瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及其在高速公路養(yǎng)護工程中的應(yīng)用

段美棟，張澤東，趙 凱，孫 強

（1.山東高速股份有限公司，山東 濟南 250101；2. 濟南市第二公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 濟南 271100；3.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟南 250031）

引言

施工行為不規(guī)范、質(zhì)量控制不標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)控效果不得力和執(zhí)行力不足已成路面建設(shè)領(lǐng)域通病，也是路面過早出現(xiàn)病害的根源。2011年交通部印發(fā)《高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化活動實施方案》，旨在解決這一問題。大量工程實踐表明，混合料拌和是瀝青路面施工的核心環(huán)節(jié)，拌和環(huán)節(jié)的過大波動會直接導(dǎo)致混合料配比失穩(wěn)，造成路面的內(nèi)在質(zhì)量受到致命影響，因此實現(xiàn)路面施工的標(biāo)準(zhǔn)化，首先要實現(xiàn)拌合環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化、自動化控制[1-3]。

重視瀝青路面施工質(zhì)量的過程控制，是公路瀝青路面質(zhì)量大幅度提升的重要舉措。目前我國一般采用“事前檢驗、事后把關(guān)”的方法對瀝青路面施工質(zhì)量進行管理，這僅僅起到一個記錄和事后反省作用，出現(xiàn)質(zhì)量缺陷時，不能識別是哪個施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，給分析問題原因和后期整改造成極大困難。因此如何實時對施工過程中產(chǎn)生的問題進行反饋、處理是施工中急需解決的問題[4-5]。Fares Beainy[6]等研究了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瀝青壓實度質(zhì)量控制方法，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計算現(xiàn)場傳感器采集數(shù)據(jù)，實時控制施工過程壓實質(zhì)量；趙子豪[7]提出采用移動計算機終端和施工過程智能監(jiān)控系統(tǒng)組成道路施工智能監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控瀝青拌合站、攤鋪機、壓路機的參數(shù)；陳艷[8]提出采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對瀝青拌合站設(shè)備進行實時監(jiān)控，及時調(diào)整拌合站生產(chǎn)參數(shù)。

1 瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)混合料生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線監(jiān)控、出廠數(shù)據(jù)實時檢測及生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析預(yù)警等功能，解決混合料生產(chǎn)過程中出現(xiàn)減少瀝青用量偷工減料、私自改變配合比、出廠數(shù)據(jù)檢測數(shù)據(jù)造假、混合料出廠覆蓋不嚴(yán)等問題，加強混合料生產(chǎn)過程監(jiān)管。通過物聯(lián)網(wǎng)信息管理技術(shù)減少管理過程的人工干預(yù)及數(shù)據(jù)造假，提升混合料生產(chǎn)質(zhì)量，彌補了傳統(tǒng)工程質(zhì)量管理的不足。并且能夠全面升級公路工程建設(shè)與服務(wù)水平，打造品質(zhì)工程。

2 瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)組成及其功能

2.1 系統(tǒng)概述

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時采集瀝青拌合站生產(chǎn)信息，經(jīng)云端服務(wù)器分析處理后在網(wǎng)頁上展示，拌和監(jiān)控指標(biāo)見表1。該系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)分析預(yù)警機制、歷史查詢功能、數(shù)據(jù)圖表化功能等，后臺技術(shù)人員可以對瀝青混合料各項關(guān)鍵指標(biāo)進行追溯、分析，并及時將報警信息通知給現(xiàn)場管理人員。

表1 拌和監(jiān)控指標(biāo)

2.2 系統(tǒng)原理

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖1。（1）利用瀝青混凝土拌合站動態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及相關(guān)軟件，通過拌合站本身的計量系統(tǒng)，對生產(chǎn)的全過程進行實時的監(jiān)控。（2）監(jiān)控的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)或有線網(wǎng)上傳至具有獨立IP的遠程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫，便于后續(xù)查看和統(tǒng)計。（3）系統(tǒng)配備智能預(yù)警系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)可以及時通過短信方式通知現(xiàn)場施工人員。

圖1 瀝青拌合樓管控結(jié)構(gòu)

2.3 軟硬件要求

2.3.1 硬件設(shè)備

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)需要在拌合站控制室安裝數(shù)據(jù)采集終端，通過網(wǎng)口與拌合站控制室電腦連接，數(shù)據(jù)采集終端，見圖2。拌合站控制電腦需安裝與數(shù)據(jù)采集終端相匹配的軟件，拌合站生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至云端數(shù)據(jù)庫。

圖2 數(shù)據(jù)采集終端

2.3.2 軟件設(shè)計

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)需要在拌合站控制電腦安裝相匹配軟件，具備實時監(jiān)控、歷史查詢、預(yù)警管理和生產(chǎn)報表等四大功能板塊，功能介紹見表2。

表2 拌合站功能模塊

3 高速公路養(yǎng)護工程應(yīng)用

為進一步提高山東省高速公路養(yǎng)護工程的施工質(zhì)量，打造養(yǎng)護品質(zhì)工程，對2019年度養(yǎng)護維修專項工程所用的8個瀝青拌合站安裝了質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，并實時采集各瀝青拌合站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.1 系統(tǒng)界面

監(jiān)控系統(tǒng)首頁見圖3。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)首頁

3.2 系統(tǒng)功能展示

3.2.1 生產(chǎn)狀態(tài)

系統(tǒng)可顯示最近5 d的數(shù)據(jù)以及累計生產(chǎn)數(shù)據(jù)，見圖4。

圖4 生產(chǎn)狀態(tài)

3.2.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控

可以根據(jù)拌合站、級配類型、日期、類型選擇查詢所需要的數(shù)據(jù)，點擊數(shù)據(jù)中查看按鈕，在此處可以查看每盤料油石比、溫度、級配曲線，見圖5。

圖5 實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢

3.2.3 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計

統(tǒng)計拌合站歷史生產(chǎn)數(shù)量，可以查詢?nèi)我鈺r間段的生產(chǎn)總體情況，見圖6。

圖6 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.2.4 圖標(biāo)統(tǒng)計

可以根據(jù)日期、類型、拌合站查詢產(chǎn)量、溫度、油石比、級配、用料，見圖7、圖8。

圖7 產(chǎn)量統(tǒng)計

圖8 油石比、溫度、級配統(tǒng)計

3.2.5 全天生產(chǎn)統(tǒng)計

對拌合站生產(chǎn)數(shù)據(jù)（骨料用量、瀝青用量、粉料用量、外加劑用量、各類溫度）進行采集、判斷、預(yù)警、展示，見圖9～圖11。即對每一盤混合料的生產(chǎn)配合比參數(shù)進行在線檢測分析比較，判定計量的超限情況，達到對混合料生產(chǎn)質(zhì)量狀態(tài)進行監(jiān)控的目的。

圖9 全天油石比走勢

圖10 全天溫度走勢

圖11 內(nèi)摻波動走勢

3.2.6 報警數(shù)據(jù)監(jiān)控

可以根據(jù)拌合站、級配類型、日期、類型進行報警數(shù)據(jù)統(tǒng)計，系統(tǒng)頁面直觀反映報警原因，點擊查看，直觀查看超限原因，見圖12。在混合料拌和時，系統(tǒng)并不是每盤料出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)立即報警，而是連續(xù)幾盤料出現(xiàn)較大波動時，才會啟動報警機制，這樣有效避免了偶然因素造成的影響。分級預(yù)警機制是系統(tǒng)根據(jù)人員不同等級設(shè)置三級預(yù)警，避免了短信對高層管理人員的工作干擾。

圖12 超限圖表

4 結(jié)語

通過對養(yǎng)護工程用瀝青拌合站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實施采集和分析發(fā)現(xiàn)，2019年度養(yǎng)護維修專項工程的瀝青混合料總體穩(wěn)定，質(zhì)量可控。但受原材料、瀝青拌合站計量系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等方面的波動影響，拌合站生產(chǎn)數(shù)據(jù)（礦料級配、油石比、出料溫度）有時會出現(xiàn)超規(guī)范范圍的情況。此時系統(tǒng)會及時發(fā)出預(yù)警信息，將該情況反饋給業(yè)主方、監(jiān)理方和施工方，對出現(xiàn)的問題及時分析和處理，有效保證了瀝青混合料自身的品質(zhì)和施工質(zhì)量。