ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ＡＮＤ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ 文章编号：１０００—０３３Ｘ（２０１７）０９—０１０３—０４ 沥青混凝土路面智能压实监控系统的设计与应用 曹亚东 。，朱志国 。，乐海淳 ，张丽丽 （１．上海大学上海城建建筑产业化研究中心，上海３．上海大学土木工程系，上海２０００７２；２．上海公路桥梁（集团）有限公司，上海２００４３３； ２００４４４；４．江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏南京２１００１７） 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。 关键词：沥青混凝土路面；智能压实系统；监控；压实度 中图分类号：Ｕ４１５．５２ 文献标志码：Ｂ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ ＣＡＯ Ｙａ—ｄｏｎｇ ’ 。ＺＨＵ Ｚｈｉ—ｇｕｏ ＇。，ＬＥ Ｈａｌ—ｃｈｕｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉ—ｌｉ （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） Ａｂｓｔｒａｃｔ：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． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ０ 引 目 在传统压实过程中，压实都是由操作人员把控， 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 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 。这些都是传统压实过 系统非常有必要＿７］。本文将针对沥青路面智能压实 收稿日期：２０１７一Ｏ１—１７ 基金项目：上海市科学技术委员会科研计划项目（１６ＤＺ１２０２０００） 作者简介：曹亚东（１９６卜），女，江西都昌人，教授级高级工程师，研究方向为道路工程技术。 １０３ 筑路机械与施工机械化 ２０１ ７年 第３４卷 系统进行分析与研究。 １‘找终端祭ｆｔ结ｆ！！Ｊ 口 ｌ 沥青路面压实监控系统 他机软件 １．１ 系统构架 ＧＰｓ接【１ｋ ｌ ｉＣ ｏ ＭＩ ＼∥ｒＯＭ ’ 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 。。 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 匦 捌 ≤ 作效率，满足施工中压实质量管控的需求；系统设 汁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 Ｊ、 ｝ｆ】服；’器接收镁块 点考虑；此外，还应具有可维护性、人性化、网络 ｌ刳２ 载米榘终端结构 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 １．１．３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。 实施工要求，采用１×１ ｍ单元格计算压路机的碾 豳豳豳 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 “。 同时，为了保证数据的安全性与町靠性，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“ 。 １．１．４ 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 Ｉ冬ｊ １ 系统结构 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… ；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 １．１．１ 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。 １．１．２ 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。 台，通过定期获取压实计算中心生成的成果数据， 以（）ＧＣ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。 １．１．５ 操作中心 ２４ ｈ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。 １Ｏ４ 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。 Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ＡＮＤ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ 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 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、（ Ｉ （）ＮＡＳＳ系统，定位精确 度达到厘米级。 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【訇操作 （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 功能和智能分析查看功能。 １．２关键控制指标 工作，按照规定速度、路线进行适当碾压，防止漏 压、过压。 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 。压实 过程中初压、复压、终压的相关控制指标见表１。 表Ｉ压实相关指标 指标 初 复压 终 （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。 实温度ｔ 压实速度（ｋｉｌｌ・ｈ 压实遍数 １ １（１藏｛ｉ １ ２［１～１ ： ～４ ≥７Ｏ ３～５ ：≥２ ３实例应用与结果分析 ３．１ 施工方案 ｌ～２ ｔ～６ 某工程沥青路面试验段结构层厚度为ｌ８ ｃｍ． ２ 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 由下至上分别为：改性乳化沥青下封层、８．０ ｃｍ Ｓｕｐ一２５沥青下面层、６．０ ＣＦＩ１ Ｓｕｐ一２０沥青中面层， ４．０ ｃｍ ＳＭＡ ｌ３沥青上面层。沥青路面上面层 ＳＭＡ一１３沥青材料采用ＳＢＳ改性沥青，中面层Ｓｕｐ一 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 ２０沥青材料采用ＳＢＳ改性沥青，下面层Ｓｕｐ一２５采 用７０号道路石油沥青，路面结构如图４所示。 细粒』℃沥占混凝上（ＳＭＡ．Ｉ３）４ ｃｎ１ Ｌ化 巧｛ 磊｛｝ ｉ‘层０ ４ Ｌ・ｎ１ 精度定位主机、温度传感器、压实传感器与压实引导 示屏组成．如图３所示。 。ｌ。粒』℃湖占濉；疑上（Ｓｕｐ一２０）６ ｔｉｎ 乳化沥 层０ ４ Ｌ・ｎ１。。 粒Ｊ℃沥占泓凝上（Ｓｕｐ一２５】８ ｃｎｌ Ｅ ｝定位火线 厂＿蛮引导娃示群 ：１ ｊ ｔ Ｉ －高精ｆ坚定位 机 Ｌ．ｉ二． ．・＝：． 【 【１ 咱１ 构 为了证明智能压实监控系统的正确性，首先在 樊传感器 温度传感器 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 ：｛硬件设备组成 （１）ＧＮＳＳ天线的主要用途是接收来自北斗、 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。 ３．２数据结果分析 ＧＰｓ、ＧＩ （）ＮＡＳＳ等卫星发出的信号 ．具有体积 小、携带方便、便于安装等优点。町以吸附在铁质载 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 根据《公路沥青路面施工技术规范》（ＪＴＧ １０５ 筑路机械与施工机械化 ２０１ ７年 第３４卷 Ｆ４Ｏ一２（）（］４）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 检测日期 ５月１３日 ５月２０日 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。 表２ 中面层改性沥青混合料Ｓｕ￣２Ｏ旋转压实体积性质 沥青用量／ ４．３２ ４．４０ 毛体积相对密度 ２．４５４ ２．４５ｏ 理论最大相对密度 ２．５４９ ２．５４９ 空隙率／ ３．７ ３．９ 矿料间隙率／ １２．８ １２．９ 饱和度／％ ６８．８ ６９．１ 规范要求 ３～５ 表３ 中面层改性沥青混合料Ｓｕｐ－２０马歇尔试验结果 １３±１ ６５～７５ 检测日期 沥青用量／ ５月１３日 ５月２０日 ４．３２ ４．４０ 毛体积相对密度 理论最大相对密度 空隙率／ ２．４３１ ２．４２４ ２．５４９ ２．５４９ ４．６ ４．９ 矿料间隙率／ １３．５ １３．７ 饱和度／ ７０．３ ７０．７ 稳定度／ｋＮ 流值／ｏ．１ ｍｍ １３．４９ ｌ３．３１ ３３．６ ３５．２ 规范要求 ４～６ 表４上面层改性沥青混合料ＳＭＡ一１３马歇尔试验结果 ≥８ ２０～５０ 级配类型 生产比例 调整后比例 规范要求 油石比／ ５．９４ ５．９３ 毛体积相对密度 理论最大相对密度 空隙率／ ２．５２５ ２．５２７ ２．６２７ ２．６２７ ３．９ ３．８ ３～４．５ 矿料间隙率／ １ ７．５ ｌ７．４ ≥１７．０ 饱和度／ ７７．８ ７８．１ ７５～８５ 稳定度／ｋＮ 流值／０．１ ｍｍ ８．８３ ８．９０ ≥６ ３７．８ ３８．２ ２Ｏ～５Ｏ ［４］ 陈钊．沥青混合料摊铺和压实过程的质量控制［Ｊ］．筑路机 ４ 结 语 （１）沥青路面智能压实控制系统能够实时输出 械与施工机械化，２００８，２５（１１）：４８—５０． ［５］朱伟敏，高雁北，岳建平．沥青路面压实度的控制ＥＪ］．筑路机 械与施工机械化，２００５，２２（１２）：４９—５１． 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。 ［６］张毅．控制高速公路沥青混凝土路面压实质量的措施［Ｊ］． 公路，２００７（１ｏ）：１ｌ９—１２２． ［７］李冰，贺尚红，吴运新，等．沥青混凝土路面施工机群智能调 （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 度与监控系统ＥＪ］．筑路机械与施工机械化，２００３，２０（６）：２９ ３１． ［８］陆永明．中海达智能压实管理系统及其应用口］．测绘通报， ２Ｏ１４（１２）：ｌ２９—１３Ｏ． 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。 参考文献： ［１］ 刘文杰．我国路面发展现状［Ｊ］．中国公路，２Ｏ１６（７）：７０—７１． ［９］方卫华．路面压实质量实时监控系统研究［ｊ］．筑路机械与施 工机械化，２０１４，３１（１０）：５１ ５４． ［１Ｏ］奉天和．基于Ｊ２ＥＥ技术的水电企业分布式管理信息系统设 计与实现［Ｄ］．西安：电子科技大学，２００９． ［１１］王洪科．监狱安防监控集成系统的设计与实现［Ｄ３．南京：南 京理工大学，２０１２． ［１２］ 高希敏．沥青混凝土路面组合式碾压实施措施及现场质量控 制［Ｊ］．筑路机械与施工机械化，２０１６，３３（４）：３２—３６． ［１３］ 赵晓林，周柏贾．基于ＧＮＳＳ技术的地震应急系统和救援装 ［２］ 王国锋．沥青混凝土路面早期破坏的原因及修补方法ＥＪ］．筑 路机械与施工机械化，２Ｏｌ１，２８（５）：５９—６１． ［３］ 刘立斌，李德彬，刘相儒．重载干线公路沥青路面常见病害及 其养护［Ｊ］．筑路机械与施工机械化，２０１４，３１（１０）：６９—７１． 备建设［Ｊ］．中国科技资源导刊，２Ｏｌ０，４２（２）：７４ ７８． ［责任编辑：杜敏浩］ １０６
