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沥青混凝土路面智能压实监控系统的设计与应用
2019年04月30日    阅读量:1424    新闻来源: 沥青路面  |  投稿

摘 要

为了提高沥青混凝土路面施工压实度,保证路面质量,降低养护成本,设计一种基于沥青混凝土路面的智能压实监控系统。该系统能够对压实过程进行实时监控,及时反映混合料的压实质量,将碾压过程中的压实遍数、温度、轨迹等关键数据显示在操作面板上,引导驾驶人员按照规定进行施工作业。使用结果表明,该系统能够在沥青混凝土路面压实过程中起到重要作用沥青网sinoasphalt.com

关键词

沥青混凝土路面 | 智能压实系统 | 监控 | 压实度

引言

在传统压实过程中,压实都是由操作人员把控,但工作时间越久,操作人员越疲惫,就会根据主观想法进行操作,出现压实轨迹混乱、压实遍数混淆、压实温度变化较大等问题[1-6]。这些都是传统压实过程得不到严格控制而引起的。智能压实监控系统具有实时显示压实遍数、轨迹、温度以及预警功能等优点,能够顺利解决上述问题,对提高沥青混凝土路面压实效果有很大帮助。因此,为提高路面质量,减少早期破坏,加强压实过程的监控,建立智能压实监控系统非常有必要[7]。本文将针对沥青路面智能压实系统进行分析与研究。

沥青路面压实监控系统

系统构架

沥青路面智能压实监控系统的建设采用当前技术成熟、先进和符合发展趋势的设备和系统[8]。系统选用分布式结构设计,可以实现分阶段建设或者扩容;整个系统结构设计简单易懂,可提高工作效率,满足施工中压实质量管控的需求;系统设计必须符合相关设计规范及施工工艺的管理要求,在达到这些条件后,设备的性能与价格应该重点考虑;此外,还应具有可维护性、人性化、网络化、高效性等特点。


沥青路面智能压实监控系统的结构如图1所示,可以明确看出,系统主要通过车载采集终端、压实业务服务中心、压实计算服务中心、监控中心等对路面压实过程进行动态监控。

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(1)车载采集终端

车载采集终端模块主要负责获得和提取智能压实监控系统的数据源。它能够采集安装在压路机上的传感器接收到的数据,也可以采集GPS中的相关数据;压路机把压实与温度传感器数据通过3G等无线网络实时传送给系统服务器,并按照一定的格式进行封装,然后发送给应用服务器。车载终端的整体结构如图2所示。


(2)压实业务服务中心

压实业务服务中心部署在稳定的UPS环境中,24h工作,实时接收所有来自压路机采集终端的数据,并且对数据进行处理和备份,同时保存工程的其他施工信息,包括工程标段、用户、压路机等的基本信息。


(3)压实计算中心

压实计算中心在整个平台中起着关键的作用,是压实业务的实时计算中心。它主要负责从压实业务服务器获取压路机压实过程所有数据,并根据压实施工要求,采用1×1m单元格计算压路机的碾压区域,同时基于单元格计算压实遍数、轨迹、层厚、高程、CMV(压实计值)、压实度等信息,并生成计算结果,以便用户进行压实成果数据的查询浏览[9]。


同时,为了保证数据的安全性与可靠性,原始数据采用文件数据库SQLite和文本数据双备份机制,在数据通讯效率提高的同时,系统运行过程中的可靠性与安全性也能够得到极大提高[10]。


(4)监控与应用中心

监控客户端是压实计算中心的客户端操作软件,采用C/S模式与压实计算中心进行交流。它建立了统一的消息体系,在各压实计算中心和监控客户端的响应之间建立起一座互连互通的桥梁[11];并制定了统一的接口标准,每一个监控客户端按照这个接口,通过应用服务器与中心平台进行信息交流、互动以及控制。


应用中心是整个工程压实成果展示的统一平台,通过定期获取压实计算中心生成的成果数据,以OGC服务形式对外发布,供不同用户实时了解整个工程的施工进度。同时,它也是压路机采集终端数据接入口,通过与DTU模块对接,实时获取原始数据。


(5)操作中心

操作中心的主要作用是支持管理员、操作员对压实成果的访问、操作以及查看权限范围内路面的压实图像及相关系统应用功能。


操作中心应该具有直观、友好、简洁的中文人机交互界面,支持自定义主界面,支持多屏幕同时显示,支持面板动态加载,支持自动升级,并且能反映自身的运行情况,对正常、报警、故障等状态给出指示,易于修改、扩充和二次开发,支持电子地图操作功能和智能分析查看功能。

关键控制指标

沥青路面智能压实监控系统的主要目的是监控压实过程中各个环节的数据变化,从而控制路面压实效果,使其质量在规范规定的范围之内[12]。压实过程中初压、复压、终压的相关控制指标见表1。

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系统实施方案

本工程的智能压实质量控制管理系统集成北斗卫星高精度定位技术、无线通讯技术、传感器、大数据分析处理技术于一体,可实现对碾压过程实时、连续、可视化的引导与管理,业主、施工单位、监理单位、压路机驾驶员能够及时掌握路面碾压信息,实现有效控制与管理。硬件设备主要由GNSS天线、高精度定位主机、温度传感器、压实传感器与压实引导显示屏组成,如图3所示。

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(1)GNSS天线的主要用途是接收来自北斗、GPS、GLONASS等卫星发出的信号[13],具有体积小、携带方便、便于安装等优点,可以吸附在铁质载体上面,定位效果更加精确。


(2)高精度定位主机专门为工程机械施工而设计,在环境恶劣、振动比较强烈等情况下都能够很好适应,支持GPS、北斗、GLONASS系统,定位精确度达到厘米级。

(3)当压路机工作时,压路机驾驶员可根据压实引导显示屏显示的压实图形有规律地进行压实工作,按照规定速度、路线进行适当碾压,防止漏压、过压。


(4)压实传感器安装在压路机钢轮上面,能够实时检测震动频率与振幅,并且将探测到的路面压实实时数据反馈给主机。


(5)温度传感器的作用是实时检测压实路面的温度,并及时反馈到平板显示屏上,同时设定预警、报警功能,从而有效地提醒操作人员。

实例应用与结果分析

施工方案

某工程沥青路面试验段结构层厚度为18cm,由下至上分别为:改性乳化沥青下封层、8.0cmSup-25沥青下面层、6.0cmSup-20沥青中面层,4.0cmSMA-13沥青上面层。沥青路面上面层SMA-13沥青材料采用SBS改性沥青,中面层Sup-20沥青材料采用SBS改性沥青,下面层Sup-25采用70号道路石油沥青,路面结构如图4所示。

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为了证明智能压实监控系统的正确性,首先在压路机上安装智能压实监控系统硬件,连接好无线网络,检查系统可行性。在压实过程中按照智能压实监控系统里面预先设定的压实信息(如设定轨迹、遍数、温度)进行自动采集,在所有施工都结束后,按照规范的要求对路面进行质量检测。

数据结果分析

根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004

)中的检测方法,得到中面层、上面层的试验结果,如表2~4所示。从表2~4可以看出,装有智能压实监控系统的压路机压实质量检测结果满足规范要求。

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结语

(1)沥青路面智能压实控制系统能够实时输出压实轨迹、厚度、速度和压实遍数等压实参数数据,便于引导驾驶员压实作业,提高检测合格率,缩短检测周期。


(2)利用智能压实监控系统可以及时发现压实度不达标的区域,预防过压或欠压,能够有效保证压实度,降低返工概率,减少资源浪费。


(3)在压实过程中,机械利用率得到大大提高,降低了能源消耗;减少人为失误,提高了工作效率,从而实现降低成本、增加利润的目的。

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标签:道路建设沥青混凝土
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