高速公路智能化對(duì)機(jī)電系統(tǒng)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(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的極為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也代表著我國國民經(jīng)濟(jì)的繁榮程度和發(fā)展水平。以西部大開發(fā)和一帶一路建設(shè)為標(biāo)志，高速公路建設(shè)是必須的基礎(chǔ)前提。按照交通部《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》內(nèi)容，我國在2030年底，整體高速公路建設(shè)長度將達(dá)到8.5萬公里，里程數(shù)成為世界第一。但與之相對(duì)應(yīng)的問題也比較多，比如高速公路的環(huán)境保護(hù)和安全及維護(hù)等一系列問題。這對(duì)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(yīng)運(yùn)而生。

2　機(jī)電系統(tǒng)對(duì)于高速公路建設(shè)的現(xiàn)實(shí)意義

通過國外高速公路智能化建設(shè)和使用的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(jìn)道路運(yùn)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(shè)和發(fā)展的主要選擇和方向，得到越來越多的關(guān)注和認(rèn)可。而機(jī)電系統(tǒng)則是高速公路智能化的物理基礎(chǔ)，這些系統(tǒng)的智能化程度決定了高速公路的發(fā)展水平，應(yīng)該引起高度的重視。

用于高速公路智能化建設(shè)的機(jī)電系統(tǒng)，主要通過整合電氣電子、信息控制、交通機(jī)械工程等科技方法和手段，以完成對(duì)高速公路路網(wǎng)進(jìn)行智能化管理和控制的基礎(chǔ)性綜合系統(tǒng)。其主要的構(gòu)成單元包括如下幾個(gè)達(dá)到部分：監(jiān)控單元、通信單元、安全單元、供配電單元、收費(fèi)單元等幾個(gè)分系統(tǒng)。對(duì)這些分系統(tǒng)功能整合，也是一體現(xiàn)條高速公路現(xiàn)代化程度的具體標(biāo)準(zhǔn)，其建設(shè)和發(fā)展的實(shí)際水平，直接決定了高速公路的運(yùn)營水平。

3　高速公路智能化建設(shè)與機(jī)電系統(tǒng)的關(guān)系

3.1　高速公路進(jìn)行智能化建筑的內(nèi)涵

具體來說，高速公路進(jìn)行的智能化建設(shè)，就是要把目前相關(guān)科技領(lǐng)域較為領(lǐng)先的數(shù)據(jù)通信技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能、控制技術(shù)，結(jié)合運(yùn)籌學(xué)的基礎(chǔ)理論和相關(guān)實(shí)踐知識(shí)，有效整合并運(yùn)用到實(shí)際的高速公路管理以及建設(shè)過程，該系統(tǒng)具備了語言集成功能、邏輯計(jì)算推理能力、模擬視覺以及代替人運(yùn)動(dòng)的功能，進(jìn)而強(qiáng)化了道路和車輛以及管理者間的深層聯(lián)系，逐漸形成一整套高效、安全、穩(wěn)定的道路輸運(yùn)體系。通過高科技含量的技術(shù)手段，通過先進(jìn)的機(jī)電設(shè)備設(shè)施，充分集成語音功能、視頻功能、數(shù)據(jù)功能的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)高速公路的軟硬件管理實(shí)施更為直接、便捷、準(zhǔn)確的控制。

同時(shí)，隨著更多科技手段和理念的持續(xù)改進(jìn)，對(duì)于高速公路智能化的推進(jìn)代表著巨大的動(dòng)力，我國智能化高速公路的建設(shè)也取得了日新月異的進(jìn)步。國家相關(guān)部門對(duì)于高速公路智能化建設(shè)有著廣泛的共識(shí)，比如科技部，就特意在國家“十一五”科技攻關(guān)計(jì)劃中針對(duì)智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)專門設(shè)立研究課題和攻關(guān)項(xiàng)目，并立意將成果及時(shí)轉(zhuǎn)化，通過北京等10個(gè)超大型城市做試點(diǎn)示范，在京津冀以及長三角等發(fā)達(dá)地區(qū)初步建成綜合智能交通體系。

3.2　智能化對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)性要求

高速公路的智能化手段，其實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)就是機(jī)電系統(tǒng)，而決定高速公路的智能化程度的關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)際也就是機(jī)電系統(tǒng)的先進(jìn)性程度。智能化設(shè)計(jì)和管理功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)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(shè)計(jì)和發(fā)展的總體趨勢，其實(shí)現(xiàn)途徑有賴于機(jī)電設(shè)備和體系的進(jìn)一步發(fā)展和完善。而且，對(duì)于高速公路進(jìn)行智能化建設(shè)，不是一個(gè)一蹴而就的過程，它需要不斷地技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)運(yùn)用，在充分考慮性價(jià)比以及可靠性的基礎(chǔ)上，逐步推廣和普及。在整個(gè)項(xiàng)目完成的各個(gè)階段，高速公路的規(guī)劃管理和設(shè)計(jì)者，以及高速公路的建設(shè)者，都要全身心參與進(jìn)來，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際需要以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)能力，考慮盡可能長遠(yuǎn)，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)把機(jī)電設(shè)備和系統(tǒng)的功能充分整合，并為未來的進(jìn)一步升級(jí)更新系統(tǒng)奠定一定的物理基礎(chǔ)，以持續(xù)滿足高速公路在未來使用以及發(fā)展中的各種需要。

就目前的情況來說，高速公路所使用的機(jī)電系統(tǒng)及其技術(shù)已經(jīng)可以基本滿足智能化建設(shè)的實(shí)際需要，比如傳感器技術(shù)、已采用的各種監(jiān)控監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)、信息傳遞和發(fā)布系統(tǒng)、自動(dòng)收費(fèi)處理設(shè)備、能滿足基本事故救援需求的配套設(shè)施等。但這些設(shè)備設(shè)施缺乏實(shí)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)組織，使得各分系統(tǒng)各行其是，造成高速公路一些問題的處理沒有及時(shí)高效解決。同時(shí)，這些系統(tǒng)設(shè)備雖然可用，但其功能卻不夠強(qiáng)大，還需要進(jìn)一步完善，并且所需的數(shù)量也要進(jìn)一步增多，才能滿足實(shí)際的智能化管理需要。

在建設(shè)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(duì)正常運(yùn)營的影響。高速公路智能化管理系統(tǒng)必須深度運(yùn)用更為先進(jìn)同時(shí)也更適用的智能化設(shè)備，可以實(shí)施全方位以及全時(shí)段的全路網(wǎng)運(yùn)營監(jiān)控和高效管理。因此，必須基于現(xiàn)有的機(jī)電系統(tǒng)，輔助增加并利用更為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信控制技術(shù)，整合所有資源，將各類道路和交通的信息進(jìn)行充分融合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化的高速公路路網(wǎng)監(jiān)控等功能。

4　智能化對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的影響分析

4.1　高速公路路網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

對(duì)高速公路的正常運(yùn)行需要監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集路況信息，借助這些信息來確定具體的對(duì)策措施。監(jiān)控系統(tǒng)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(jìn)行信息的傳輸，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息采集和數(shù)據(jù)處理功能的一套。通過該系統(tǒng)，可以將全路線上的一些重要信息及時(shí)收集、整理、發(fā)布，并據(jù)此進(jìn)行指揮和控制，提高高速公路的運(yùn)營效率，降低運(yùn)營成本和事故率?？梢詫?duì)高速公路的運(yùn)營狀態(tài)實(shí)施定時(shí)或不定時(shí)的檢測，依據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的智能化管理準(zhǔn)則以及策略，直接生成科學(xué)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(jìn)一步調(diào)整高速公路的交通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確、安全的管理目標(biāo)。按照具體的功能需求以及實(shí)際設(shè)備的功能特點(diǎn)，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)大致可包括如下幾個(gè)主要的分系統(tǒng)。

1）信息采集分系統(tǒng)

信息采集分系統(tǒng)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(shè)備、線圈檢測設(shè)備、視頻檢測設(shè)備、紅外檢測設(shè)備，以及傳遞數(shù)據(jù)的通信設(shè)備等，一起構(gòu)成路面交通數(shù)據(jù)即時(shí)采集分系統(tǒng)，用來獲取高速公路各路段道路的實(shí)時(shí)交通的信息和數(shù)據(jù)。

2）交通控制分系統(tǒng)

高速公路交通控制分系統(tǒng)的組成主要包括如下幾個(gè)部分：一是交通控制的目標(biāo)內(nèi)容，二是交通控制的方法選擇，三是交通控制的參數(shù)設(shè)置。交通控制的參數(shù)設(shè)置會(huì)根據(jù)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(shí)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(gè)大的類別。實(shí)際的匝道控制手段主要在入口匝道處，其又能進(jìn)一步細(xì)分為四種形式，分別是：①定時(shí)調(diào)節(jié)控制；②整體定時(shí)控制；③交通感應(yīng)控制；④匯合控制。針對(duì)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(tǒng)

對(duì)于交通信息顯示分系統(tǒng)而言，其組成一般包括變化限速引導(dǎo)系統(tǒng)，主要是借助高速公路兩側(cè)以及中間位置的變化限速的標(biāo)志指示系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)高速各個(gè)車道車速進(jìn)行優(yōu)化配置處理，確保車輛能夠充分利用各個(gè)車道。而更為詳細(xì)的信息可通過情報(bào)顯示板系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，向過往的車輛發(fā)布詳細(xì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)相當(dāng)于整個(gè)信息采集系統(tǒng)的神經(jīng)系統(tǒng)，用于連接其他網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個(gè)分系統(tǒng)，形成功能協(xié)調(diào)統(tǒng)一的整體。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)的組成主要軟件和硬件兩個(gè)部分，軟件是功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，硬件是軟件運(yùn)行的平臺(tái)。具體來說，主要包括：計(jì)算機(jī)主機(jī)及其輔助設(shè)備、計(jì)算機(jī)的操作管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信連接設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)的各應(yīng)用終端程序，等等。

4.2　高速公路收費(fèi)系統(tǒng)

收費(fèi)系統(tǒng)是完成高速公路收費(fèi)功能的主要工具，具體來說，其主要的功能細(xì)分以及工作流程可以分為以下幾個(gè)步驟：一是對(duì)收費(fèi)口的車輛交通狀況進(jìn)行分型和統(tǒng)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，按照預(yù)訂的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)收取必要的費(fèi)用，同時(shí)發(fā)放收費(fèi)的票據(jù)；二是將與收費(fèi)內(nèi)容有關(guān)聯(lián)的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行匯總和整理，將整理后的數(shù)據(jù)傳送給管理中心和監(jiān)控中心等，由上級(jí)部門的計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行進(jìn)一步的處理；三是進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的數(shù)值分析，據(jù)此編制管理相關(guān)的報(bào)表，并即時(shí)保存各種重要的信息數(shù)據(jù)；四是按照通過網(wǎng)絡(luò)接收到的監(jiān)控中心直接指令，控制并調(diào)節(jié)進(jìn)出高速公路的所有車輛。

5　結(jié)束語

綜上所述，高速公路智能化的基礎(chǔ)是機(jī)電系統(tǒng)，這些機(jī)電設(shè)備設(shè)施的技術(shù)先進(jìn)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(fā)展，智能化管理是必由之路，從這個(gè)意義上說，加強(qiáng)機(jī)電系統(tǒng)智能化升級(jí)研究有著重要現(xiàn)實(shí)意義，必須切實(shí)做好。

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