智慧化建設在高速公路機電系統中的應用

王治剛

（中咨泰克交通工程集團有限公司，北京100089）

1 智慧化建設相關概述

智慧化建設是各企業未來的發展趨勢，如高速公路建設企業可以改變原有高速公路機電系統的運維模式，即通過智慧化的手段監控和監測機電系統中的故障問題，并將故障及時上報維修部門，以此得到維修部門的快速響應。

就實際操作而言，將智慧化建設具體應用到高速公路機電系統中，可以使其運行規律更容易被掌握，從而將本應事后處理的故障轉變為了事前預測。這不僅可以提高機電系統的在線率，還可以保證機電系統的安全與穩定運行。

當前，機電系統已成為為高速公路上最集中的區域，而傳統高速公路的建設標準已難以滿足當前營運的基本需求。就目前來看，我國高速公路建設正處于“智慧建設”發展的關鍵時期，這對于機電系統的運行來說既是機遇也是挑戰。

2 高速公路機電系統組成的現狀

高速公路機電系統是一個集復雜與系統的組織運營系統。對其進行智慧化建設，是讓該系統可以實現信息化與現代化管理的重要基礎和前提條件，從而有效保證車輛的運行達到安全、舒適的狀態。但是，現階段我國部分高速公路在管理上仍存在對智慧化建設重視程度較低、檢修不及時、管理無規則、經費欠缺以及機電系統養護缺乏統一標準等問題。鑒于此，研究并重視高速公路機電系統的智慧化建設，已成為目前形勢下的重要趨勢。

3 智慧化建設在高速公路機電系統的具體應用

3.1 車路協同應用場景

2018年12月底，華為技術有限公司與奧迪公司共同研發的智能網聯汽車在延崇高速公路（北京段）車路協同與自動駕駛模式的演示工作會議上進行了首次演示，此時演示實現了高速公路區域內前方緊急制動預警、安全事故預警、異常情況闖入預警、自動緊急停車以及違章停車預警等的場景展示。

在此之前，盡管高速公路機電系統作為未來時期內智慧化建設主要領域的趨勢已較為明顯，但由于受政策限制、場地條件等因素的影響和制約，其始終未能及時開展大規模的車路協同應用場景。但是，在此次演示結束之后，更多的高速公路的管理養護公司開始投入到對于在高速公路機電系統中應用智慧化建設的工作中。

從理論層面理解，車路協同是基于無線通信技術和傳感探測技術對車路進行信息獲取的一種全新的模式，其通過車與車、車與路之間的協同和配合，可達到合理利用機電系統資源，從而在提高高速公路運行安全的同時，實現了減少高速公路交通擁堵這一目標（見圖1）。就目前的情況來看，車路協同應用場景主要包括安全類、效率類和信息服務類幾種模式，并在逐漸地向著自動駕駛車路協同的應用場景演進。

圖1 高速公路車輛通行路段示意圖

3.2 微電網應用場景

3.2.1 微電網的簡述及功能

微電網也被稱為微網，是新時期科學技術背景下產生的一種全新的網絡結構，是一種由微電源、負荷、儲能系統以及控制裝置共同構成的系統單元。另外，微電網還是一種自我控制、自我保護和自我管理的自治系統，既可以與外部電網共同運行，也可以單獨運行，進而有效促進了分布式電源與可再生能源的接入，能夠實現高速公路機電系統多種能源形式的供給，可以說是傳統電網向著智能電網的重要過渡。

3.2.2 微電網應用場景

微電網應用場景（見圖2）主要體現在以下幾個方面：

圖2 微電網應用場景模式圖

1）將高速公路區域內所有的分布式供電系統相互連接于一起，在保證太陽能、風能等自然能源充足的情況下，優先使用太陽能和風能發電[1]。

2）在太陽能和風能等自然資源不充足的情況下，優先使用蓄電池發電。

3）在蓄電池電能不充足的情況下，應當從遠程供電系統中獲得電能；如果有需要，還應當及時對機電系統中的蓄電池進行充電。

3.2.3 微電網的優勢分析

就目前來看，微電網主要有以下幾個方面的優勢：

1）由于微電網是航天FMEA故障模式技術下應運而生的一種新型技術，因此將航天中這一供電技術引用到民用建設過程中，能夠有效保證高速公路機電系統的安全性與可靠性。

2）環保節能、遠程監控以及維護成本低。

3）其電纜通過硅芯管敷設，安全性能高且建設成本低。

4）與傳統高速公路機電系統相比，微電網可以解決蓄電池損壞的問題。其能夠利用太陽能、風能互補來保證機電系統的正常運行；此外，即使是在蓄電池全部損害且無法及時維修的情況下，其還可以利用太陽能、風能等的自然能源轉化成電力，保證機電系統正常運行。

3.3 智慧桿件應用場景

3.3.1 多桿合一

傳統的2G、3G、4G具有機電占地面積較大，集成化程度較低等的眾多缺點。但是，隨著近些年來基站中有源設備的集成化和小型化的不斷發展，智慧桿件與各類型的社會桿塔之間實現了資源的整合，形成了雙向開放的發展主流。至此，移動通信系統中的基站桿塔資源在向園林綠化、市政項目以及交通運輸等領域開放的同時，各個部門中所屬的桿塔資源也向5G基站實現了全面的開放。故而，在保證安全和可靠的前提下，智慧桿件實現了開放與共享。

大量實踐證明，多功能的智慧桿件可集路燈、信號燈、監控、一鍵報警于一體，能夠形成高速公路智慧建設一張網，從而為智慧化建設在高速公路機電系統的具體應用打下堅實基礎[2]。

3.3.2 優勢

對于智慧化建設的高速公路機電系統來說，智慧桿件正是5G應用及推廣過程中的一個有利的市場機會，有條件的城市地區，可以借助智慧桿件，優化和完善高速公路中已有的機電系統，不論是高速公路入口處的多功能電警，還是區域內新建的道路停車視頻監控、違章停車抓拍都可以借助智慧桿件實現。

3.4 公路機電系統應用場景

高速公路機電系統因種類繁多，所以故障類型也不盡相同。傳統的管理模式已無法從根本上保證機電系統全部得到有效管理。而智慧化建設能夠將機電設備中的故障信息以圖片、文字等的方式記錄下來，使不同崗位的維修人員形成統一的認知。這樣一來，即使是遇到了安全事故，也可以做到有據可依和有章可循，并能細化故障類型和維修流程，從而讓數據信息更加的真實和可靠。

具體來說，智慧化建設在高速公路機電系統中的具體應用，能夠使機電系統的故障和響應的效率得到大幅度提升，進而在很大程度上提升智慧化建設城市的效果。基于此，維修人員無須親臨故障現場，就可以對故障產生的原因進行分析，并能準確定位故障的具體位置，以進一步對高速公路機電系統做出故障診斷。

不僅如此，將智慧化建設應用于高速公路機電系統還可以大大節省維修人員的時間成本。比如，維修人員通過公路機電系統，可以分析機電系統故障，并針對系統中信號丟失、顏色異常、畫面干擾等的情況準確判斷機電系統的故障類型。與此同時，同樣可以將智慧化建設應用到公路機電系統的數據信息收集和分析過程中，這可以幫助維修人員通過對數據信息的分析來及時發現機電系統中存在的不足和問題，讓智慧化建設得到更進一步的優化，從而更好地為公眾的出行創造良好的條件[3]。

為了更好地實現智慧化建設在高速公路機電系統的應用優勢，公路機電系統必須注意的要點有：應當具備開放性的標準接口，并能夠及時地接收機電系統中的各類數據信息，進而自動生成詳細的智慧化報告，因此，這可以有效幫助維修人員自行地制定具體的維修策略。

4 智慧化建設應用優勢

智慧化建設在高速公路機電系統中的具體應用，離不開各個部門、各位工作人員之間的良好配合。換言之，如果不能對機電系統中的故障問題進行智慧化建設，那么智慧化建設也就無法對機電系統實施智慧管理，進而有可能對機電系統的正常運行帶來不容忽視的重要影響。比如，機電系統中的某一設備如果出現了多次維修的現象，維修人員就需要認真地記錄檢修的過程和次數，以及零件的更換和處理情況，這能為同類設備的檢修提供重要的理論依據。

由此可見，智慧化建設能夠對當前或者未來一段時間內機電系統是否處于良好的運行狀態進行全面與系統的分析，從而更好地保證機電系統的高效運行。

5 結語

智慧化建設在高速公路機電系統中的具體應用，需要通過車路協同、微電網、智慧桿件、公路機電系統的共同幫助。將智慧化建設當作高速公路機電系統正常運行的基礎，利用智慧信息提供數據服務，可以促使維修人員通過數據信息提高工作效率與縮短故障處理時間。