高速公路機(jī)電系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究

王文元

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

自1987年我國(guó)大陸從開(kāi)始修建第一條高速公路——京津塘高速公路起，我國(guó)高速公路建設(shè)迎來(lái)了前所未有的高峰期，國(guó)家高速公路網(wǎng)先后制定了“兩縱兩橫、五縱七橫和7918”等路網(wǎng)規(guī)劃，至2013年底，我國(guó)高速公路通車?yán)锍桃殉^(guò)十萬(wàn)多公里，世界排名第二。目前我國(guó)的高速公路已經(jīng)進(jìn)入了建設(shè)高峰后期，建設(shè)管理模式已經(jīng)從“重建設(shè)、輕養(yǎng)護(hù)”轉(zhuǎn)向了“重建設(shè)又重養(yǎng)護(hù)”的新思維。機(jī)電系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)在高速公路通車后的運(yùn)營(yíng)管理中有著重要作用，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)管理部門(mén)而言，保證機(jī)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行是最基礎(chǔ)、最重要的工作。本文從高速公路的工程檢測(cè)方法、數(shù)據(jù)分析和檢查設(shè)備等角度著手，詳細(xì)闡述了高速公路機(jī)電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。

1 高速公路機(jī)電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的研究背景與現(xiàn)狀

1.1 研究背景

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，高速公路建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)也還在提高，高速公路的各項(xiàng)功能也日趨完善。機(jī)電系統(tǒng)是高速公路建設(shè)的重要組成部分，其承擔(dān)著收費(fèi)運(yùn)營(yíng)、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)互換和安全預(yù)警等重要任務(wù)。21世紀(jì)人們迎來(lái)了信息時(shí)代，智能交通系統(tǒng)與新型設(shè)備等科技前沿產(chǎn)品不斷應(yīng)用于高速公路的建設(shè)中，機(jī)電系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的智能化也使得機(jī)電工程的質(zhì)量控制手段逐漸提高。高速公路機(jī)電工程的質(zhì)量檢測(cè)是保證機(jī)電工程施工質(zhì)量的重要手段，其檢測(cè)水平對(duì)提高整個(gè)工程質(zhì)量起著促進(jìn)作用，同時(shí)對(duì)運(yùn)營(yíng)路段機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)也具有重大意義。

1.2 檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，使得機(jī)電檢測(cè)技術(shù)逐步成為一門(mén)完整的新興邊緣工程學(xué)科。該學(xué)科主要內(nèi)容為機(jī)電設(shè)備管理、狀態(tài)檢測(cè)及故障診斷，學(xué)科目標(biāo)為建立新的維修體制，是目前國(guó)際上的熱門(mén)學(xué)科之一。

從技術(shù)發(fā)展過(guò)程來(lái)看，機(jī)電檢測(cè)技術(shù)可以分為兩個(gè)階段。第一階段是以動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)和傳感器技術(shù)為主，采用信號(hào)處理技術(shù)作為常規(guī)技術(shù)的發(fā)展階段，這一階段吸收了大量的科技研究成果，實(shí)現(xiàn)了在工程中的應(yīng)用，傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，使其可以利用振動(dòng)、噪聲、溫度、光、磁和力等多種信息，由此產(chǎn)生了設(shè)備的振動(dòng)、噪聲[1]和光譜等檢測(cè)和故障分析技術(shù)。隨著信號(hào)分析與數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，又產(chǎn)生了狀態(tài)空間分析、函數(shù)分析、對(duì)比分析等方法。

人工智能化技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了設(shè)備檢測(cè)和故障分析智能化的實(shí)現(xiàn)，使機(jī)電檢測(cè)技術(shù)進(jìn)入發(fā)展的第二階段，這一階段研究?jī)?nèi)容有了翻天覆地的變化，以知識(shí)處理為核心代替了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理為核心，開(kāi)展了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等研究。

我國(guó)對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備的維護(hù)采用的仍是定期維修，這種方式具有較大盲目性，對(duì)設(shè)備故障、故障類型、故障部位以及故障程度沒(méi)有精確的把握[2]。另外，部分良好的設(shè)備進(jìn)行反復(fù)拆卸，大大降低了設(shè)備性能。而且，超前維修會(huì)造成人力、物力資源的浪費(fèi)。故障診斷儀器的應(yīng)用使維護(hù)計(jì)劃由定期檢修發(fā)生改變，使人們能夠及時(shí)準(zhǔn)備維修部件，按需安排維修計(jì)劃，避免了定期維修造成的資源浪費(fèi)和設(shè)備性能下降，強(qiáng)大的檢測(cè)能力能夠幫助人們找出故障部位，指出故障類型，避免維修的盲目性，使檢修方便易行，明顯縮短了維修工期，完善的設(shè)備管理軟件，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)備自動(dòng)化管理，帶給企業(yè)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2 高速公路機(jī)電設(shè)施存在的問(wèn)題

高速公路機(jī)電系統(tǒng)由管理中心、收費(fèi)站、隧道和橋梁監(jiān)控所及其所屬的機(jī)電系統(tǒng)共同組成，機(jī)電設(shè)備的種類也有很多，包含了自動(dòng)化控制技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械工程技術(shù)等，涉及到電信、消防、電力和環(huán)衛(wèi)等各個(gè)領(lǐng)域，具有較高的集成度[3]。

2.1 系統(tǒng)智能化水平較低

目前，我國(guó)交通流動(dòng)性的采集、隧道通風(fēng)照明的控制和異?；蚓o急事故的處理與預(yù)防都處在初級(jí)階段，部分路段在運(yùn)行一段時(shí)間后，因設(shè)備落后、維護(hù)手段欠缺等原因造成自動(dòng)控制預(yù)警系統(tǒng)功能喪失，只能通過(guò)人工控制的方式管理。

2.2 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不夠完善

隨著科技水平的發(fā)展，越來(lái)越多的新型產(chǎn)品被應(yīng)用到高速公路機(jī)電系統(tǒng)中，針對(duì)新型設(shè)備指標(biāo)，現(xiàn)有的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)無(wú)法提供可靠的檢測(cè)依據(jù)，從而使施工和運(yùn)營(yíng)充滿隨意性，帶來(lái)較大的安全隱患。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差

系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性較差，設(shè)備故障率較高，造成了監(jiān)控、通信系統(tǒng)功能終止。軟件系統(tǒng)功能不夠完善，就無(wú)法對(duì)采集回來(lái)的信息進(jìn)行分析，報(bào)表中的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)混亂，無(wú)法形成有效的趨勢(shì)曲線為運(yùn)營(yíng)管理提供數(shù)據(jù)。

3 高速公路機(jī)電設(shè)施檢測(cè)技術(shù)與方案

3.1 檢測(cè)內(nèi)容

試驗(yàn)檢測(cè)應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定進(jìn)行，目前國(guó)內(nèi)高速公路建設(shè)應(yīng)按照《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行[4]。檢測(cè)主要包括3個(gè)方面，分別為基本要求、外觀檢查、實(shí)測(cè)項(xiàng)目。

基本要求是檢查設(shè)備的數(shù)量、型號(hào)規(guī)格、安裝位置、工作狀態(tài)以及線路鋪設(shè)。外觀檢查主要是對(duì)設(shè)備機(jī)箱的安裝質(zhì)量、電力線、信號(hào)線、接地和防雷等工序的評(píng)定指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)工程的質(zhì)量。這些工序上的缺陷能夠反映出施工單位技術(shù)水平的不足或運(yùn)營(yíng)單位的管理問(wèn)題。實(shí)測(cè)項(xiàng)目是機(jī)電檢測(cè)中的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中要求，高速公路機(jī)電設(shè)施需要分成不同分項(xiàng)工程，每項(xiàng)分項(xiàng)工程需要進(jìn)行詳細(xì)的指標(biāo)檢測(cè)。

3.2 檢測(cè)方法

根據(jù)國(guó)家規(guī)定，關(guān)鍵設(shè)備的抽樣頻率應(yīng)不低于工程總量的30%；常規(guī)最低測(cè)試點(diǎn)數(shù)超過(guò)3個(gè)，當(dāng)抽樣點(diǎn)數(shù)小于3時(shí)應(yīng)全部檢測(cè)。抽樣方法為分層隨機(jī)抽樣與簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣組合，根據(jù)不同的分項(xiàng)工程與設(shè)備分類進(jìn)行選擇[5]。在檢測(cè)過(guò)程中如果出現(xiàn)測(cè)驗(yàn)值與預(yù)估數(shù)值差異較大，應(yīng)該停止檢測(cè)。對(duì)處在允許范圍邊緣的數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)，檢測(cè)技術(shù)后核對(duì)所有數(shù)據(jù)，確認(rèn)無(wú)誤后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果處理設(shè)備。

3.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性檢測(cè)案例

機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量檢測(cè)的范圍較廣，但數(shù)據(jù)的采集、整理、分析和反饋的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能尤為重要。

a）氣象檢測(cè)器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性檢測(cè) 分別通過(guò)溫度計(jì)、風(fēng)速計(jì)、雨量計(jì)、能見(jiàn)度測(cè)試儀等檢測(cè)工具采集現(xiàn)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)，同時(shí)將采集數(shù)據(jù)逐一與監(jiān)控軟件反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算誤差，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定氣象檢測(cè)器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

b）車輛檢測(cè)器的技術(shù)、計(jì)速精度測(cè)試方法 在設(shè)備端與檢測(cè)儀器端對(duì)高速公路過(guò)往的車輛采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，達(dá)到采集數(shù)量后（一般采集100輛車的檢測(cè)數(shù)據(jù)），將兩端數(shù)據(jù)對(duì)比，計(jì)算誤差，為了便于監(jiān)控中心復(fù)核，應(yīng)保存采集數(shù)據(jù)的時(shí)間。

c）遠(yuǎn)程控制功能測(cè)試方法 查看遠(yuǎn)程控制端的標(biāo)識(shí)信息、情報(bào)板發(fā)布的信息，隧道風(fēng)機(jī)與風(fēng)向狀態(tài)、緊急電話的狀態(tài)，并與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)對(duì)比。

3.4 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備

關(guān)于高速公路的機(jī)電檢測(cè)設(shè)備種類繁多，應(yīng)用的技術(shù)也是各種各樣的，檢測(cè)設(shè)備是根據(jù)檢測(cè)內(nèi)容和使用的檢測(cè)方法來(lái)選擇的，只有結(jié)合檢測(cè)內(nèi)容和檢測(cè)方法，才能選擇出最合適的檢測(cè)設(shè)備。最常用到的檢測(cè)設(shè)備如表1。

表1 常用檢測(cè)設(shè)備

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量檢測(cè)保障了高速公路機(jī)電工程施工質(zhì)量，同時(shí)也增強(qiáng)了對(duì)高速公路安全的保障，通過(guò)對(duì)高速公路機(jī)電工程的現(xiàn)狀分析，我們發(fā)現(xiàn)在不同機(jī)電設(shè)施檢測(cè)技術(shù)上存在差異，所以我們要摒棄糟粕，取其精華，在當(dāng)前的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，爭(zhēng)取走在世界的最前端。從而提高高速公路的工程質(zhì)量，降低后期維護(hù)運(yùn)營(yíng)的成本，極大程度地保障高速公路中人員車輛的安全和運(yùn)行的穩(wěn)定性。