智慧化建设在高速公路机电系统中的应用

王治刚

（中咨泰克交通工程集团有限公司，北京100089）

1 智慧化建设相关概述

智慧化建设是各企业未来的发展趋势，如高速公路建设企业可以改变原有高速公路机电系统的运维模式，即通过智慧化的手段监控和监测机电系统中的故障问题，并将故障及时上报维修部门，以此得到维修部门的快速响应。

就实际操作而言，将智慧化建设具体应用到高速公路机电系统中，可以使其运行规律更容易被掌握，从而将本应事后处理的故障转变为了事前预测。这不仅可以提高机电系统的在线率，还可以保证机电系统的安全与稳定运行。

当前，机电系统已成为为高速公路上最集中的区域，而传统高速公路的建设标准已难以满足当前营运的基本需求。就目前来看，我国高速公路建设正处于“智慧建设”发展的关键时期，这对于机电系统的运行来说既是机遇也是挑战。

2 高速公路机电系统组成的现状

高速公路机电系统是一个集复杂与系统的组织运营系统。对其进行智慧化建设，是让该系统可以实现信息化与现代化管理的重要基础和前提条件，从而有效保证车辆的运行达到安全、舒适的状态。但是，现阶段我国部分高速公路在管理上仍存在对智慧化建设重视程度较低、检修不及时、管理无规则、经费欠缺以及机电系统养护缺乏统一标准等问题。鉴于此，研究并重视高速公路机电系统的智慧化建设，已成为目前形势下的重要趋势。

3 智慧化建设在高速公路机电系统的具体应用

3.1 车路协同应用场景

2018年12月底，华为技术有限公司与奥迪公司共同研发的智能网联汽车在延崇高速公路（北京段）车路协同与自动驾驶模式的演示工作会议上进行了首次演示，此时演示实现了高速公路区域内前方紧急制动预警、安全事故预警、异常情况闯入预警、自动紧急停车以及违章停车预警等的场景展示。

在此之前，尽管高速公路机电系统作为未来时期内智慧化建设主要领域的趋势已较为明显，但由于受政策限制、场地条件等因素的影响和制约，其始终未能及时开展大规模的车路协同应用场景。但是，在此次演示结束之后，更多的高速公路的管理养护公司开始投入到对于在高速公路机电系统中应用智慧化建设的工作中。

从理论层面理解，车路协同是基于无线通信技术和传感探测技术对车路进行信息获取的一种全新的模式，其通过车与车、车与路之间的协同和配合，可达到合理利用机电系统资源，从而在提高高速公路运行安全的同时，实现了减少高速公路交通拥堵这一目标（见图1）。就目前的情况来看，车路协同应用场景主要包括安全类、效率类和信息服务类几种模式，并在逐渐地向着自动驾驶车路协同的应用场景演进。

图1 高速公路车辆通行路段示意图

3.2 微电网应用场景

3.2.1 微电网的简述及功能

微电网也被称为微网，是新时期科学技术背景下产生的一种全新的网络结构，是一种由微电源、负荷、储能系统以及控制装置共同构成的系统单元。另外，微电网还是一种自我控制、自我保护和自我管理的自治系统，既可以与外部电网共同运行，也可以单独运行，进而有效促进了分布式电源与可再生能源的接入，能够实现高速公路机电系统多种能源形式的供给，可以说是传统电网向着智能电网的重要过渡。

3.2.2 微电网应用场景

微电网应用场景（见图2）主要体现在以下几个方面：

图2 微电网应用场景模式图

1）将高速公路区域内所有的分布式供电系统相互连接于一起，在保证太阳能、风能等自然能源充足的情况下，优先使用太阳能和风能发电[1]。

2）在太阳能和风能等自然资源不充足的情况下，优先使用蓄电池发电。

3）在蓄电池电能不充足的情况下，应当从远程供电系统中获得电能；如果有需要，还应当及时对机电系统中的蓄电池进行充电。

3.2.3 微电网的优势分析

就目前来看，微电网主要有以下几个方面的优势：

1）由于微电网是航天FMEA故障模式技术下应运而生的一种新型技术，因此将航天中这一供电技术引用到民用建设过程中，能够有效保证高速公路机电系统的安全性与可靠性。

2）环保节能、远程监控以及维护成本低。

3）其电缆通过硅芯管敷设，安全性能高且建设成本低。

4）与传统高速公路机电系统相比，微电网可以解决蓄电池损坏的问题。其能够利用太阳能、风能互补来保证机电系统的正常运行；此外，即使是在蓄电池全部损害且无法及时维修的情况下，其还可以利用太阳能、风能等的自然能源转化成电力，保证机电系统正常运行。

3.3 智慧杆件应用场景

3.3.1 多杆合一

传统的2G、3G、4G具有机电占地面积较大，集成化程度较低等的众多缺点。但是，随着近些年来基站中有源设备的集成化和小型化的不断发展，智慧杆件与各类型的社会杆塔之间实现了资源的整合，形成了双向开放的发展主流。至此，移动通信系统中的基站杆塔资源在向园林绿化、市政项目以及交通运输等领域开放的同时，各个部门中所属的杆塔资源也向5G基站实现了全面的开放。故而，在保证安全和可靠的前提下，智慧杆件实现了开放与共享。

大量实践证明，多功能的智慧杆件可集路灯、信号灯、监控、一键报警于一体，能够形成高速公路智慧建设一张网，从而为智慧化建设在高速公路机电系统的具体应用打下坚实基础[2]。

3.3.2 优势

对于智慧化建设的高速公路机电系统来说，智慧杆件正是5G应用及推广过程中的一个有利的市场机会，有条件的城市地区，可以借助智慧杆件，优化和完善高速公路中已有的机电系统，不论是高速公路入口处的多功能电警，还是区域内新建的道路停车视频监控、违章停车抓拍都可以借助智慧杆件实现。

3.4 公路机电系统应用场景

高速公路机电系统因种类繁多，所以故障类型也不尽相同。传统的管理模式已无法从根本上保证机电系统全部得到有效管理。而智慧化建设能够将机电设备中的故障信息以图片、文字等的方式记录下来，使不同岗位的维修人员形成统一的认知。这样一来，即使是遇到了安全事故，也可以做到有据可依和有章可循，并能细化故障类型和维修流程，从而让数据信息更加的真实和可靠。

具体来说，智慧化建设在高速公路机电系统中的具体应用，能够使机电系统的故障和响应的效率得到大幅度提升，进而在很大程度上提升智慧化建设城市的效果。基于此，维修人员无须亲临故障现场，就可以对故障产生的原因进行分析，并能准确定位故障的具体位置，以进一步对高速公路机电系统做出故障诊断。

不仅如此，将智慧化建设应用于高速公路机电系统还可以大大节省维修人员的时间成本。比如，维修人员通过公路机电系统，可以分析机电系统故障，并针对系统中信号丢失、颜色异常、画面干扰等的情况准确判断机电系统的故障类型。与此同时，同样可以将智慧化建设应用到公路机电系统的数据信息收集和分析过程中，这可以帮助维修人员通过对数据信息的分析来及时发现机电系统中存在的不足和问题，让智慧化建设得到更进一步的优化，从而更好地为公众的出行创造良好的条件[3]。

为了更好地实现智慧化建设在高速公路机电系统的应用优势，公路机电系统必须注意的要点有：应当具备开放性的标准接口，并能够及时地接收机电系统中的各类数据信息，进而自动生成详细的智慧化报告，因此，这可以有效帮助维修人员自行地制定具体的维修策略。

4 智慧化建设应用优势

智慧化建设在高速公路机电系统中的具体应用，离不开各个部门、各位工作人员之间的良好配合。换言之，如果不能对机电系统中的故障问题进行智慧化建设，那么智慧化建设也就无法对机电系统实施智慧管理，进而有可能对机电系统的正常运行带来不容忽视的重要影响。比如，机电系统中的某一设备如果出现了多次维修的现象，维修人员就需要认真地记录检修的过程和次数，以及零件的更换和处理情况，这能为同类设备的检修提供重要的理论依据。

由此可见，智慧化建设能够对当前或者未来一段时间内机电系统是否处于良好的运行状态进行全面与系统的分析，从而更好地保证机电系统的高效运行。

5 结语

智慧化建设在高速公路机电系统中的具体应用，需要通过车路协同、微电网、智慧杆件、公路机电系统的共同帮助。将智慧化建设当作高速公路机电系统正常运行的基础，利用智慧信息提供数据服务，可以促使维修人员通过数据信息提高工作效率与缩短故障处理时间。