高速公路機電智能化管理系統設計研究

中咨華科交通建設技術有限公司，北京 100195

1 高速公路機電系統組成及現狀

高速公路機電系統是一個組成復雜、功能多樣的系統體系，由于其直接決定著高速公路通行效率、運營成本，其智能化程度也間接彰顯著高速公路的建設水平。合理的機電系統建設以及機電設備選用可以極大地保障高速公路交通運輸的安全、高效。高速公路機電系統由監控室、交通檢測、結算點、隧道檢測、電力監控系統組成。

在高速公路機電系統的使用過程中，大多重視性能與成本，而往往忽略了其管理與維護，很容易出現設備的老化損壞、管理混亂等現象。針對高速公路機電系統的管理，目前國內相關的規章標準空缺較大，在實踐中難以進行具體操作，因此對于其管理系統的探討具備較大的研究意義與實踐價值。

此外，近些年興起的“智慧交通”理念在領域內引起了廣泛的關注，該理念旨在基于高新通信技術促進高速公路安全、舒適、高效地服務于人。而且這一理念的實現，正依賴于良好的機電智能化管理系統來完成。換言之，機電智能化管理系統的建設水平直接反映著智慧交通的完成程度。

2 實現高速公路機電設備智能化管理的意義

2.1 強化應急反應能力

通過分析已有的機電系統實踐可知，受到自然環境、操作不當等原因影響，系統內部難免會出現各種各樣的故障。而且目前的檢修方式需要對各個部分進行獨立檢查，以確定故障位置及故障原因，效率很低且需要耗費大量人工，在某些情況下可能因為檢修時間過長而造成不可挽回的經濟損失。合理地運用智能化管理系統可以對故障發生的位置及其原因進行及時的反饋，以便快速組織人員進行故障排除，保障高速公路的正常使用。

高速公路智能管理系統可以快速、精準地處理突發事故，強化應急反應能力。例如，當高速公路某路段出現斷電現象時，高速公路智能管理系統可第一時間檢測到故障現象，并對發生故障的具體位置進行定位，就近通知相關維護部門組織人員趕往現場進行故障的維護與通行的保障。例如，在某些大橋發生電梯故障停運時，高速公路智能管理系統就能夠快速地鎖定轎廂位置并確定故障原因以及受困人員情況，以便電梯管理人員及時地開展救援工作。高速公路智能管理系統組成如圖1所示。

圖1 高速公路智能管理系統組成

2.2 提高管理效果

大數據技術的普及，使各行各業都取得了突破式的革新，人們的生活環境也逐步跨入了信息時代。在機電系統領域，基于大數據技術的智能化管理也成為一個熱門的發展方向。通過對系統內各個子系統所收集的數據進行匯總、處理以及分析，可以形成具有一定規律的數據庫；通過對數據庫內相關數據進行二次分析，能夠得到各種預測性的結果，以此幫助工作人員制訂預防措施、選擇處理方式、降低管理成本以及提升管理效率。

對系統內各設備的故障頻率、原因及部位進行長期的數據統計并加以分析，將能夠幫助管理人員有針對性地采取維護手段，確定重點維護位置。此外，也可以借助大數據技術對系統內各人工參與環節進行統計，對人工誤差出現頻次進行采樣，運用長期數據確定高誤差崗位，幫助管理人員進行人員配置的調整，以降低人工誤差的影響，提高系統運轉效率。

2.3 建立數據管理模型

在大數據技術應用的基礎上，可建立基于路網系統內各項數據的管理模型。為方便直接應用于各項研究與管理中，該模型應具備數據信息的實時性和共享性。數據管理模型的建立不僅便于一線工作人員直觀地對各路段情況進行監管，同時還能夠為決策層的戰略制定提供全面且及時的數據參考。此外，該模型的提出也為未來智能化管理提供了一種新思路，能夠很好地貼合行業信息化、共享化的發展方向。

目前高速公路機電系統管理融合了各項高新技術，正在向著更為高效、智能的方向快速發展，但在實踐中也暴露出了許多亟待解決的問題。例如，智能化的過程對相關技術提出了更高的要求，技術應用的局限、環境因素的干擾等都阻礙著技術的應用。此外，飛速發展的管理模式對技術人員的專業素質要求也更為嚴苛，無形中加大了執行難度，相關人員對新設備、新技術帶來的安全隱患、經濟風險也應引起足夠的重視。

3 高速公路機電智能化管理系統設計

3.1 高速公路監控系統

在高速公路機電智能化管理系統的發展中，監控系統的智能化占據核心組成部分，其主要使用攝像頭和多種傳感器來獲取各路段及收費站等位置的信息數據，經過簡單的數據處理后傳輸到計算機中，來完成數據的收集、處理、反饋。

監控系統的智能化管理功能可形象地分為“眼”“腦”“口”三部分，“眼”用于實現各位置信息數據的獲取，“腦”指通過計算機軟件、人腦來對數據進行分類、匯總并得出對應的判斷與指令，而“口”則將指令傳達到各系統進行調整，以此完成對于高速公路的調控。同時，還可建立收集—處理—反饋的機制，不僅能夠提升高速公路通行效率，還能夠顯著節約管理成本。此外，監控系統的應用還可以與交通運輸的相關主管部門進行聯動，依據路況實際進行針對性的調整。

根據其功能側重方面不同，可將高速公路監控系統的智能化管理分為以下幾個部分：

（1）信息采集系統。信息采集系統即監控系統功能中的“眼”。其主要借助攝像頭、測速儀等智能化設備進行數據收集，并依托各種采集設備的優點進行合理組合形成地面實況監控網，以此形成對路段的有效管理。隨著采集對象的多元化，現在很多地方也廣泛使用多種傳感器來滿足采集需求。

（2）信息顯示系統。信息顯示系統的主要功能是對設備采集的實況信息進行顯示，其主要是作為信息采集系統的一種輔助補充而應用。為實現更為高效的智能化管理，目前主流的信息顯示系統在組成上可分為變化限速引導系統和情報顯示板系統兩個二級分系統。變化限速引導系統的作用是借助計算機軟件進行分析，通過變化限速對高速公路上各個車道的流量進行合理的調控，最大化地利用高速公路運輸能力。情報顯示板系統的主要工作是對高速公路各路段路況進行監控，告知車主前方路況，并在必要時對行車發布警示和禁止通行的信息。此兩者的協調工作，為智能化管理提供了信息傳輸基礎。

（3）計算機網絡系統。計算機網絡系統即監控系統功能中的“腦”。其作為實現智能化管理的核心，與其他子系統相連，以此構建成高速公路監控系統處理網，處理其他子系統傳回的各種信息數據，并調控者其他子系統的動作。計算機網絡系統在組成上可簡單分為軟件、硬件兩部分，前者由計算機終端及其附屬硬件等組成，為監控系統的運轉提供了設備基礎；后者包括運行于其上的各種操作軟件、設備驅動等，為數據的處理提供具體操作手段。

（4）交通控制系統。交通控制系統即監控系統功能中的“口”。其是實現智能化管理的最后一步，也是智能化管理的實現動作，在工作時主要接收經自信息顯示系統收集、計算機網絡系統處理后的指令信息，并做出相應的反饋動作。交通控制系統在工作時主要分為三部分進行開展，分別是選擇目標、確定方法和參數設置。其中，參數設置既可以根據前兩個條件的情況來確定，又可以給定初始值后讓交通控制系統自行調節。

3.2 高速公路收費系統

收費系統作為智能化管理實現的動力，在根源上支撐著智能化管理的完成。要想讓高速公路長期良好地運營，就要完善且合理化收費系統實現盈利，同時收費回收的成本也可以反過來投入系統的維護上以提供更優質的服務。具體而言，收費系統需要根據監控數據判斷車輛型號、載重等因素，進而根據收費標準收取費用并開具憑票。此外，還需要對通行車輛的基本數據進行記錄，經簡單匯總處理后上傳至收費中心，由收費中心對數據進行進一步的整理與保存。收費中心對保存的數據應定期進行分析并編制成報表儲存，當需要時要能及時地調取相關數據用作參考。

4 結束語

綜上所述，高速公路機電系統智能化的推進對強化應急反應能力、提高管理效果有著卓越的效果，對適應社會交通運輸業發展也有著極大的促進作用。目前的實踐經驗也說明，高速公路機電系統智能化的實現依賴于管理完善的機電體系、高效的機電技術以及先進的機電設備。未來機電系統管理的智能化已是大勢所趨，大力發展相關技術將具有長遠的前景。