瀝青混凝土路面智能壓實監控系統的設計與應用

曹亞東!，朱志國，樂海淳，張麗麗

(1.上海大學上海城建建筑產業化研究中心，上海 200072;2.上海公路橋梁(集團)有限公司，上海 200433;3.上海大學土木工程系，上海 200444;4.江蘇省交通科學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監控系統的設計與應用

曹亞東!1，2，朱志國1，3，樂海淳2，張麗麗4

(1.上海大學上海城建建筑產業化研究中心，上海 200072;2.上海公路橋梁(集團)有限公司，上海 200433;3.上海大學土木工程系，上海 200444;4.江蘇省交通科學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度，保證路面質量，降低養護成本，設計一種基于瀝青混凝土路面的智能壓實監控系統。該系統能夠對壓實過程進行實時監控，及時反映混合料的壓實質量，將碾壓過程中的壓實遍數、溫度、軌跡等關鍵數據顯示在操作面板上，引導駕駛人員按照規定進行施工作業。使用結果表明，該系統能夠在瀝青混凝土路面壓實過程中起到重要作用。

瀝青混凝土路面;智能壓實系統;監控;壓實度

1．1 系統構架

瀝青路面智能壓實監控系統的建設采用當前技術成熟、先進和符合發展趨勢的設備和系統［8］。系統選用分布式結構設計，可以實現分階段建設或者擴容;整個系統結構設計簡單易懂，可提高工作效率，滿足施工中壓實質量管控的需求;系統設計必須符合相關設計規范及施工工藝的管理要求，在達到這些條件后，設備的性能與價格應該重點考慮;此外，還應具有可維護性、人性化、網絡化、高效性等特點。

瀝青路面智能壓實監控系統的結構如圖1所示，可以明確看出，系統主要通過車載采集終端、壓實業務服務中心、壓實計算服務中心、監控中心等對路面壓實過程進行動態監控。

圖1 系統結構

1．1．1 車載采集終端

車載采集終端模塊主要負責獲得和提取智能壓實監控系統的數據源。它能夠采集安裝在壓路機上的傳感器接收到的數據，也可以采集GPS中的相關數據;壓路機把壓實與溫度傳感器數據通過3G等無線網絡實時傳送給系統服務器，并按照一定的格式進行封裝，然后發送給應用服務器。車載終端的整體結構如圖2所示。

1．1．2 壓實業務服務中心

壓實業務服務中心部署在穩定的UPS環境中，24 h工作，實時接收所有來自壓路機采集終端的數據，并且對數據進行處理和備份，同時保存工程的其他施工信息，包括工程標段、用戶、壓路機等的基本信息。

圖2 車載采集終端結構

1．1．3 壓實計算中心

壓實計算中心在整個平臺中起著關鍵的作用，是壓實業務的實時計算中心。它主要負責從壓實業務服務器獲取壓路機壓實過程所有數據，并根據壓實施工要求，采用1×1 m單元格計算壓路機的碾壓區域，同時基于單元格計算壓實遍數、軌跡、層厚、高程、CMV(壓實計值)、壓實度等信息，并生成計算結果，以便用戶進行壓實成果數據的查詢瀏覽［9］。

同時，為了保證數據的安全性與可靠性，原始數據采用文件數據庫SQLite和文本數據雙備份機制，在數據通訊效率提高的同時，系統運行過程中的可靠性與安全性也能夠得到極大提高［10］。

1．1．4 監控與應用中心

監控客戶端是壓實計算中心的客戶端操作軟件，采用C/S模式與壓實計算中心進行交流。它建立了統一的消息體系，在各壓實計算中心和監控客戶端的響應之間建立起一座互連互通的橋梁［11］;并制定了統一的接口標準，每一個監控客戶端按照這個接口，通過應用服務器與中心平臺進行信息交流、互動以及控制。

應用中心是整個工程壓實成果展示的統一平臺，通過定期獲取壓實計算中心生成的成果數據，以OGC服務形式對外發布，供不同用戶實時了解整個工程的施工進度。同時，它也是壓路機采集終端數據接入口，通過與DTU模塊對接，實時獲取原始數據。

1．1．5 操作中心

操作中心的主要作用是支持管理員、操作員對壓實成果的訪問、操作以及查看權限范圍內路面的壓實圖像及相關系統應用功能。

操作中心應該具有直觀、友好、簡潔的中文人機交互界面，支持自定義主界面，支持多屏幕同時顯示，支持面板動態加載，支持自動升級，并且能反映自身的運行情況，對正常、報警、故障等狀態給出指示，易于修改、擴充和二次開發，支持電子地圖操作功能和智能分析查看功能。

1．2 關鍵控制指標

瀝青路面智能壓實監控系統的主要目的是監控壓實過程中各個環節的數據變化，從而控制路面壓實效果，使其質量在規范規定的范圍之內［12］。壓實過程中初壓、復壓、終壓的相關控制指標見表1。

表1 壓實相關指標

2 系統實施方案

本工程的智能壓實質量控制管理系統集成北斗衛星高精度定位技術、無線通訊技術、傳感器、大數據分析處理技術于一體，可實現對碾壓過程實時、連續、可視化的引導與管理，業主、施工單位、監理單位、壓路機駕駛員能夠及時掌握路面碾壓信息，實現有效控制與管理。硬件設備主要由GNSS天線、高精度定位主機、溫度傳感器、壓實傳感器與壓實引導顯示屏組成，如圖3所示。

圖3 硬件設備組成

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

(2)高精度定位主機專門為工程機械施工而設計，在環境惡劣、振動比較強烈等情況下都能夠很好適應，支持GPS、北斗、GLONASS系統，定位精確度達到厘米級。

(3)當壓路機工作時，壓路機駕駛員可根據壓實引導顯示屏顯示的壓實圖形有規律地進行壓實工作，按照規定速度、路線進行適當碾壓，防止漏壓、過壓。

(4)壓實傳感器安裝在壓路機鋼輪上面，能夠實時檢測震動頻率與振幅，并且將探測到的路面壓實實時數據反饋給主機。

(5)溫度傳感器的作用是實時檢測壓實路面的溫度，并及時反饋到平板顯示屏上，同時設定預警、報警功能，從而有效地提醒操作人員。

3 實例應用與結果分析

3．1 施工方案

某工程瀝青路面試驗段結構層厚度為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號道路石油瀝青，路面結構如圖4所示。

為了證明智能壓實監控系統的正確性，首先在壓路機上安裝智能壓實監控系統硬件，連接好無線網絡，檢查系統可行性。在壓實過程中按照智能壓實監控系統里面預先設定的壓實信息(如設定軌跡、遍數、溫度)進行自動采集，在所有施工都結束后，按照規范的要求對路面進行質量檢測。

3．2 數據結果分析

根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)中的檢測方法，得到中面層、上面層的試驗結果，如表2～4所示。從表2～4可以看出，裝有智能壓實監控系統的壓路機壓實質量檢測結果滿足規范要求。

表2 中面層改性瀝青混合料Sup-20旋轉壓實體積性質

表3 中面層改性瀝青混合料Sup-20馬歇爾試驗結果

表4 上面層改性瀝青混合料SMA-13馬歇爾試驗結果

4 結 語

(1)瀝青路面智能壓實控制系統能夠實時輸出壓實軌跡、厚度、速度和壓實遍數等壓實參數數據，便于引導駕駛員壓實作業，提高檢測合格率，縮短檢測周期。

(2)利用智能壓實監控系統可以及時發現壓實度不達標的區域，預防過壓或欠壓，能夠有效保證壓實度，降低返工概率，減少資源浪費。

(3)在壓實過程中，機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，從而實現降低成本、增加利潤的目的。

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

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

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［8］ 陸永明．中海達智能壓實管理系統及其應用［J］．測繪通報，2014(12):129-130．

［9］ 方衛華．路面壓實質量實時監控系統研究［J］．筑路機械與施工機械化，2014，31(10):51-54．

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［11］ 王洪科．監獄安防監控集成系統的設計與實現［D］．南京:南京理工大學，2012．

［12］ 高希敏．瀝青混凝土路面組合式碾壓實施措施及現場質量控制［J］．筑路機械與施工機械化，2016，33(4):32-36．

［13］ 趙曉林，周柏賈．基于GNSS技術的地震應急系統和救援裝備建設［J］．中國科技資源導刊，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

在傳統壓實過程中，壓實都是由操作人員把控，但工作時間越久，操作人員越疲憊，就會根據主觀想法進行操作，出現壓實軌跡混亂、壓實遍數混淆、壓實溫度變化較大等問題［1-6］。這些都是傳統壓實過程得不到嚴格控制而引起的。智能壓實監控系統具有實時顯示壓實遍數、軌跡、溫度以及預警功能等優點，能夠順利解決上述問題，對提高瀝青混凝土路面壓實效果有很大幫助。因此，為提高路面質量，減少早期破壞，加強壓實過程的監控，建立智能壓實監控系統非常有必要［7］。本文將針對瀝青路面智能壓實系統進行分析與研究。

1 瀝青路面壓實監控系統

2017-01-17

上海市科學技術委員會科研計劃項目(16DZ1202000)

曹亞東(1961-)，女，江西都昌人，教授級高級工程師，研究方向為道路工程技術。

［責任編輯:杜敏浩］