瀝青混凝土路面智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

曹亞?wèn)|!，朱志國(guó)，樂(lè)海淳，張麗麗

(1.上海大學(xué)上海城建建筑產(chǎn)業(yè)化研究中心，上海 200072;2.上海公路橋梁(集團(tuán))有限公司，上海 200433;3.上海大學(xué)土木工程系，上海 200444;4.江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，江蘇南京 210017)

瀝青混凝土路面智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

曹亞?wèn)|!1，2，朱志國(guó)1，3，樂(lè)海淳2，張麗麗4

(1.上海大學(xué)上海城建建筑產(chǎn)業(yè)化研究中心，上海 200072;2.上海公路橋梁(集團(tuán))有限公司，上海 200433;3.上海大學(xué)土木工程系，上海 200444;4.江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，江蘇南京 210017)

為了提高瀝青混凝土路面施工壓實(shí)度，保證路面質(zhì)量，降低養(yǎng)護(hù)成本，設(shè)計(jì)一種基于瀝青混凝土路面的智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)簩?shí)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)反映混合料的壓實(shí)質(zhì)量，將碾壓過(guò)程中的壓實(shí)遍數(shù)、溫度、軌跡等關(guān)鍵數(shù)據(jù)顯示在操作面板上，引導(dǎo)駕駛?cè)藛T按照規(guī)定進(jìn)行施工作業(yè)。使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠在瀝青混凝土路面壓實(shí)過(guò)程中起到重要作用。

瀝青混凝土路面;智能壓實(shí)系統(tǒng);監(jiān)控;壓實(shí)度

1．1 系統(tǒng)構(gòu)架

瀝青路面智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)采用當(dāng)前技術(shù)成熟、先進(jìn)和符合發(fā)展趨勢(shì)的設(shè)備和系統(tǒng)［8］。系統(tǒng)選用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)分階段建設(shè)或者擴(kuò)容;整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂，可提高工作效率，滿(mǎn)足施工中壓實(shí)質(zhì)量管控的需求;系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及施工工藝的管理要求，在達(dá)到這些條件后，設(shè)備的性能與價(jià)格應(yīng)該重點(diǎn)考慮;此外，還應(yīng)具有可維護(hù)性、人性化、網(wǎng)絡(luò)化、高效性等特點(diǎn)。

瀝青路面智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以明確看出，系統(tǒng)主要通過(guò)車(chē)載采集終端、壓實(shí)業(yè)務(wù)服務(wù)中心、壓實(shí)計(jì)算服務(wù)中心、監(jiān)控中心等對(duì)路面壓實(shí)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1．1．1 車(chē)載采集終端

車(chē)載采集終端模塊主要負(fù)責(zé)獲得和提取智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。它能夠采集安裝在壓路機(jī)上的傳感器接收到的數(shù)據(jù)，也可以采集GPS中的相關(guān)數(shù)據(jù);壓路機(jī)把壓實(shí)與溫度傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)3G等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送給系統(tǒng)服務(wù)器，并按照一定的格式進(jìn)行封裝，然后發(fā)送給應(yīng)用服務(wù)器。車(chē)載終端的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1．1．2 壓實(shí)業(yè)務(wù)服務(wù)中心

壓實(shí)業(yè)務(wù)服務(wù)中心部署在穩(wěn)定的UPS環(huán)境中，24 h工作，實(shí)時(shí)接收所有來(lái)自壓路機(jī)采集終端的數(shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和備份，同時(shí)保存工程的其他施工信息，包括工程標(biāo)段、用戶(hù)、壓路機(jī)等的基本信息。

圖2 車(chē)載采集終端結(jié)構(gòu)

1．1．3 壓實(shí)計(jì)算中心

壓實(shí)計(jì)算中心在整個(gè)平臺(tái)中起著關(guān)鍵的作用，是壓實(shí)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)計(jì)算中心。它主要負(fù)責(zé)從壓實(shí)業(yè)務(wù)服務(wù)器獲取壓路機(jī)壓實(shí)過(guò)程所有數(shù)據(jù)，并根據(jù)壓實(shí)施工要求，采用1×1 m單元格計(jì)算壓路機(jī)的碾壓區(qū)域，同時(shí)基于單元格計(jì)算壓實(shí)遍數(shù)、軌跡、層厚、高程、CMV(壓實(shí)計(jì)值)、壓實(shí)度等信息，并生成計(jì)算結(jié)果，以便用戶(hù)進(jìn)行壓實(shí)成果數(shù)據(jù)的查詢(xún)?yōu)g覽［9］。

同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)的安全性與可靠性，原始數(shù)據(jù)采用文件數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite和文本數(shù)據(jù)雙備份機(jī)制，在數(shù)據(jù)通訊效率提高的同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的可靠性與安全性也能夠得到極大提高［10］。

1．1．4 監(jiān)控與應(yīng)用中心

監(jiān)控客戶(hù)端是壓實(shí)計(jì)算中心的客戶(hù)端操作軟件，采用C/S模式與壓實(shí)計(jì)算中心進(jìn)行交流。它建立了統(tǒng)一的消息體系，在各壓實(shí)計(jì)算中心和監(jiān)控客戶(hù)端的響應(yīng)之間建立起一座互連互通的橋梁［11］;并制定了統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)監(jiān)控客戶(hù)端按照這個(gè)接口，通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器與中心平臺(tái)進(jìn)行信息交流、互動(dòng)以及控制。

應(yīng)用中心是整個(gè)工程壓實(shí)成果展示的統(tǒng)一平臺(tái)，通過(guò)定期獲取壓實(shí)計(jì)算中心生成的成果數(shù)據(jù)，以O(shè)GC服務(wù)形式對(duì)外發(fā)布，供不同用戶(hù)實(shí)時(shí)了解整個(gè)工程的施工進(jìn)度。同時(shí)，它也是壓路機(jī)采集終端數(shù)據(jù)接入口，通過(guò)與DTU模塊對(duì)接，實(shí)時(shí)獲取原始數(shù)據(jù)。

1．1．5 操作中心

操作中心的主要作用是支持管理員、操作員對(duì)壓實(shí)成果的訪問(wèn)、操作以及查看權(quán)限范圍內(nèi)路面的壓實(shí)圖像及相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用功能。

操作中心應(yīng)該具有直觀、友好、簡(jiǎn)潔的中文人機(jī)交互界面，支持自定義主界面，支持多屏幕同時(shí)顯示，支持面板動(dòng)態(tài)加載，支持自動(dòng)升級(jí)，并且能反映自身的運(yùn)行情況，對(duì)正常、報(bào)警、故障等狀態(tài)給出指示，易于修改、擴(kuò)充和二次開(kāi)發(fā)，支持電子地圖操作功能和智能分析查看功能。

1．2 關(guān)鍵控制指標(biāo)

瀝青路面智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是監(jiān)控壓實(shí)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)變化，從而控制路面壓實(shí)效果，使其質(zhì)量在規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi)［12］。壓實(shí)過(guò)程中初壓、復(fù)壓、終壓的相關(guān)控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 壓實(shí)相關(guān)指標(biāo)

2 系統(tǒng)實(shí)施方案

本工程的智能壓實(shí)質(zhì)量控制管理系統(tǒng)集成北斗衛(wèi)星高精度定位技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、傳感器、大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)于一體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)碾壓過(guò)程實(shí)時(shí)、連續(xù)、可視化的引導(dǎo)與管理，業(yè)主、施工單位、監(jiān)理單位、壓路機(jī)駕駛員能夠及時(shí)掌握路面碾壓信息，實(shí)現(xiàn)有效控制與管理。硬件設(shè)備主要由GNSS天線、高精度定位主機(jī)、溫度傳感器、壓實(shí)傳感器與壓實(shí)引導(dǎo)顯示屏組成，如圖3所示。

圖3 硬件設(shè)備組成

(1)GNSS天線的主要用途是接收來(lái)自北斗、GPS、GLONASS 等衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)［13］，具有體積小、攜帶方便、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，可以吸附在鐵質(zhì)載體上面，定位效果更加精確。

(2)高精度定位主機(jī)專(zhuān)門(mén)為工程機(jī)械施工而設(shè)計(jì)，在環(huán)境惡劣、振動(dòng)比較強(qiáng)烈等情況下都能夠很好適應(yīng)，支持GPS、北斗、GLONASS系統(tǒng)，定位精確度達(dá)到厘米級(jí)。

(3)當(dāng)壓路機(jī)工作時(shí)，壓路機(jī)駕駛員可根據(jù)壓實(shí)引導(dǎo)顯示屏顯示的壓實(shí)圖形有規(guī)律地進(jìn)行壓實(shí)工作，按照規(guī)定速度、路線進(jìn)行適當(dāng)碾壓，防止漏壓、過(guò)壓。

(4)壓實(shí)傳感器安裝在壓路機(jī)鋼輪上面，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)震動(dòng)頻率與振幅，并且將探測(cè)到的路面壓實(shí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋給主機(jī)。

(5)溫度傳感器的作用是實(shí)時(shí)檢測(cè)壓實(shí)路面的溫度，并及時(shí)反饋到平板顯示屏上，同時(shí)設(shè)定預(yù)警、報(bào)警功能，從而有效地提醒操作人員。

3 實(shí)例應(yīng)用與結(jié)果分析

3．1 施工方案

某工程瀝青路面試驗(yàn)段結(jié)構(gòu)層厚度為18 cm，由下至上分別為:改性乳化瀝青下封層、8.0 cm Sup-25瀝青下面層、6.0 cm Sup-20瀝青中面層，4.0 cm SMA-13瀝青上面層。瀝青路面上面層SMA-13瀝青材料采用SBS改性瀝青，中面層Sup-20瀝青材料采用SBS改性瀝青，下面層Sup-25采用70號(hào)道路石油瀝青，路面結(jié)構(gòu)如圖4所示。

為了證明智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的正確性，首先在壓路機(jī)上安裝智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)硬件，連接好無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，檢查系統(tǒng)可行性。在壓實(shí)過(guò)程中按照智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)里面預(yù)先設(shè)定的壓實(shí)信息(如設(shè)定軌跡、遍數(shù)、溫度)進(jìn)行自動(dòng)采集，在所有施工都結(jié)束后，按照規(guī)范的要求對(duì)路面進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

3．2 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)中的檢測(cè)方法，得到中面層、上面層的試驗(yàn)結(jié)果，如表2～4所示。從表2～4可以看出，裝有智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的壓路機(jī)壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表2 中面層改性瀝青混合料Sup-20旋轉(zhuǎn)壓實(shí)體積性質(zhì)

表3 中面層改性瀝青混合料Sup-20馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表4 上面層改性瀝青混合料SMA-13馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)瀝青路面智能壓實(shí)控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)輸出壓實(shí)軌跡、厚度、速度和壓實(shí)遍數(shù)等壓實(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)，便于引導(dǎo)駕駛員壓實(shí)作業(yè)，提高檢測(cè)合格率，縮短檢測(cè)周期。

(2)利用智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)的區(qū)域，預(yù)防過(guò)壓或欠壓，能夠有效保證壓實(shí)度，降低返工概率，減少資源浪費(fèi)。

(3)在壓實(shí)過(guò)程中，機(jī)械利用率得到大大提高，降低了能源消耗;減少人為失誤，提高了工作效率，從而實(shí)現(xiàn)降低成本、增加利潤(rùn)的目的。

［1］ 劉文杰．我國(guó)路面發(fā)展現(xiàn)狀［J］．中國(guó)公路，2016(7):70-71．

［2］ 王國(guó)鋒．瀝青混凝土路面早期破壞的原因及修補(bǔ)方法［J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011，28(5):59-61．

［3］ 劉立斌，李德彬，劉相儒．重載干線公路瀝青路面常見(jiàn)病害及其養(yǎng)護(hù)［J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2014，31(10):69-71．

［4］ 陳 釗．瀝青混合料攤鋪和壓實(shí)過(guò)程的質(zhì)量控制［J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2008，25(11):48-50．

［5］ 朱偉敏，高雁北，岳建平．瀝青路面壓實(shí)度的控制［J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2005，22(12):49-51．

［6］ 張 毅．控制高速公路瀝青混凝土路面壓實(shí)質(zhì)量的措施［J］．公路，2007(10):119-122．

［7］ 李 冰，賀尚紅，吳運(yùn)新，等．瀝青混凝土路面施工機(jī)群智能調(diào)度與監(jiān)控系統(tǒng)［J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2003，20(6):29-31．

［8］ 陸永明．中海達(dá)智能壓實(shí)管理系統(tǒng)及其應(yīng)用［J］．測(cè)繪通報(bào)，2014(12):129-130．

［9］ 方衛(wèi)華．路面壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2014，31(10):51-54．

［10］ 奉天和．基于J2EE技術(shù)的水電企業(yè)分布式管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］．西安:電子科技大學(xué)，2009．

［11］ 王洪科．監(jiān)獄安防監(jiān)控集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］．南京:南京理工大學(xué)，2012．

［12］ 高希敏．瀝青混凝土路面組合式碾壓實(shí)施措施及現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制［J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2016，33(4):32-36．

［13］ 趙曉林，周柏賈．基于GNSS技術(shù)的地震應(yīng)急系統(tǒng)和救援裝備建設(shè)［J］．中國(guó)科技資源導(dǎo)刊，2010，42(2):74-78．

Design and Application of Intelligent Compaction Monitoring System for Asphalt Pavement

CAO Ya-dong1，2，ZHU Zhi-guo1，3，LE Hai-chun2，ZHANG Li-li4
(1．SHU-SUCG Research Center for Building Industrialization，Shanghai University，Shanghai 200072，China;2．Shanghai Road and Bridge(Group)Co．，Ltd．，Shanghai 200433，China;3．Department of Civil Engineering，Shanghai University，Shanghai 200444，China;4．Jiangsu Transportation Research Institute Co．，Ltd．，Nanjing 210017，Jiangsu，China)

In order to improve the degree of compaction after the construction of asphalt pavement，so as to ensure the quality of pavement and reduce the maintenance cost，an intelligent compaction monitoring system based on the asphalt pavement was proposed．The system can conduct real-time monitoring of the compaction process and reflect the quality of the compaction in a timely manner．The passes of compaction，compaction temperature，tracks and other key data were displayed on the operation panel to guide the operators in accordance with the provisions of the construction work．The results show that the system can play an important role in the compaction process of asphalt pavement．

asphalt concrete pavement;intelligent compaction system;monitoring;degree of compaction

U415．52

B

1000-033X(2017)09-0103-04

0 引 言

在傳統(tǒng)壓實(shí)過(guò)程中，壓實(shí)都是由操作人員把控，但工作時(shí)間越久，操作人員越疲憊，就會(huì)根據(jù)主觀想法進(jìn)行操作，出現(xiàn)壓實(shí)軌跡混亂、壓實(shí)遍數(shù)混淆、壓實(shí)溫度變化較大等問(wèn)題［1-6］。這些都是傳統(tǒng)壓實(shí)過(guò)程得不到嚴(yán)格控制而引起的。智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)顯示壓實(shí)遍數(shù)、軌跡、溫度以及預(yù)警功能等優(yōu)點(diǎn)，能夠順利解決上述問(wèn)題，對(duì)提高瀝青混凝土路面壓實(shí)效果有很大幫助。因此，為提高路面質(zhì)量，減少早期破壞，加強(qiáng)壓實(shí)過(guò)程的監(jiān)控，建立智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)非常有必要［7］。本文將針對(duì)瀝青路面智能壓實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究。

1 瀝青路面壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

2017-01-17

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目(16DZ1202000)

曹亞?wèn)|(1961-)，女，江西都昌人，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈缆饭こ碳夹g(shù)。

［責(zé)任編輯:杜敏浩］