高速公路機電系統檢測技術應用研究

王文元

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

自1987年我國大陸從開始修建第一條高速公路——京津塘高速公路起，我國高速公路建設迎來了前所未有的高峰期，國家高速公路網先后制定了“兩縱兩橫、五縱七橫和7918”等路網規劃，至2013年底，我國高速公路通車里程已超過十萬多公里，世界排名第二。目前我國的高速公路已經進入了建設高峰后期，建設管理模式已經從“重建設、輕養護”轉向了“重建設又重養護”的新思維。機電系統檢測技術在高速公路通車后的運營管理中有著重要作用，對機電系統的維護管理部門而言，保證機電系統的正常運行是最基礎、最重要的工作。本文從高速公路的工程檢測方法、數據分析和檢查設備等角度著手，詳細闡述了高速公路機電檢測技術的應用。

1 高速公路機電檢測技術應用的研究背景與現狀

1.1 研究背景

隨著科學技術水平的不斷發展，高速公路建設的標準也還在提高，高速公路的各項功能也日趨完善。機電系統是高速公路建設的重要組成部分，其承擔著收費運營、信息發布、數據互換和安全預警等重要任務。21世紀人們迎來了信息時代，智能交通系統與新型設備等科技前沿產品不斷應用于高速公路的建設中，機電系統檢測技術的智能化也使得機電工程的質量控制手段逐漸提高。高速公路機電工程的質量檢測是保證機電工程施工質量的重要手段，其檢測水平對提高整個工程質量起著促進作用，同時對運營路段機電系統運行的監測也具有重大意義。

1.2 檢測技術研究現狀

計算機技術的不斷發展和普及，使得機電檢測技術逐步成為一門完整的新興邊緣工程學科。該學科主要內容為機電設備管理、狀態檢測及故障診斷，學科目標為建立新的維修體制，是目前國際上的熱門學科之一。

從技術發展過程來看，機電檢測技術可以分為兩個階段。第一階段是以動態測試技術和傳感器技術為主，采用信號處理技術作為常規技術的發展階段，這一階段吸收了大量的科技研究成果，實現了在工程中的應用，傳感器技術的飛速發展，使其可以利用振動、噪聲、溫度、光、磁和力等多種信息，由此產生了設備的振動、噪聲[1]和光譜等檢測和故障分析技術。隨著信號分析與數據處理技術的發展，又產生了狀態空間分析、函數分析、對比分析等方法。

人工智能化技術的發展促進了設備檢測和故障分析智能化的實現，使機電檢測技術進入發展的第二階段，這一階段研究內容有了翻天覆地的變化，以知識處理為核心代替了傳統的數據處理為核心，開展了神經網絡和專家系統等研究。

我國對高速公路機電設備的維護采用的仍是定期維修，這種方式具有較大盲目性，對設備故障、故障類型、故障部位以及故障程度沒有精確的把握[2]。另外，部分良好的設備進行反復拆卸，大大降低了設備性能。而且，超前維修會造成人力、物力資源的浪費。故障診斷儀器的應用使維護計劃由定期檢修發生改變，使人們能夠及時準備維修部件，按需安排維修計劃，避免了定期維修造成的資源浪費和設備性能下降，強大的檢測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，完善的設備管理軟件，可以實現企業設備自動化管理，帶給企業顯著的經濟效益。

2 高速公路機電設施存在的問題

高速公路機電系統由管理中心、收費站、隧道和橋梁監控所及其所屬的機電系統共同組成，機電設備的種類也有很多，包含了自動化控制技術、電子技術、通信技術、計算機技術和機械工程技術等，涉及到電信、消防、電力和環衛等各個領域，具有較高的集成度[3]。

2.1 系統智能化水平較低

目前，我國交通流動性的采集、隧道通風照明的控制和異常或緊急事故的處理與預防都處在初級階段，部分路段在運行一段時間后，因設備落后、維護手段欠缺等原因造成自動控制預警系統功能喪失，只能通過人工控制的方式管理。

2.2 規范標準不夠完善

隨著科技水平的發展，越來越多的新型產品被應用到高速公路機電系統中，針對新型設備指標，現有的規范標準已經無法提供可靠的檢測依據，從而使施工和運營充滿隨意性，帶來較大的安全隱患。

2.3 系統運行穩定性差

系統運行的穩定性較差，設備故障率較高，造成了監控、通信系統功能終止。軟件系統功能不夠完善，就無法對采集回來的信息進行分析，報表中的數據會出現混亂，無法形成有效的趨勢曲線為運營管理提供數據。

3 高速公路機電設施檢測技術與方案

3.1 檢測內容

試驗檢測應該嚴格按照國家規定進行，目前國內高速公路建設應按照《公路工程質量檢驗評定標準》進行[4]。檢測主要包括3個方面，分別為基本要求、外觀檢查、實測項目。

基本要求是檢查設備的數量、型號規格、安裝位置、工作狀態以及線路鋪設。外觀檢查主要是對設備機箱的安裝質量、電力線、信號線、接地和防雷等工序的評定指標來評價工程的質量。這些工序上的缺陷能夠反映出施工單位技術水平的不足或運營單位的管理問題。實測項目是機電檢測中的重要環節，根據《公路工程質量檢驗評定標準》中要求，高速公路機電設施需要分成不同分項工程，每項分項工程需要進行詳細的指標檢測。

3.2 檢測方法

根據國家規定，關鍵設備的抽樣頻率應不低于工程總量的30%；常規最低測試點數超過3個，當抽樣點數小于3時應全部檢測。抽樣方法為分層隨機抽樣與簡單隨機抽樣組合，根據不同的分項工程與設備分類進行選擇[5]。在檢測過程中如果出現測驗值與預估數值差異較大，應該停止檢測。對處在允許范圍邊緣的數據進行重復檢測，檢測技術后核對所有數據，確認無誤后根據檢測結果處理設備。

3.3 實時數據準確性檢測案例

機電系統質量檢測的范圍較廣，但數據的采集、整理、分析和反饋的系統聯動功能尤為重要。

a）氣象檢測器數據的準確性檢測 分別通過溫度計、風速計、雨量計、能見度測試儀等檢測工具采集現場氣象數據，同時將采集數據逐一與監控軟件反饋的數據進行對比，計算誤差，根據計算結果確定氣象檢測器數據的準確性。

b）車輛檢測器的技術、計速精度測試方法 在設備端與檢測儀器端對高速公路過往的車輛采集實時數據，達到采集數量后（一般采集100輛車的檢測數據），將兩端數據對比，計算誤差，為了便于監控中心復核，應保存采集數據的時間。

c）遠程控制功能測試方法 查看遠程控制端的標識信息、情報板發布的信息，隧道風機與風向狀態、緊急電話的狀態，并與現場設備狀態對比。

3.4 高速公路機電系統的檢測設備

關于高速公路的機電檢測設備種類繁多，應用的技術也是各種各樣的，檢測設備是根據檢測內容和使用的檢測方法來選擇的，只有結合檢測內容和檢測方法，才能選擇出最合適的檢測設備。最常用到的檢測設備如表1。

表1 常用檢測設備

4 結語

高速公路機電系統質量檢測保障了高速公路機電工程施工質量，同時也增強了對高速公路安全的保障，通過對高速公路機電工程的現狀分析，我們發現在不同機電設施檢測技術上存在差異，所以我們要摒棄糟粕，取其精華，在當前的基礎上進行創新，爭取走在世界的最前端。從而提高高速公路的工程質量，降低后期維護運營的成本，極大程度地保障高速公路中人員車輛的安全和運行的穩定性。