基于車聯網技術的路面建設質量實時監控系統的研發

魏力 閆世偉 嚴小平

【摘要】為提高道路路面建設管理水平，研究開發了基于車聯網的路面建設質量實時監控系統。該系統實時監控系統，以車載主機為主體，及時將各傳感器的數據進行上傳，中心數據服務器根據接收到的數據參數，在電腦監控平臺上直接可以看到施工車輛的位置、工作狀態。成功實現了路面建設質量由低效率的人工事后檢測向實時監測、全過程控制的突破，大大提高了檢測效率及監控水平，對提高管理效率，提高瀝青路面建設質量將產生積極深遠的影響。

【關鍵詞】車聯網；質量監控系統；公路施工

1 研究背景及意義

為提高道路路面建設管理水平和效率，提高路面建設質量，本文研究開發了基于車聯網的路面施工質量實時監控系統。目前路面施工建設階段質量管理存在的主要問題是過于依賴最終質量檢測，無法突出"過程要素、根源管理"，沒有實現施工質量的"全過程控制"，特別是對路面壓實做不到過程控制。壓實是路面建設最重要的環節，路面各種性能（包括抗裂、抗車轍、抗疲勞、抗水破壞等）直接與壓實有密切關系。而目前路面壓實雖然規定了較詳細的施工工藝，但由于靠人工監控碾壓遍數，導致碾壓設備很難真正按照設計規定實現預定的碾壓工藝，碾壓遍數難以確定，因此嚴重影響了路面的質量。

針對上述情況，本文通過車聯網技術，在國內外首次實現了對生產路面壓實質量實時的過程監控，大大提高了檢測效率，節約了人工檢測成本。根據車聯網產業技術創新戰略聯盟的定義，車聯網是以車內網、車際網和車載移動互聯網為基礎，按照約定的通信協議和數據交互標準，在車-X（X：車、路、行人及互聯網等）之間，進行無線通訊和信息交換的大系統網絡，是能夠實現智能化交通管理、智能動態信息服務和車輛智能化控制的一體化網絡，是物聯網技術在交通系統領域的典型應用。

2 系統設計

數據處理中心是實現系統業務功能和支持數據發布的核心組成部分，其主要職責包括"接收、處理、存儲、管理、監測"等，由數據處理模塊與下層技術支撐平臺（包括軟件開發環境、GIS服務、云計算、通訊接口等）組成。其由通訊模塊、計算模塊、業務接入模塊、存儲模塊等模塊組成，分別實現通訊、數據計算、數據存儲、對外發布接口等核心功能。

系統主要是對水泥穩定碎石、瀝青混合料碾壓過程進行監控，以提高碾壓質量。模塊主要包括如下幾個部分：

1）碾壓定位數據采集模塊。采用GPS定位數據可以得到壓路機碾壓數據，定位部分采用車載衛星定位設備，用于準確定位設備所在位置，尤其是移動工作類設備可通過油耗儀和GNSS的軌跡描繪，化成軌跡及鋪蓋面積圖直觀的判斷機械設備工作狀況。在定位部分，選擇高精度雙星GPS芯片，可接收GPS+GLONASS衛星信號；通過接收 Q-Base 參考站差分信息，可以實現 1.5米的分米級高精度定位。

2）碾壓振動數據采集模塊。施工車輛工作時的狀態，強振開關，弱振開關，功能可擴展為使用3軸加速度傳感器進行振動激振力檢測，根據不同機械設備的振動指標參數和路基路面的土壤顆粒的不同，看是否達到路面壓實度要求。

3）碾壓溫度數據采集模塊。在施工車輛安裝紅外溫度傳感器，進行無接觸式測量溫度（測量溫度0-300°、1秒鐘監測3次，），經過車載北斗主機的無線數據模塊傳輸至數據中心，在監控平臺上實時顯示瀝青混合料的溫度，配合車輛定位的行駛軌跡，達到監測路面攤鋪瀝青溫度的目的。

4）碾壓數據無線傳輸模塊。通過數據傳輸單元（DTU）無線數據通信模塊，將壓路機中的數據通過通用分組無線服務技術（GPRS）傳輸到處理服務器中，以便服務器對采集到的數據進行處理。移動數據采集系統以控制現場設備進行現場數據采集，數據傳送網絡根據數據采集點的現場條件靈活選擇各種網絡，支持多信號通道的移動數據采集終端實現數據的采集，通過數據處理模塊、數據分析模塊、數據顯示模塊對采集到的數據進行處理、展示，并通過各信號通道進行數據的發布，本系統支持各信號通道之間的數據傳輸，包括中心數據模塊、服務器數據采集中間模塊和嵌入式數據采集控制終端。

5）數據處理模塊。數據處理模塊包括以下功能。

（1）基于GPS定位的壓路機運行軌跡計算模塊，計算出每臺壓路機的運行軌跡，如圖2所示。

（2）每臺壓路機運行軌跡的圖形化處理。通過軌跡圖形系統將壓路機運行軌跡以圖形方式表現出來，以便直觀展示壓路機碾壓的實時狀況。

（3）路面壓實度實時統計分析。根據壓路機運行軌跡的狀況，判斷當前路面是否出現漏壓、過壓等現象。例如碾壓遍數：在監控平臺軟件上，使用經過轉換WGS84坐標的路基路面地圖，依據施工樁號，將施工的路面任意劃定的矩形欄，指定一臺施工車輛，在欄內的GPS軌跡累計里程，除以矩形欄的周長得出施工車輛來回的趟數。后以報表的方式導出。

（4）網絡數據傳送。通過網絡實時將以上數據處理結果傳送給項目管理人員，便于其及時準確決策。

6）項目管理部分

項目管理部分是用于項目管理、任務下達、任務反饋、質量檢驗的信息系統，其由總部數據管理層、項目部項目管理層、現場任務管理及車載數據監管層和車載移動終端監控層構成（見項目管理軟件結構圖），以實現自上而下的數據監控、管理和自下而上的數據上傳，以實現項目現場施工機械設備的智能化管理和監控，減少項目實施風險。從數據傳輸結構上，本系統又分為車載移動終端、車載移動服務站、項目部數據管理中心和全局數據匯聚中心四級結構。

3 本系統的特點

1）性能卓越。 該設備具有高度的自動化水平，監測的準確度高，數據豐富，傳輸效率高。

2）安全性、穩定性高。設備本身具有極高的安全與穩定性。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，對施工現場干擾源、周圍環境無特殊要求，環境適應性強。內部電路高度集成化，器件故障率最小化，運行可靠。

3）操作簡單方便。系統所支持的軟件使用全中文菜單，具有良好的操作界面。配有無線監測分站一體化結構設計，安裝方便快捷。

4）豐富的輔助功能。該系統擁有查詢和報表輸出、打印功能簡單易操作；施工設備運動軌跡進行查詢；可按要求輸出各種信息報表；可遠程查看實時情況；同時可以顯示到現場LED顯示屏上。

4 結語

針對路基路面施工現場壓路機工作質量控制存在的問題，采用壓路機上安裝本項目研發的基于車聯網的車載移動終端遠程監控系統，再結合振動頻率專用傳感器，根據施工項目設定作業時間、行駛速度、振動頻率等參數，通過移動工作基站主機實時對各施工壓路機進行監控與管理，在現有路面施工質量控制技術的基礎上，實現由效率低的事后檢測向實時控制監測的突破。其對于提高瀝青路面質量，提高管理效率，節約建設資金，保證施工過程監測的真實性及可靠性，提高路面質量評價客觀性等方面將產生深遠的影響。實現了公路工程質量監控數據化，專業化的管理，并為各項施工決策提供可靠的依據。

參考文獻：

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