魏力 閆世偉 嚴(yán)小平

【摘要】為提高道路路面建設(shè)管理水平，研究開(kāi)發(fā)了基于車聯(lián)網(wǎng)的路面建設(shè)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，以車載主機(jī)為主體，及時(shí)將各傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，中心數(shù)據(jù)服務(wù)器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)，在電腦監(jiān)控平臺(tái)上直接可以看到施工車輛的位置、工作狀態(tài)。成功實(shí)現(xiàn)了路面建設(shè)質(zhì)量由低效率的人工事后檢測(cè)向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、全過(guò)程控制的突破，大大提高了檢測(cè)效率及監(jiān)控水平，對(duì)提高管理效率，提高瀝青路面建設(shè)質(zhì)量將產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。

【關(guān)鍵詞】車聯(lián)網(wǎng)；質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)；公路施工

1 研究背景及意義

為提高道路路面建設(shè)管理水平和效率，提高路面建設(shè)質(zhì)量，本文研究開(kāi)發(fā)了基于車聯(lián)網(wǎng)的路面施工質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。目前路面施工建設(shè)階段質(zhì)量管理存在的主要問(wèn)題是過(guò)于依賴最終質(zhì)量檢測(cè)，無(wú)法突出"過(guò)程要素、根源管理"，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的"全過(guò)程控制"，特別是對(duì)路面壓實(shí)做不到過(guò)程控制。壓實(shí)是路面建設(shè)最重要的環(huán)節(jié)，路面各種性能（包括抗裂、抗車轍、抗疲勞、抗水破壞等）直接與壓實(shí)有密切關(guān)系。而目前路面壓實(shí)雖然規(guī)定了較詳細(xì)的施工工藝，但由于靠人工監(jiān)控碾壓遍數(shù)，導(dǎo)致碾壓設(shè)備很難真正按照設(shè)計(jì)規(guī)定實(shí)現(xiàn)預(yù)定的碾壓工藝，碾壓遍數(shù)難以確定，因此嚴(yán)重影響了路面的質(zhì)量。

針對(duì)上述情況，本文通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)路面壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)的過(guò)程監(jiān)控，大大提高了檢測(cè)效率，節(jié)約了人工檢測(cè)成本。根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的定義，車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在車-X（X：車、路、行人及互聯(lián)網(wǎng)等）之間，進(jìn)行無(wú)線通訊和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化交通管理、智能動(dòng)態(tài)信息服務(wù)和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)處理中心是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能和支持?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)布的核心組成部分，其主要職責(zé)包括"接收、處理、存儲(chǔ)、管理、監(jiān)測(cè)"等，由數(shù)據(jù)處理模塊與下層技術(shù)支撐平臺(tái)（包括軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境、GIS服務(wù)、云計(jì)算、通訊接口等）組成。其由通訊模塊、計(jì)算模塊、業(yè)務(wù)接入模塊、存儲(chǔ)模塊等模塊組成，分別實(shí)現(xiàn)通訊、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、對(duì)外發(fā)布接口等核心功能。

系統(tǒng)主要是對(duì)水泥穩(wěn)定碎石、瀝青混合料碾壓過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，以提高碾壓質(zhì)量。模塊主要包括如下幾個(gè)部分：

1）碾壓定位數(shù)據(jù)采集模塊。采用GPS定位數(shù)據(jù)可以得到壓路機(jī)碾壓數(shù)據(jù)，定位部分采用車載衛(wèi)星定位設(shè)備，用于準(zhǔn)確定位設(shè)備所在位置，尤其是移動(dòng)工作類設(shè)備可通過(guò)油耗儀和GNSS的軌跡描繪，化成軌跡及鋪蓋面積圖直觀的判斷機(jī)械設(shè)備工作狀況。在定位部分，選擇高精度雙星GPS芯片，可接收GPS+GLONASS衛(wèi)星信號(hào)；通過(guò)接收 Q-Base 參考站差分信息，可以實(shí)現(xiàn) 1.5米的分米級(jí)高精度定位。

2）碾壓振動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊。施工車輛工作時(shí)的狀態(tài)，強(qiáng)振開(kāi)關(guān)，弱振開(kāi)關(guān)，功能可擴(kuò)展為使用3軸加速度傳感器進(jìn)行振動(dòng)激振力檢測(cè)，根據(jù)不同機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)指標(biāo)參數(shù)和路基路面的土壤顆粒的不同，看是否達(dá)到路面壓實(shí)度要求。

3）碾壓溫度數(shù)據(jù)采集模塊。在施工車輛安裝紅外溫度傳感器，進(jìn)行無(wú)接觸式測(cè)量溫度（測(cè)量溫度0-300°、1秒鐘監(jiān)測(cè)3次，），經(jīng)過(guò)車載北斗主機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)模塊傳輸至數(shù)據(jù)中心，在監(jiān)控平臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示瀝青混合料的溫度，配合車輛定位的行駛軌跡，達(dá)到監(jiān)測(cè)路面攤鋪瀝青溫度的目的。

4）碾壓數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊。通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊，將壓路機(jī)中的數(shù)據(jù)通過(guò)通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（GPRS）傳輸?shù)教幚矸?wù)器中，以便服務(wù)器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)根據(jù)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)條件靈活選擇各種網(wǎng)絡(luò)，支持多信號(hào)通道的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、展示，并通過(guò)各信號(hào)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)布，本系統(tǒng)支持各信號(hào)通道之間的數(shù)據(jù)傳輸，包括中心數(shù)據(jù)模塊、服務(wù)器數(shù)據(jù)采集中間模塊和嵌入式數(shù)據(jù)采集控制終端。

5）數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊包括以下功能。

（1）基于GPS定位的壓路機(jī)運(yùn)行軌跡計(jì)算模塊，計(jì)算出每臺(tái)壓路機(jī)的運(yùn)行軌跡，如圖2所示。

（2）每臺(tái)壓路機(jī)運(yùn)行軌跡的圖形化處理。通過(guò)軌跡圖形系統(tǒng)將壓路機(jī)運(yùn)行軌跡以圖形方式表現(xiàn)出來(lái)，以便直觀展示壓路機(jī)碾壓的實(shí)時(shí)狀況。

（3）路面壓實(shí)度實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)壓路機(jī)運(yùn)行軌跡的狀況，判斷當(dāng)前路面是否出現(xiàn)漏壓、過(guò)壓等現(xiàn)象。例如碾壓遍數(shù)：在監(jiān)控平臺(tái)軟件上，使用經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換WGS84坐標(biāo)的路基路面地圖，依據(jù)施工樁號(hào)，將施工的路面任意劃定的矩形欄，指定一臺(tái)施工車輛，在欄內(nèi)的GPS軌跡累計(jì)里程，除以矩形欄的周長(zhǎng)得出施工車輛來(lái)回的趟數(shù)。后以報(bào)表的方式導(dǎo)出。

（4）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將以上數(shù)據(jù)處理結(jié)果傳送給項(xiàng)目管理人員，便于其及時(shí)準(zhǔn)確決策。

6）項(xiàng)目管理部分

項(xiàng)目管理部分是用于項(xiàng)目管理、任務(wù)下達(dá)、任務(wù)反饋、質(zhì)量檢驗(yàn)的信息系統(tǒng)，其由總部數(shù)據(jù)管理層、項(xiàng)目部項(xiàng)目管理層、現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)管理及車載數(shù)據(jù)監(jiān)管層和車載移動(dòng)終端監(jiān)控層構(gòu)成（見(jiàn)項(xiàng)目管理軟件結(jié)構(gòu)圖），以實(shí)現(xiàn)自上而下的數(shù)據(jù)監(jiān)控、管理和自下而上的數(shù)據(jù)上傳，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械設(shè)備的智能化管理和監(jiān)控，減少項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。從數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)上，本系統(tǒng)又分為車載移動(dòng)終端、車載移動(dòng)服務(wù)站、項(xiàng)目部數(shù)據(jù)管理中心和全局?jǐn)?shù)據(jù)匯聚中心四級(jí)結(jié)構(gòu)。

3 本系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）性能卓越。 該設(shè)備具有高度的自動(dòng)化水平，監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度高，數(shù)據(jù)豐富，傳輸效率高。

2）安全性、穩(wěn)定性高。設(shè)備本身具有極高的安全與穩(wěn)定性。首先具有安全型的防爆、防塵、防水性能。其次，具有高抗干擾性，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)干擾源、周圍環(huán)境無(wú)特殊要求，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。內(nèi)部電路高度集成化，器件故障率最小化，運(yùn)行可靠。

3）操作簡(jiǎn)單方便。系統(tǒng)所支持的軟件使用全中文菜單，具有良好的操作界面。配有無(wú)線監(jiān)測(cè)分站一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝方便快捷。

4）豐富的輔助功能。該系統(tǒng)擁有查詢和報(bào)表輸出、打印功能簡(jiǎn)單易操作；施工設(shè)備運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行查詢；可按要求輸出各種信息報(bào)表；可遠(yuǎn)程查看實(shí)時(shí)情況；同時(shí)可以顯示到現(xiàn)場(chǎng)LED顯示屏上。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)路基路面施工現(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)工作質(zhì)量控制存在的問(wèn)題，采用壓路機(jī)上安裝本項(xiàng)目研發(fā)的基于車聯(lián)網(wǎng)的車載移動(dòng)終端遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，再結(jié)合振動(dòng)頻率專用傳感器，根據(jù)施工項(xiàng)目設(shè)定作業(yè)時(shí)間、行駛速度、振動(dòng)頻率等參數(shù)，通過(guò)移動(dòng)工作基站主機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)各施工壓路機(jī)進(jìn)行監(jiān)控與管理，在現(xiàn)有路面施工質(zhì)量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)由效率低的事后檢測(cè)向?qū)崟r(shí)控制監(jiān)測(cè)的突破。其對(duì)于提高瀝青路面質(zhì)量，提高管理效率，節(jié)約建設(shè)資金，保證施工過(guò)程監(jiān)測(cè)的真實(shí)性及可靠性，提高路面質(zhì)量評(píng)價(jià)客觀性等方面將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。實(shí)現(xiàn)了公路工程質(zhì)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)化，專業(yè)化的管理，并為各項(xiàng)施工決策提供可靠的依據(jù)。

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