毛劍

摘要：“物聯(lián)網(wǎng)+”及“AI”理念已嵌入生產(chǎn)生活各個領域，研究基于“物聯(lián)網(wǎng)+AI”的瀝青路面施工管控關鍵技術，主要通過對拌和樓、攤鋪機、壓路機、運輸車嵌入AI智能管控終端，完成對瀝青施工中拌合、運輸、攤鋪、碾壓全過程的智能化監(jiān)管，實現(xiàn)瀝青路面施工全域管控、實時過程決策、施工生命周期在線、監(jiān)督預警及鋪裝質(zhì)量的可追溯。實驗證明，該系統(tǒng)可顯著提高施工現(xiàn)場的決策能力和管理效率，無須人工干預，且已產(chǎn)品化，具有廣闊的市場前景。

關鍵詞：瀝青路面施工；AI；“物聯(lián)網(wǎng)+”

一、前言

近年來，我國交通基礎設施的建設如火如荼、蓬勃發(fā)展，各種公路施工建設的過程中，瀝青路面具有表面平整、行車舒適、耐磨、噪音小、養(yǎng)護維修簡便等特點，越來越多地被應用到各種等級的公路中[1]。黨的十九大提出的《交通強國建設綱要》中指出，大力發(fā)展智慧交通，推動大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術與交通行業(yè)深度融合[2]；同時交通運輸部緊緊圍繞“建好、管好、護好、運營好”，出臺《公路工程建設標準管理辦法》[3]等文件，采用信息化手段推動公路建設高質(zhì)量發(fā)展，以探索“互聯(lián)網(wǎng)+交通基礎設施”的發(fā)展新思路。

“物聯(lián)網(wǎng)+”及“AI”理念已嵌入生產(chǎn)生活的各個領域，為各行業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進作用。在此背景下，相關的智能技術在公路施工建設中的應用也在不斷地涌現(xiàn)[4]。在保證公路工程建設質(zhì)量、提高建設效率的前提下，如何將新型的、前沿的信息化技術應用于公路建設工程施工及管理的過程中，以進一步提高施工過程中質(zhì)量控制的智能化與公路施工管理水平的科學性，成為目前公路建設工程信息技術及科學管理技術應用亟需解決的關鍵問題。

近年來，“公路養(yǎng)護施工智能化管控”應用越來越廣泛，依托物聯(lián)網(wǎng)技術高效地實現(xiàn)了公路工程建設過程中人、機、料、法、環(huán)多個維度信息數(shù)據(jù)共享、聯(lián)動管理。但由于沒有形成一個統(tǒng)一的建設標準及建設體系，其應用較為零星、局部、分散。故運用新型的互聯(lián)網(wǎng)通信技術對施工設備進行狀態(tài)監(jiān)測，并運用AI技術對數(shù)據(jù)進行實時處理，將“結(jié)果檢查”轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑^程決策”對于工程費用較高的瀝青路面施工尤為重要。

為此，有必要建立一個依托“物聯(lián)網(wǎng)+AI”技術的瀝青路面施工管控系統(tǒng)，其對推動各地瀝青路面動態(tài)質(zhì)量管控和施工過程決策具有深遠意義，對于提高瀝青路面施工質(zhì)量、延長路面使用壽命都具有積極的促進作用。

二、系統(tǒng)概述

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是計算機科學的一個分支，是使機器能夠具備一些通常需要人類思維、人類智能才能完成的復雜工作。隨著微電子技術的跨越式發(fā)展，人工智能的研究已經(jīng)逐步應用于系統(tǒng)監(jiān)測方面的各個領域。

本課題基于“物聯(lián)網(wǎng)+AI”的瀝青路面施工管控體系，主要由瀝青路面施工現(xiàn)場移動物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測、AI過程決策和瀝青路面施工管控服務實現(xiàn)。通過對拌和樓安裝智能管控終端，實現(xiàn)瀝青混合料拌和生產(chǎn)環(huán)節(jié)關鍵參數(shù)的實時采集、分析、預警、決策，提升瀝青混合料生產(chǎn)管理水平，降低生產(chǎn)質(zhì)量波動；通過對瀝青路面施工前場設備的物聯(lián)網(wǎng)信息化改造，實現(xiàn)對瀝青拌合料的運輸、攤鋪、碾壓全過程智能量化監(jiān)管。整個體系由瀝青拌和樓生產(chǎn)智能化數(shù)據(jù)采集及出料溫度監(jiān)測系統(tǒng)、瀝青混合料運輸質(zhì)量追溯監(jiān)測系統(tǒng)、瀝青混合料前場攤鋪智能監(jiān)測系統(tǒng)、瀝青混合料前場碾壓質(zhì)量智能監(jiān)測系統(tǒng)、施工現(xiàn)場可視化系統(tǒng)、AI物聯(lián)網(wǎng)智能管控終端組成。其整體系統(tǒng)架構圖如圖1所示。

三、功能模塊

瀝青路面施工管控主要對拌合樓、運輸、攤鋪及碾壓四個工序的各個環(huán)節(jié)關鍵點進行監(jiān)測分析。本課題以公路瀝青路面施工管控服務應用為抓手，全過程監(jiān)管公路養(yǎng)護中瀝青路面施工工作，提升管理效率，促進公路養(yǎng)護工作高質(zhì)量發(fā)展。即基于AI技術實現(xiàn)瀝青混合料拌和生產(chǎn)環(huán)節(jié)關鍵參數(shù)的實時采集、分析、預警、決策服務。通過對瀝青拌合料從運輸?shù)綖r青路面施工前場設備的物聯(lián)網(wǎng)信息化改造，實現(xiàn)對瀝青拌合料的運輸、攤鋪、碾壓全過程智能化監(jiān)管。同時，通過平臺和手機App將各種分析后的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)管部門及施工管理人員。

（一）瀝青拌和樓生產(chǎn)智能化數(shù)據(jù)采集及出料溫度監(jiān)測系統(tǒng)

瀝青混合料的后場拌合生產(chǎn)是控制瀝青路面施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。通過在瀝青拌合樓布設高精度溫度傳感器和AI物聯(lián)網(wǎng)智能管控終端對生產(chǎn)過程中的溫度數(shù)據(jù)進行實時采集，并實時傳輸至后臺數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行存儲、計算分析和智能反饋，實現(xiàn)瀝青混合料出料溫度實時控制。

（二）瀝青混合料運輸質(zhì)量追溯監(jiān)測系統(tǒng)

在瀝青運輸車輛上加高精度北斗+GPS融合定位和RFID標簽，可以實時捕獲車輛位置。在攤鋪過程中，運輸車輛與瀝青攤鋪機進行實時通訊，實現(xiàn)混合料與路面施工樁號的匹配，以及瀝青混合料全周期前后場匹配和溯源。

（三）瀝青混合料前場攤鋪智能監(jiān)測系統(tǒng)

通過在攤鋪斷面布置紅外傳感器，實時讀取整個攤鋪斷面的實時溫度數(shù)據(jù)，同時對攤鋪機行駛速度進行實時采集，實時傳輸至后臺數(shù)據(jù)中心。

（四）瀝青混合料前場碾壓質(zhì)量智能監(jiān)測系統(tǒng)

瀝青混合料前場碾壓關乎瀝青路面施工的最終質(zhì)量問題，通過對壓路機加高精度北斗+GPS融合定位，實時獲取壓路機碾壓速度和碾壓遍數(shù)碾壓。同時，通過紅外溫度傳感器獲取碾壓瀝青表面溫度。

（五）AI物聯(lián)網(wǎng)智能管控終端

攤鋪機和壓路機分別安裝AI物聯(lián)網(wǎng)智能管控終端，實時對采集的數(shù)據(jù)進行分析，并將分析的結(jié)果上傳至數(shù)據(jù)中心。

四、系統(tǒng)軟件

瀝青路面施工智能管控中主要車輛包括壓路機、攤鋪機、瀝青混合料運輸車三種車輛的全過程管控，整個系統(tǒng)軟件采用分層設計，主要包括系統(tǒng)展示層、應用服務層、AI分析處理層及硬件資源層組成。

硬件資源層主要由安裝在拌合樓、瀝青混合料運輸車、瀝青攤鋪機、瀝青壓路機上安裝的各種傳感器及供電系統(tǒng)控制組成，負責底層數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給AI分析處理層。

AI分析處理層負責對底層傳感器的數(shù)據(jù)進行深度分析，實現(xiàn)對各設備的監(jiān)測。①壓路機運行狀況實時動態(tài)監(jiān)測，包括壓路機運行速度、壓路機行駛加速度、壓路機轉(zhuǎn)彎角速度及角加速度、壓路機振動狀態(tài)、壓路機所處位置的混合料溫度、地面碾壓遍數(shù)；②攤鋪機運行狀況實時動態(tài)監(jiān)測，包括攤鋪機運行速度、攤鋪機變速監(jiān)測、攤鋪機突然轉(zhuǎn)彎監(jiān)測、混合料攤鋪溫度等；③瀝青混合料運輸車實時監(jiān)測，包括車輛速度、超速、超時、越界等；④拌合樓實時監(jiān)測，包括出料口瀝青混合料溫度，生產(chǎn)配合比、各檔熱料倉用量、礦粉用量、油石比、混合料級配、拌和樓生產(chǎn)周期、骨料加熱溫度、瀝青加熱溫度等。

應用服務層綜合處理底層數(shù)據(jù)進行存儲、計算分析和智能反饋，為頂層提供展示數(shù)據(jù)，為各種終端提供數(shù)據(jù)支撐及數(shù)據(jù)交互等。展示層根據(jù)用戶需求將各種數(shù)據(jù)以圖表、報警等方式進行展示。

五、數(shù)據(jù)分析

以瀝青路面碾壓為例，采用BOMAG雙鋼輪壓路機進行數(shù)據(jù)采集并分析，壓路機安裝紅外傳感器用于實時采集地面瀝青混合料溫度；安裝高精度北斗+GPS實時獲取壓力機位置；安裝九軸傳感器，獲取雙鋼輪振動數(shù)據(jù)及駕駛員誤操作監(jiān)測；安裝高清攝像頭對采集數(shù)據(jù)及分析結(jié)果進行雙向驗證。選取壓路機部分數(shù)據(jù)，即加速度、角速度、速度、瀝青混合料溫度，如圖2所示。

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40—2004）要求，碾壓過程中其瀝青混合料溫度不低于75℃，且全過程瀝青混合料溫度不能高于200℃。雙鋼輪壓路機應以慢而均勻的速度對瀝青混合料進行碾壓，雙鋼輪壓路機的碾壓速度應滿足2～6km/h，最大不超過6km/h；雙鋼輪壓路機的碾壓路線及碾壓方向不應突然改變，否則容易導致瀝青混合料推移、鼓包；碾壓區(qū)的長度應大體穩(wěn)定，兩端的折返位置應隨攤鋪機前進而推進，橫向不得在相同的斷面上。

如圖2所示，壓路機加速度曲線圖中紅圈處，短時間出現(xiàn)加速現(xiàn)象，同時其方向也出現(xiàn)持續(xù)變化，AI智能管控終端給出結(jié)論為：壓路機迅速減速后快速掉頭，由于減速過快，雙鋼輪壓路機的質(zhì)量非常大，碾壓局部溫度超過200℃，且掉頭后速度曲線可看出壓路機車速短時間內(nèi)超過了6km/h，本時間段瀝青混合料有推移或鼓包風險。該分析結(jié)果通過與高清攝像頭進行比對，與實際情況完全一致。

六、結(jié)語

本文引入時下先進的控制方法，即“物聯(lián)網(wǎng)+AI”，對瀝青路面施工管控關鍵技術提出了切實可行的控制方法，通過對拌合樓、運輸、攤鋪及碾壓四個工序中各個環(huán)節(jié)的瀝青混合物進行溫度監(jiān)測，保障整個過程施工溫度符合規(guī)范要求；通過對攤鋪及碾壓過程采集其速度、加速度、轉(zhuǎn)向速度、振動等數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，保障整個過程施工人員沒有誤操作。對施工過程實現(xiàn)全生命周期在線、留痕可溯、監(jiān)督預警，對提高瀝青路面施工質(zhì)量、延長路面使用壽命都具有積極的促進作用。

參考文獻

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[3]交通運輸部關于印發(fā)《公路工程建設標準管理辦法》的通知[J].中華人民共和國國務院公報，2020（21）：78-80.

[4]饒艦.新一代信息技術與公路工程建設管理融合應用研究[J].公路，2022，67（12）：245-252.

作者單位：杭州市綜合交通運輸研究中心