高速公路机电系统检测技术应用研究

王文元

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

自1987年我国大陆从开始修建第一条高速公路——京津塘高速公路起，我国高速公路建设迎来了前所未有的高峰期，国家高速公路网先后制定了“两纵两横、五纵七横和7918”等路网规划，至2013年底，我国高速公路通车里程已超过十万多公里，世界排名第二。目前我国的高速公路已经进入了建设高峰后期，建设管理模式已经从“重建设、轻养护”转向了“重建设又重养护”的新思维。机电系统检测技术在高速公路通车后的运营管理中有着重要作用，对机电系统的维护管理部门而言，保证机电系统的正常运行是最基础、最重要的工作。本文从高速公路的工程检测方法、数据分析和检查设备等角度着手，详细阐述了高速公路机电检测技术的应用。

1 高速公路机电检测技术应用的研究背景与现状

1.1 研究背景

随着科学技术水平的不断发展，高速公路建设的标准也还在提高，高速公路的各项功能也日趋完善。机电系统是高速公路建设的重要组成部分，其承担着收费运营、信息发布、数据互换和安全预警等重要任务。21世纪人们迎来了信息时代，智能交通系统与新型设备等科技前沿产品不断应用于高速公路的建设中，机电系统检测技术的智能化也使得机电工程的质量控制手段逐渐提高。高速公路机电工程的质量检测是保证机电工程施工质量的重要手段，其检测水平对提高整个工程质量起着促进作用，同时对运营路段机电系统运行的监测也具有重大意义。

1.2 检测技术研究现状

计算机技术的不断发展和普及，使得机电检测技术逐步成为一门完整的新兴边缘工程学科。该学科主要内容为机电设备管理、状态检测及故障诊断，学科目标为建立新的维修体制，是目前国际上的热门学科之一。

从技术发展过程来看，机电检测技术可以分为两个阶段。第一阶段是以动态测试技术和传感器技术为主，采用信号处理技术作为常规技术的发展阶段，这一阶段吸收了大量的科技研究成果，实现了在工程中的应用，传感器技术的飞速发展，使其可以利用振动、噪声、温度、光、磁和力等多种信息，由此产生了设备的振动、噪声[1]和光谱等检测和故障分析技术。随着信号分析与数据处理技术的发展，又产生了状态空间分析、函数分析、对比分析等方法。

人工智能化技术的发展促进了设备检测和故障分析智能化的实现，使机电检测技术进入发展的第二阶段，这一阶段研究内容有了翻天覆地的变化，以知识处理为核心代替了传统的数据处理为核心，开展了神经网络和专家系统等研究。

我国对高速公路机电设备的维护采用的仍是定期维修，这种方式具有较大盲目性，对设备故障、故障类型、故障部位以及故障程度没有精确的把握[2]。另外，部分良好的设备进行反复拆卸，大大降低了设备性能。而且，超前维修会造成人力、物力资源的浪费。故障诊断仪器的应用使维护计划由定期检修发生改变，使人们能够及时准备维修部件，按需安排维修计划，避免了定期维修造成的资源浪费和设备性能下降，强大的检测能力能够帮助人们找出故障部位，指出故障类型，避免维修的盲目性，使检修方便易行，明显缩短了维修工期，完善的设备管理软件，可以实现企业设备自动化管理，带给企业显著的经济效益。

2 高速公路机电设施存在的问题

高速公路机电系统由管理中心、收费站、隧道和桥梁监控所及其所属的机电系统共同组成，机电设备的种类也有很多，包含了自动化控制技术、电子技术、通信技术、计算机技术和机械工程技术等，涉及到电信、消防、电力和环卫等各个领域，具有较高的集成度[3]。

2.1 系统智能化水平较低

目前，我国交通流动性的采集、隧道通风照明的控制和异常或紧急事故的处理与预防都处在初级阶段，部分路段在运行一段时间后，因设备落后、维护手段欠缺等原因造成自动控制预警系统功能丧失，只能通过人工控制的方式管理。

2.2 规范标准不够完善

随着科技水平的发展，越来越多的新型产品被应用到高速公路机电系统中，针对新型设备指标，现有的规范标准已经无法提供可靠的检测依据，从而使施工和运营充满随意性，带来较大的安全隐患。

2.3 系统运行稳定性差

系统运行的稳定性较差，设备故障率较高，造成了监控、通信系统功能终止。软件系统功能不够完善，就无法对采集回来的信息进行分析，报表中的数据会出现混乱，无法形成有效的趋势曲线为运营管理提供数据。

3 高速公路机电设施检测技术与方案

3.1 检测内容

试验检测应该严格按照国家规定进行，目前国内高速公路建设应按照《公路工程质量检验评定标准》进行[4]。检测主要包括3个方面，分别为基本要求、外观检查、实测项目。

基本要求是检查设备的数量、型号规格、安装位置、工作状态以及线路铺设。外观检查主要是对设备机箱的安装质量、电力线、信号线、接地和防雷等工序的评定指标来评价工程的质量。这些工序上的缺陷能够反映出施工单位技术水平的不足或运营单位的管理问题。实测项目是机电检测中的重要环节，根据《公路工程质量检验评定标准》中要求，高速公路机电设施需要分成不同分项工程，每项分项工程需要进行详细的指标检测。

3.2 检测方法

根据国家规定，关键设备的抽样频率应不低于工程总量的30%；常规最低测试点数超过3个，当抽样点数小于3时应全部检测。抽样方法为分层随机抽样与简单随机抽样组合，根据不同的分项工程与设备分类进行选择[5]。在检测过程中如果出现测验值与预估数值差异较大，应该停止检测。对处在允许范围边缘的数据进行重复检测，检测技术后核对所有数据，确认无误后根据检测结果处理设备。

3.3 实时数据准确性检测案例

机电系统质量检测的范围较广，但数据的采集、整理、分析和反馈的系统联动功能尤为重要。

a）气象检测器数据的准确性检测 分别通过温度计、风速计、雨量计、能见度测试仪等检测工具采集现场气象数据，同时将采集数据逐一与监控软件反馈的数据进行对比，计算误差，根据计算结果确定气象检测器数据的准确性。

b）车辆检测器的技术、计速精度测试方法 在设备端与检测仪器端对高速公路过往的车辆采集实时数据，达到采集数量后（一般采集100辆车的检测数据），将两端数据对比，计算误差，为了便于监控中心复核，应保存采集数据的时间。

c）远程控制功能测试方法 查看远程控制端的标识信息、情报板发布的信息，隧道风机与风向状态、紧急电话的状态，并与现场设备状态对比。

3.4 高速公路机电系统的检测设备

关于高速公路的机电检测设备种类繁多，应用的技术也是各种各样的，检测设备是根据检测内容和使用的检测方法来选择的，只有结合检测内容和检测方法，才能选择出最合适的检测设备。最常用到的检测设备如表1。

表1 常用检测设备

4 结语

高速公路机电系统质量检测保障了高速公路机电工程施工质量，同时也增强了对高速公路安全的保障，通过对高速公路机电工程的现状分析，我们发现在不同机电设施检测技术上存在差异，所以我们要摒弃糟粕，取其精华，在当前的基础上进行创新，争取走在世界的最前端。从而提高高速公路的工程质量，降低后期维护运营的成本，极大程度地保障高速公路中人员车辆的安全和运行的稳定性。