物聯網技術在工程機械及施工領域的應用

李仕東

（卡奧斯創智物聯科技有限公司，山東 青島 266101）

早在1995 年比爾?蓋茨在《未來之路》中首次提出了物聯網的概念，物聯網技術的概念一經提出就收到了社會各界的廣泛關注。進入新世紀以來，物聯網技術更是被認為是21 世紀最具影響力的技術革命，世界范圍內的各個領域都為物聯網技術的研發和應用投入了大量資金和研究。物聯網技術是推動傳統制造業升級的重要動力，尤其是近年來5G 技術的快速發展，為物聯網技術在工業領域的應用中提供有力的支撐作用。我國作為工程建筑領域的強國，工程機械及施工在我國有著十分重要的地位，在社會和科技不斷進步的新時期，實現工程機械及施工領域的智能發展成為當前的主要問題。

1 物聯網技術的概念

物聯網技術（TheInternetofThings，簡稱IOT）指的是以互聯網作為基礎，并將各類傳感器通過網絡鏈接在一起，進而實現在人、機、物的互聯互通。互聯網作為物聯網技術的基礎，物聯網技術對其進行了延伸和擴展，使用戶端可以借助網絡延伸物品與物品之間、人與物品之間，實現信息的交換和通信。[1]

2 物聯網技術在工程機械領域的應用

物聯網技術在工程機械領域的應用主要包括工程機械機群管理和工程機械輔助施工兩個方面。

2.1 工程機械機群管理

通過應用GPS、手機蜂窩等技術，可以實現對工程機械的定位、狀態監測、信息管理和實時通信等功能，還可以將收集的信息儲存并進行分析，對工程機械設備機群進行有效的監控和管理，這是當前物聯網技術在工程機械領域比較成功的應用案例之一。目前工程機械機群管理的主要有以下內容。

2.1.1 工程機械狀態監測

工程機械狀態監測具有以下幾種功能：第一，通過GPS定位技術將機械設備的位置、行動軌跡、設計行動路線及活動范圍進行識別；第二，通過射頻識別技術實現對工程機械設備的信息化管理，并將管理信息實時共享至服務器；第三，設備對故障代碼進行分析，將故障信息進行上傳，并對故障進行相應的遠程處理。[2]

2.1.2 融資租賃車輛智能終端

融資租賃車輛智能管理是我國最早應用物聯網技術的領域，其目的是對車輛智能管理，進而實現對融租租賃用戶的限制，一旦融租租賃用戶不能在規定時間內還款，就可以利用GPS 技術對車輛進行定位，并遠程控制設限制車輛的運行能力（例如限制發動機啟動、限制行走等），這樣可以在很大程度上保全租賃公司資產，促進行業的健康發展。

2.1.3 基于大數據的決策支撐服務

基于大數據的管理支撐服務不僅服務于企業，同時也服務于用戶。站在用戶的角度而言，通過使用工程機械物聯網的客戶端，用戶可以隨時隨地了解到設備的運行狀態，還可以上傳設備使用的日報、周報、月報等工作報表，這樣不僅提升了客戶的忠誠度，而且在一定程度上培養了客戶的管理能力和設備使用習慣。站在企業的角度而言，基于大數據的管理支撐服務的應用有以下幾個優點：首先，輔助企業完成對設備操作、運行、故障等數據的手機，通過分析數據可以針對產品進行改進，保證產品的質量；[3]其次，通過分析設備和市場的宏觀數據，可以輔助企業做出合理的營銷決策；最后，通過分析故障數據和設備區域性使用的情況數據，可以輔助企業做出相應的售后服務決策。

2.2 工程機械輔助施工

通過應用物聯網技術可以起到輔助工程機械施工的作用，進而減少由于作業環境惡劣或人員操作水平不足而導致的施工質量不達標的問題。例如，目前我國大部分的精挖工程、邊坡精修工程等多依靠操作人員的操作經驗以及與測量人員默契程度，這樣就導致了施工質量無法得到有效地保障。進而造成大部分的精確高程平整、高精度邊坡等工程需要大量人員協同作業才能完成，不僅施工效率低下，而且施工的質量也參差不齊。通過應用物聯網技術可以起到輔助施工的作用，降低了施工的難度，進而保證了施工的質量。本文以Trimble 的GCS900 型智能引導系統為例對此進行展開說明，GCS900 智能引導系統是一種坡度控制系統，在挖掘機、推土機、壓實機等設備施工領域有著成熟的應用。工作原理如下，首先在基站定位和目標設備上安裝GPS 接收器，并在設備上設置與施工相關的傳感器，進而對設備的位置和姿態進行實時的檢查。然后將監測到數據傳輸至駕駛室內的控制單元上，控制單元對數據進行分析，并輸出設備運行的3D 模型，駕駛操作人員可以通過3D 模型實時了解到設備的工作姿態，輔助其進行高精度的作業。

3 物聯網在施工領域的應用

3.1 施工智能化

施工智能化在工程機械施工領域有著十分廣泛的應用前景，伴隨著企業人工成本的持續攀升，通過施工智能化降低施工成本有著十分重要的意義，加之科技進步為大家帶來了先進的無線傳感器、邊緣計算等技術，智能施工在工程建設施工領域擁有了更大范圍的應用，尤其是在礦山開采領域的應用也愈發普遍。例如，由小松推出的自動運輸系統（AHS）-FrontRunner，經過多年發展和推廣在世界范圍內的多個大型礦山中有著成熟的應用案例。[4]其在過程安全性、生產效率、環境耐受性以及靈活性等方面有著十分優異的表現。其作為一種礦山車隊管理系統，通過在自卸車中安裝終端控制器、GPS 定位器、障礙探測模塊和無線通信模塊。操作流程如下：管理中心為自卸車設計好運輸的目的地，自卸車在收到指令后，會采用設計的速度和路線進行行駛。礦用自卸車通過GPS 定位器、無線指令、引導裝置，來確定其在礦場中的位置和周圍設備與物料的情況，實現了自卸車在無人操作下實現裝載、運輸和卸載等動作。

除了在自卸車上有成熟的應用以外，在物料運輸中其他工程機械和輔助車輛也可以被該系統進行統一的管理。在執行物料裝載作業的過程中，挖掘機、裝載機上安裝的GPS 定位器會實時上傳自身位置和狀態，然后控制中心會引導自卸車行駛至指定位置。裝載完成后，礦用自卸車將按照指定路線行駛到卸載位置，保證準確卸載。在安全性能方面，通過應用該系統可以避免工程機械之間發生碰撞。并且，當機械的障礙探測模塊在行進路線上發現系統未規劃的行人或車輛時，會立即執行減速指令進而確保行駛的安全性。智能化施工的優點十分明顯：第一，減少了施工人員，降低了施工管理中的人工成本；第二，提升施工作業的工作效率，無人操作的機械可以深入一些危險的區域執行施工作業；第三，能夠有效地保障施工場地的安全性；第四，合理操作設備能夠延長工程機械使用壽命，進而降低設備的運行成本；第五，合理的作業規劃可以節省燃油和減少排放，達到了節能減排的目的。此外隨著物聯網、人工智能等技術的快速發展，為智能化施工的推廣起到了推動作業，使其在控制成本和效率優化等方面的優勢更加明顯。

3.2 工程主體監測

基礎工程建設水平可以體現國家的整體經濟潛力、人民生活質量以及國家發展愿景。尤其是重大基礎工程設施更是被譽為國家的“百年大計”，有著不可取代的重要作用，同時其“天價”的建設投資也引起各界的廣泛關注。[5]比如大壩、橋梁等關系到人民生命財產安全的重大民生基礎設施，必須確保其能夠達到設計的強度和作用。工程所屬機構需要投入大量的資金和人力對大型工程主體進行必要的維護和保養，通過應用物聯網技術的幫助和支持，在保證大型基礎工程設施安全性的前提下，也在很大程度上降低了設施的維護成本。

4 結語

我國工程機械行業已經取得了一定的成績和進步，但是在社會和科技不斷進步的今天，工程機械和施工行業需要不斷應用新技術、新方法，持續創新自身產品和工藝，物聯網是傳統制造業走向智能化的必經之路，在工程機械行業有著十分廣闊的應用前景。