。智慧化高速公路機(jī)電系統(tǒng)微電網(wǎng)可以作為一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)急系統(tǒng)，在緊急情況下提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，確保交通安全和救援工作的順利進(jìn)行。

3.5 智慧桿件應(yīng)用場景

智慧化高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的智慧桿件是指在高速公路上設(shè)置的具備智能功能的燈桿或支撐結(jié)構(gòu)，其集成多種傳感器、通信設(shè)備和數(shù)據(jù)處理模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流量、環(huán)境狀況以及道路設(shè)施的監(jiān)測與管理，主要應(yīng)用場景如下：

第一，交通監(jiān)測。智慧桿件可以安裝車流量傳感器、攝像頭等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測車流量、車速和擁堵情況等信息[3]。通過收集并分析這些數(shù)據(jù)，交通管理部門可以作出準(zhǔn)確的交通調(diào)度和規(guī)劃決策，提高道路運(yùn)行效率。

第二，環(huán)境監(jiān)測。智慧桿件可以配備空氣質(zhì)量傳感器、噪聲檢測器等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測周圍環(huán)境的污染程度和噪聲水平。這些數(shù)據(jù)可以用于評(píng)估道路附近環(huán)境質(zhì)量，以采取相應(yīng)措施改善空氣質(zhì)量和降低噪聲污染。

第三，公共安全。智慧桿件可以安裝視頻監(jiān)控?cái)z像頭、火災(zāi)報(bào)警器等設(shè)備，用于監(jiān)測道路安全和防范惡性事件。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置交通事故、火災(zāi)等緊急情況，提高公共安全水平。

第四，照明控制。智慧桿件可以集成光感應(yīng)器和遠(yuǎn)程控制裝置，實(shí)現(xiàn)智能照明控制。根據(jù)周圍環(huán)境的亮度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度，還可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理和控制燈桿的開關(guān)狀態(tài)，提高能源利用效率和管理便捷性。

第五，無線通信。智慧桿件可以配備無線通信設(shè)備，如Wi-Fi、藍(lán)牙等，為路過的車輛和行人提供無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這樣不僅方便用戶上網(wǎng)、獲取信息，還可為智能車輛提供聯(lián)網(wǎng)支持，促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

3.6 機(jī)電系統(tǒng)故障維修場景

在智慧高速公路系統(tǒng)中，機(jī)械設(shè)備和電力系統(tǒng)的故障類型存在一定的差異性，傳統(tǒng)的管理模式無法有效地對(duì)其進(jìn)行集中統(tǒng)一管理。而智慧化系統(tǒng)能夠記錄高速公路機(jī)電系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的故障情況，并對(duì)故障類型和維護(hù)流程進(jìn)行更加細(xì)致的劃分，提高數(shù)據(jù)的可靠性，為不同類型的故障維修提供數(shù)據(jù)支持。出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員可以迅速找到相關(guān)的設(shè)備故障數(shù)據(jù)，以快速、準(zhǔn)確地定位設(shè)備故障位置，找到故障原因，并進(jìn)一步診斷和處理問題。這樣能夠提高機(jī)電系統(tǒng)故障維修響應(yīng)效率，節(jié)省人力成本和時(shí)間成本，為公眾出行提供更便捷、安全的出行服務(wù)。

4 結(jié)語

總之，智慧化建設(shè)在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠提升機(jī)電系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率與質(zhì)量，對(duì)高速公路的發(fā)展有重要意義。在智慧化建設(shè)中，需要充分了解和分析高速公路機(jī)電系統(tǒng)的具體狀況，制訂合理的應(yīng)用策略，并注重整體效益與系統(tǒng)集成，以提升高速公路機(jī)電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和效率，促進(jìn)我國高速公路朝著現(xiàn)代化方向發(fā)展。