探討機電一體化技術在公路工程中的應用

鄧瑞明

（甘肅隴南公路局應急搶險保障中心，甘肅 隴南746000）

1 機電一體化技術在公路工程應用的概況

機電一體化是電和機械在系統上進行科技式結合的新型工業(yè)生產模式，在學術上又稱為機械電子工程，是機械工程與自動化的一種。從人為操作的機電一體化設備，經過科學技術的日益革新，已經從人工化轉為了智能化，生產線上也脫離了人為的重復操作，轉入了無人的生產線，最終實現動態(tài)化的控制，形成自動化、智能化和綠色化的機電一體化總系統。在公路工程實際的應用上，以公路作業(yè)上的施工壓力、天氣環(huán)境因素、人為因素的特點等等，機電一體化的自動化、智能化都為公路工程上的總體工作提供了便利的技術支撐，更有效地推進公路工程的總體實施，克服了公路工程中平時會遇到的困難與阻礙，從而成功構建起了公路工程流程化的生產線，實現了機電一體化技術在公路工程中的精準應用。

2 機電一體化技術在公路工程應用中的意義

2.1 能夠進行全方位的自我檢測

機電一體化由于是計算機進行精準計算的結果，能夠更好地設置可驗證、可進行自我檢測的程序，在檢測中更迅速地檢測錯誤，及時修正，保證工程的穩(wěn)定進行，也為工程的運行實現動態(tài)化的監(jiān)控模式，進行全方位、無死角的監(jiān)控，精準把握好公路工程的進展。

除此之外，可感應化的數據傳感原理形成的監(jiān)控系統不僅應用便利，也能更及時地向相關人員發(fā)出提醒的警報，迅速發(fā)現存在問題的部分，讓檢修人員及時、迅速地檢測并修正問題，防患于未然，提高安全作業(yè)的精度和強度，降低公路工程的總體風險，及時規(guī)避危險，保證施工作業(yè)的穩(wěn)定運作。

2.2 提高了公路工程內的實施精度

全國范圍內的公路工程不斷展開，對于質量和長久使用性的要求也不斷提高。公路工程本身的施工難度大，較多地受天氣影響，在平時的人為檢測中檢測結果也容易受影響。而機電一體化的應用，結合了科學技術的最新成果，不受天氣的影響，能夠更精準的檢測，提高作業(yè)的總體精度。在平時的公路作業(yè)中，程序化、流程化的人為施工精度參差不齊，機電一體化無視人為因素，能夠更好地形成一個固定的程序和流程，按照計算結果直接運作，更好地規(guī)避了公路作業(yè)上的難點和各路隱患，保證了公路施工的精度[1]。

2.3 使公路工程的施工更加高效化

在對機電一體化的相關調查里，“按照路橋調度使用標準要求，由節(jié)點層完成數據運行控制標準，加快了各種機電一體化與控制系統升級，形成更具穩(wěn)定性的現場作業(yè)工具控制平臺。”機電一體化在公路工程上的應用讓機電以及人機進行更好的融合，穩(wěn)固提高著公路工程施工的效率，縮減不必要的時間成本，實際按照精密計算的結果完成任務，不僅精密性高，也高效率地完成了公路工程的實際應用，將公路工程的發(fā)展推動到現代化進程中，因此也能大范圍地推廣到全國，并且更為迅速地搭建好中國的公路系統。

2.4 降低能源的損耗，提高資源的可利用率

燃油使用率在以前都是人為調控，通過局部性的調整來簡單調整機器的輸出功率。但因人為因素的不確定，往往會出現能源損耗、變換程度少的情況，不利于整個公路工程的可持續(xù)發(fā)展。能源損耗不斷加深，燃油使用率不斷的降低，不僅大大增加了工程的資源成本，也加重了財政負擔，越滾越大，最終阻礙到了工程作業(yè)本身的進度。機電一體化可以利用電子控制技術進行精密的計算與對比，能夠有效降低工作效率，提高燃油的使用率，將成本大大降低，能夠將省下來的成本用到工程的別處，完善公路工程的整體搭建，提高總體工程作業(yè)的質量。在控制流程上，也實現了最優(yōu)化的操作，在一體化的操作上提高現場的作業(yè)效率，減少不必要的資源損耗。

3 機電一體化技術在公路工程中的應用

3.1 以傳感器系統為主的監(jiān)控系統應用

智能化技術的不斷延展，處理器速度的提高以及微機高性能化，智能控制算法的集成與傳感器系統的智能化，都有力地推動著機電一體化產品向著智能化的方向發(fā)展。機電一體化在傳感器系統智能化上的發(fā)展，為監(jiān)控系統的進步提供了重要的技術資源。在公路監(jiān)控系統里，一般分為外場及內部，而在總體上又分為監(jiān)控站、監(jiān)控分中心及監(jiān)控總中心。總體架構又以視頻監(jiān)控系統建設為基礎，主要分為前端電視監(jiān)控系統、專用網絡傳輸系統、指揮監(jiān)控系統等5大部分，都通過傳感器系統在智能化上的深入不斷提高。在以前，人為的監(jiān)控管控容易出現紕漏，無法有效捕捉隱患。機電一體化在公路監(jiān)控系統上的應用，以高性能的處理器及高質量的微機為基礎，提高監(jiān)控和信息處理、報警系統的敏感度和精準度，一旦有問題發(fā)生，工作異常，監(jiān)控系統就會通過預警傳遞給控制人員，迅速遏制住隱患的源頭。

3.2 機電一體化的智能化應用

機械智能化，指的是對機械制造的整個周期內，無需人類逐一設計，而是由智能系統自行作出決斷，以高精準度的計算速度執(zhí)行，以此來提高總體的生產效率以及生產質量。機電一體化朝著智能化的方向發(fā)展，能夠在公路工程的施工上不斷通過計算調整來適應復雜多變的工況作業(yè)，在勘察、測量、設計、施工、養(yǎng)護、管理等工作展開智能化的工序，為公路工程的構造提供更為便利的服務性技術。對于氣候、地形、土質、運輸、場地的因素影響，機電一體化的智能化能夠更好地規(guī)避，減少不必要的因素影響而產生的各種損耗。而在路基的夯實上，機電一體化的實施也能夠更加精準地劃分好路基的路況，根據大數據計算出合適的方案。在排水系統上，也能通過智能化上的改善不斷優(yōu)化排水系統，從總體上改善排水系統受各種因素影響而不利的地方。在設備調控上，對于各種輔助作業(yè)的機械與設備可實現微操上的精準調控，對于設備后期的處理和保護都起到了重要的作用[2]。

3.3 機電一體化的模塊化作業(yè)應用

控制模式上的優(yōu)化以及操作模式上的簡化，都為機電一體化的模塊化作業(yè)提供了更好的運行條件。隨著智能模塊化的實施，機電一體化可以利用固定的程序模塊與機械設備進行有機的組合，進行特定工況的作業(yè)。在鋪設道路的工況上，可以采用相關的設備來進行模塊化的作業(yè)，根據不同的路況以及鋪設需求來進行不同模塊上的模式設定，在不同的工段上設置好相關固定的效率、速度、程序等等。減少自然因素和人為因素等等不穩(wěn)定的情況，公路工程本身能夠在無干擾的環(huán)境下進行模塊化的作業(yè)工作，在監(jiān)控系統的智能化管理中，也能更好實現工作及被監(jiān)管的工作程序，將公路工程的施工過程實現無人化、自動化的運行，更好地交給機械本身來處理，減少因不穩(wěn)定因素而產生的錯誤的發(fā)生。

3.4 機電一體化的綠色化應用

機電一體化的綠色化，能夠最大限度減少對生態(tài)環(huán)境的影響。降低能源的損耗，提高能源的利用率，讓未來的機電一體化朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。機電一體化的智能化、模塊化、自動化使用，都對資源的節(jié)約起到了很大的作用。只用少量的智能化計算，就可以實現大量的工程計算，簡化了計算過程，也提高了計算效率。用精密的計算推動工程的發(fā)展，機電一體化的綠色化應用，減少對環(huán)境的破壞，也最大程度上保護了環(huán)境本身。高效率的機械作業(yè)，降低了不必要的損耗度，不僅是機械本身的損耗，也是能源上的損耗。并且，機電設備應用于網絡化控制體系，也為控制流程的最優(yōu)化提供了可實現的可能性，讓機電設備本身的損耗率降低，同樣也為綠色環(huán)境的改善提供了有力的條件。

4 機電一體化技術在公路工程中的具體應用

4.1 在高速公路通信系統中的應用

隨著中國信息化建設的不斷加快，在進行高速公路的現代化建設過程中，不斷地向智能化、信息化、高效化發(fā)展。機電一體化技術在高速公路的建設過程中逐漸被深入應用，具體的應用范圍包括通信系統、電子繳費系統、供電系統以及監(jiān)控系統等。其中最主要的應用環(huán)境就是通信系統中的應用，機電一體化在這過程中作為一種主流技術參與高速公路網絡通信的建設。通過信息傳送以及網絡傳遞體系的構建，將高速公路的各個子系統，也就是信息處理中心、道路安全管理部門、繳費系統、監(jiān)控系統、供電照明系統等進行連接和信息傳遞。最大程度上提高中國交管部門對高速公路整體運行狀況的管理和干預，大大提高了道路交通工程設施的運行效率和穩(wěn)定性?？梢哉f，通信系統是機電一體化技術應用的主流環(huán)境，將高速公路工程設施運行的實際情況通過數字信息化處理和信息傳送實時傳遞。真正意義上實現中國高速公路數據資料的數字化處理，提高人們日常通行的安全性和可靠性。

4.2 在高速公路電子繳費系統中的應用

隨著中國基礎建設能力的不斷提高，高速公路的總里程數和規(guī)模越來越大。因此，交通設施體系也在不斷地進行完善升級。越來越多的人們在出行方式上選擇高速公路，尤其是近年來私有車輛規(guī)模的不斷擴大，極大地增加了中國高速公路的運行壓力。為促進中國高速公路的正常運營，并進一步提高運營效率，必須要在交通工程設施中實行電子繳費。目前中國大多數高速公路都需要進行繳費，以半自動化收費和電子收費為主。汽車數量的不斷增加，增大了中國高速公路的運行壓力。半自動化的收費方式仍然需要人工進行干預，這無疑增加了時間成本和人力成本，在節(jié)假日等高峰期極容易造成堵塞以及交通事故的發(fā)生。為保證中國高速公路的正常運行以及繳費工作的高效率開展，將機電一體化技術在高速公路的繳費工作中應用開來，目前電子繳費系統已經逐漸取代了泛自動化的收費系統。相關部門可以通過高速公路各個路段的監(jiān)控系統以及通信系統，準確地對高速公路用戶總里程進行詳細的記錄和數據展示。在繳費的方式上也更加多樣化，除去可以通過紙幣繳費之外，還可以通過第三方支付平臺以及網絡繳費系統進行繳費，取代了傳統人工的繳費模式，最大程度上提高了中國高速公路的運行效率[3]。

4.3 在高速公路照明供電系統中的應用

照明供電系統是中國進行現代化高速公路建設過程中必不可少的重要組成部分，尤其是中國目前運輸壓力正以極快的速度上升。高速公路在夜間的車流量逐年遞增。高速公路工程的建設拉近了各個地區(qū)的經濟距離，促進了不同地區(qū)的綜合發(fā)展和文化交流，但也增大了高速公路的交通安全隱患，夜間交通事故的發(fā)生率也逐漸上升。為了進一步提高高速公路夜間行車的安全性和便利性，通過機電一體化技術將照明供電系統進行進一步的完善，加強監(jiān)控系統、消防設施、通風以及照明等基礎設施的建設和完善。同時，為了更好地提高高速公路夜間應急處理能力，必須建立完善可行的網絡信息管理體系，采用目前最先進的供電系統，促進夜間供電的穩(wěn)定運行。防止由于供電不良導致夜間交通事故的發(fā)生。

4.4 在高速公路監(jiān)控系統中的應用

在高速公路所有的功能系統中，監(jiān)控系統是機電一體化技術應用的關鍵環(huán)節(jié)。監(jiān)控系統也是連接高速公路運行狀況以及交管部門之間的紐帶。目前，中國高速公路監(jiān)控系統在組成上，主要以監(jiān)控站、外場設備、監(jiān)控總中心以及監(jiān)控分中心等工程設施組成。監(jiān)控系統不斷完善，可以最大程度上對整體的車流量以及運營狀況進行實時的監(jiān)控和記錄。目前，在中國高速公路的各個路段，無論是隧道還是山區(qū)，都有著監(jiān)控系統的覆蓋和應用。機電一體化技術的飛速發(fā)展，讓中國高速公路的監(jiān)控系統不斷升級更新，幫助中國交管部門以及安全管理中心可以針對高速公路中的突發(fā)情況及時進行應急處理。除此之外，在高峰期時還可以對交通堵塞進行提前的預警和及時疏導，最大程度上降低中國高速公路事故的發(fā)生概率。在節(jié)假日旅游的高峰期出現擁堵情況以及交通狀況不佳的高頻期，會嚴重影響到中國交通運輸的效率和駕乘人員的生命安全，因此為了進一步提高中國高速公路各個路段的管理能力以及交通擁堵的疏導，必須進一步對中國高速公路的監(jiān)控系統進行升級改善，讓監(jiān)控設備和網絡通信系統相結合，提高視頻信息傳輸的效率，快速對高速公路車輛的狀況進行應急處理，保障高速公路長期穩(wěn)定運行。

5 機電一體化技術在中國交通工程設施中的發(fā)展態(tài)勢

隨著中國交通網絡體系的不斷完善，高速公路的總里程和覆蓋范圍逐年遞增，為了進一步提高中國高速公路的現代化建設，加強機電一體化技術在交通工程設施中的應用，必須進一步深入研究，最大程度上提高中國交通工程設施的安全性以及運輸的效率。交通運輸業(yè)是中國的基礎性行業(yè)，提高覆蓋面和現代化程度能夠最大程度上提高人民群眾的出行體驗。機電一體化技術參與了中國各個行業(yè)的發(fā)展，具有十分良好的發(fā)展前景。因此，在未來，機電一體化技術會不斷對中國交通運輸的模式和運營效率進行改良升級。機電一體化技術會對系統的整體結構進行二次優(yōu)化和改良，將通信系統中融入場外的不同交通工程設施，同時，對各個子系統進行相應接口的連接，從而實現在通信系統的管理過程中將收費和監(jiān)控共同進行管理，最大程度上提高運營的效率，減少人力成本上的投入。

6 結束語

機電一體化在公路工程的應用前景無疑是寬廣的。隨著科學技術時代的發(fā)展，高新技術隨著大數據時代的到來而得到進一步提升，方便人們生活的同時，也為各種工程的展開提供了技術上的穩(wěn)固幫助。機電一體化的高效化、智能化、自動化、模塊化、綠色化，提高了公路工程的總體質量，也為作業(yè)本身減少了很多不穩(wěn)定因素的阻力。隨著工程的大量實施，機電一體化在工程方面的作業(yè)將會不斷地被普遍推廣并運用，占據技術時代的全自動化優(yōu)勢。