高速公路智能化對機電系統的影響分析

吳昊

WU Hao

（重慶市華馳交通科技有限公司）

( Chongqing Huachi Transportation Technology Co. Ltd.)

1　引言

高速公路是我國經濟社會發展的極為重要的基礎設施，也代表著我國國民經濟的繁榮程度和發展水平。以西部大開發和一帶一路建設為標志，高速公路建設是必須的基礎前提。按照交通部《國家高速公路網規劃》內容，我國在2030年底，整體高速公路建設長度將達到8.5萬公里，里程數成為世界第一。但與之相對應的問題也比較多，比如高速公路的環境保護和安全及維護等一系列問題。這對高速公路的管理提出了更高的要求，在這樣的背景下，智能化管理應運而生。

2　機電系統對于高速公路建設的現實意義

通過國外高速公路智能化建設和使用的先進經驗，對高速公路采取智能化的管理方式能夠有效提升交通效率，促進道路運行功能，減少交通事故。智能化毫無疑問將作為高速公路建設和發展的主要選擇和方向，得到越來越多的關注和認可。而機電系統則是高速公路智能化的物理基礎，這些系統的智能化程度決定了高速公路的發展水平，應該引起高度的重視。

用于高速公路智能化建設的機電系統，主要通過整合電氣電子、信息控制、交通機械工程等科技方法和手段，以完成對高速公路路網進行智能化管理和控制的基礎性綜合系統。其主要的構成單元包括如下幾個達到部分：監控單元、通信單元、安全單元、供配電單元、收費單元等幾個分系統。對這些分系統功能整合，也是一體現條高速公路現代化程度的具體標準，其建設和發展的實際水平，直接決定了高速公路的運營水平。

3　高速公路智能化建設與機電系統的關系

3.1　高速公路進行智能化建筑的內涵

具體來說，高速公路進行的智能化建設，就是要把目前相關科技領域較為領先的數據通信技術、信息技術、傳感器技術、人工智能、控制技術，結合運籌學的基礎理論和相關實踐知識，有效整合并運用到實際的高速公路管理以及建設過程，該系統具備了語言集成功能、邏輯計算推理能力、模擬視覺以及代替人運動的功能，進而強化了道路和車輛以及管理者間的深層聯系，逐漸形成一整套高效、安全、穩定的道路輸運體系。通過高科技含量的技術手段，通過先進的機電設備設施，充分集成語音功能、視頻功能、數據功能的基礎上，對整個高速公路的軟硬件管理實施更為直接、便捷、準確的控制。

同時，隨著更多科技手段和理念的持續改進，對于高速公路智能化的推進代表著巨大的動力，我國智能化高速公路的建設也取得了日新月異的進步。國家相關部門對于高速公路智能化建設有著廣泛的共識，比如科技部，就特意在國家“十一五”科技攻關計劃中針對智能交通系統關鍵技術專門設立研究課題和攻關項目，并立意將成果及時轉化，通過北京等10個超大型城市做試點示范，在京津冀以及長三角等發達地區初步建成綜合智能交通體系。

3.2　智能化對高速公路機電系統的標準性要求

高速公路的智能化手段，其實現的基礎就是機電系統，而決定高速公路的智能化程度的關鍵指標，實際也就是機電系統的先進性程度。智能化設計和管理功能的實現對于機電系統的依賴是不可或缺的，高速公路智能化管理的普及和拓展，也必然要成為高速公路今后設計和發展的總體趨勢，其實現途徑有賴于機電設備和體系的進一步發展和完善。而且，對于高速公路進行智能化建設，不是一個一蹴而就的過程，它需要不斷地技術創新和技術運用，在充分考慮性價比以及可靠性的基礎上，逐步推廣和普及。在整個項目完成的各個階段，高速公路的規劃管理和設計者，以及高速公路的建設者，都要全身心參與進來，結合當前實際需要以及技術實現能力，考慮盡可能長遠，通過系統設計把機電設備和系統的功能充分整合，并為未來的進一步升級更新系統奠定一定的物理基礎，以持續滿足高速公路在未來使用以及發展中的各種需要。

就目前的情況來說，高速公路所使用的機電系統及其技術已經可以基本滿足智能化建設的實際需要，比如傳感器技術、已采用的各種監控監測設備系統、信息傳遞和發布系統、自動收費處理設備、能滿足基本事故救援需求的配套設施等。但這些設備設施缺乏實時系統的動態組織，使得各分系統各行其是，造成高速公路一些問題的處理沒有及時高效解決。同時，這些系統設備雖然可用，但其功能卻不夠強大，還需要進一步完善，并且所需的數量也要進一步增多，才能滿足實際的智能化管理需要。

在建設的過程中，還要考慮成本控制，在滿足基本使用需求的前提下，盡量避免更大的投入，降低對正常運營的影響。高速公路智能化管理系統必須深度運用更為先進同時也更適用的智能化設備，可以實施全方位以及全時段的全路網運營監控和高效管理。因此，必須基于現有的機電系統，輔助增加并利用更為先進的網絡通信控制技術，整合所有資源，將各類道路和交通的信息進行充分融合，實現自動化和智能化的高速公路路網監控等功能。

4　智能化對高速公路機電系統的影響分析

4.1　高速公路路網監控系統

對高速公路的正常運行需要監控系統實時采集路況信息，借助這些信息來確定具體的對策措施。監控系統是以傳感器和攝像頭等作為原始信息采集工具，通過有線或者無線通信手段進行信息的傳輸，再經過計算機的運算處理，實現實時信息采集和數據處理功能的一套。通過該系統，可以將全路線上的一些重要信息及時收集、整理、發布，并據此進行指揮和控制，提高高速公路的運營效率，降低運營成本和事故率。可以對高速公路的運營狀態實施定時或不定時的檢測，依據預先設計好的智能化管理準則以及策略，直接生成科學的管理控制方案，輔助形成必要的控制方法，幫助交管部門進一步調整高速公路的交通狀態，實現高效、準確、安全的管理目標。按照具體的功能需求以及實際設備的功能特點，高速公路監控系統大致可包括如下幾個主要的分系統。

1）信息采集分系統

信息采集分系統的功能主要是采集路面交通的原始信息，借助一些傳感器，包括車輛超聲波檢測設備、線圈檢測設備、視頻檢測設備、紅外檢測設備，以及傳遞數據的通信設備等，一起構成路面交通數據即時采集分系統，用來獲取高速公路各路段道路的實時交通的信息和數據。

2）交通控制分系統

高速公路交通控制分系統的組成主要包括如下幾個部分：一是交通控制的目標內容，二是交通控制的方法選擇，三是交通控制的參數設置。交通控制的參數設置會根據固定的某種控制模式來作用到高速公路的交通流量控制上。按照流量控制的具體形式選擇，實際的控制方法也需劃分為高速匝道控制以及高速主干道控制這兩個大的類別。實際的匝道控制手段主要在入口匝道處，其又能進一步細分為四種形式，分別是：①定時調節控制；②整體定時控制；③交通感應控制；④匯合控制。針對不同的車流量情況，采取不同的控制措施。

3）信息顯示分系統

對于交通信息顯示分系統而言，其組成一般包括變化限速引導系統，主要是借助高速公路兩側以及中間位置的變化限速的標志指示系統來實現，對高速各個車道車速進行優化配置處理，確保車輛能夠充分利用各個車道。而更為詳細的信息可通過情報顯示板系統來實現，向過往的車輛發布詳細的公路交通情況信息，以及具體的警告或控制指揮等指令性信息。

4）計算機網絡分系統

計算機網絡分系統相當于整個信息采集系統的神經系統，用于連接其他網絡內的各個分系統，形成功能協調統一的整體。計算機網絡分系統的組成主要軟件和硬件兩個部分，軟件是功能實現的基礎，硬件是軟件運行的平臺。具體來說，主要包括：計算機主機及其輔助設備、計算機的操作管理系統、網絡通信連接設備、計算機網絡運營管理系統、數據庫系統、監控系統的各應用終端程序，等等。

4.2　高速公路收費系統

收費系統是完成高速公路收費功能的主要工具，具體來說，其主要的功能細分以及工作流程可以分為以下幾個步驟：一是對收費口的車輛交通狀況進行分型和統計，在此基礎上，按照預訂的收費標準收取必要的費用，同時發放收費的票據；二是將與收費內容有關聯的相關數據和信息進行匯總和整理，將整理后的數據傳送給管理中心和監控中心等，由上級部門的計算機對這些數據信息進行進一步的處理；三是進行原始數據的數值分析，據此編制管理相關的報表，并即時保存各種重要的信息數據；四是按照通過網絡接收到的監控中心直接指令，控制并調節進出高速公路的所有車輛。

5　結束語

綜上所述，高速公路智能化的基礎是機電系統，這些機電設備設施的技術先進程度決定著智能化管理的水平。從目前的形勢看，未來高速公路的發展，智能化管理是必由之路，從這個意義上說，加強機電系統智能化升級研究有著重要現實意義，必須切實做好。

［1］吳偉國，張平樂，王帆.淺談機電系統建設與高速公路智能化［J］.湖南交通科技，2007，33(4):142～144.

［2］鄒文端.高速公路智能化若干問題 的 研 究［D］.衡 陽 ：南 華 大 學，2006:226～252.

［3］楊志偉，羅宇飛.高速公路機電系統管理［M］.北京：機械工業出版社，2014.