瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及其在高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

段美棟，張澤東，趙 凱，孫 強(qiáng)

（1.山東高速股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2. 濟(jì)南市第二公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 濟(jì)南 271100；3.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

引言

施工行為不規(guī)范、質(zhì)量控制不標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)控效果不得力和執(zhí)行力不足已成路面建設(shè)領(lǐng)域通病，也是路面過(guò)早出現(xiàn)病害的根源。2011年交通部印發(fā)《高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)實(shí)施方案》，旨在解決這一問(wèn)題。大量工程實(shí)踐表明，混合料拌和是瀝青路面施工的核心環(huán)節(jié)，拌和環(huán)節(jié)的過(guò)大波動(dòng)會(huì)直接導(dǎo)致混合料配比失穩(wěn)，造成路面的內(nèi)在質(zhì)量受到致命影響，因此實(shí)現(xiàn)路面施工的標(biāo)準(zhǔn)化，首先要實(shí)現(xiàn)拌合環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化控制[1-3]。

重視瀝青路面施工質(zhì)量的過(guò)程控制，是公路瀝青路面質(zhì)量大幅度提升的重要舉措。目前我國(guó)一般采用“事前檢驗(yàn)、事后把關(guān)”的方法對(duì)瀝青路面施工質(zhì)量進(jìn)行管理，這僅僅起到一個(gè)記錄和事后反省作用，出現(xiàn)質(zhì)量缺陷時(shí)，不能識(shí)別是哪個(gè)施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題，給分析問(wèn)題原因和后期整改造成極大困難。因此如何實(shí)時(shí)對(duì)施工過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行反饋、處理是施工中急需解決的問(wèn)題[4-5]。Fares Beainy[6]等研究了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瀝青壓實(shí)度質(zhì)量控制方法，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)控制施工過(guò)程壓實(shí)質(zhì)量；趙子豪[7]提出采用移動(dòng)計(jì)算機(jī)終端和施工過(guò)程智能監(jiān)控系統(tǒng)組成道路施工智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控瀝青拌合站、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)的參數(shù)；陳艷[8]提出采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)瀝青拌合站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整拌合站生產(chǎn)參數(shù)。

1 瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混合料生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線監(jiān)控、出廠數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析預(yù)警等功能，解決混合料生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)減少瀝青用量偷工減料、私自改變配合比、出廠數(shù)據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)造假、混合料出廠覆蓋不嚴(yán)等問(wèn)題，加強(qiáng)混合料生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)管。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)信息管理技術(shù)減少管理過(guò)程的人工干預(yù)及數(shù)據(jù)造假，提升混合料生產(chǎn)質(zhì)量，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工程質(zhì)量管理的不足。并且能夠全面升級(jí)公路工程建設(shè)與服務(wù)水平，打造品質(zhì)工程。

2 瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)組成及其功能

2.1 系統(tǒng)概述

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集瀝青拌合站生產(chǎn)信息，經(jīng)云端服務(wù)器分析處理后在網(wǎng)頁(yè)上展示，拌和監(jiān)控指標(biāo)見(jiàn)表1。該系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)分析預(yù)警機(jī)制、歷史查詢(xún)功能、數(shù)據(jù)圖表化功能等，后臺(tái)技術(shù)人員可以對(duì)瀝青混合料各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行追溯、分析，并及時(shí)將報(bào)警信息通知給現(xiàn)場(chǎng)管理人員。

表1 拌和監(jiān)控指標(biāo)

2.2 系統(tǒng)原理

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。（1）利用瀝青混凝土拌合站動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及相關(guān)軟件，通過(guò)拌合站本身的計(jì)量系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。（2）監(jiān)控的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)或有線網(wǎng)上傳至具有獨(dú)立IP的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)，便于后續(xù)查看和統(tǒng)計(jì)。（3）系統(tǒng)配備智能預(yù)警系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)可以及時(shí)通過(guò)短信方式通知現(xiàn)場(chǎng)施工人員。

圖1 瀝青拌合樓管控結(jié)構(gòu)

2.3 軟硬件要求

2.3.1 硬件設(shè)備

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)需要在拌合站控制室安裝數(shù)據(jù)采集終端，通過(guò)網(wǎng)口與拌合站控制室電腦連接，數(shù)據(jù)采集終端，見(jiàn)圖2。拌合站控制電腦需安裝與數(shù)據(jù)采集終端相匹配的軟件，拌合站生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至云端數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖2 數(shù)據(jù)采集終端

2.3.2 軟件設(shè)計(jì)

瀝青拌合站智能監(jiān)控系統(tǒng)需要在拌合站控制電腦安裝相匹配軟件，具備實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史查詢(xún)、預(yù)警管理和生產(chǎn)報(bào)表等四大功能板塊，功能介紹見(jiàn)表2。

表2 拌合站功能模塊

3 高速公路養(yǎng)護(hù)工程應(yīng)用

為進(jìn)一步提高山東省高速公路養(yǎng)護(hù)工程的施工質(zhì)量，打造養(yǎng)護(hù)品質(zhì)工程，對(duì)2019年度養(yǎng)護(hù)維修專(zhuān)項(xiàng)工程所用的8個(gè)瀝青拌合站安裝了質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)采集各瀝青拌合站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.1 系統(tǒng)界面

監(jiān)控系統(tǒng)首頁(yè)見(jiàn)圖3。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)首頁(yè)

3.2 系統(tǒng)功能展示

3.2.1 生產(chǎn)狀態(tài)

系統(tǒng)可顯示最近5 d的數(shù)據(jù)以及累計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖4。

圖4 生產(chǎn)狀態(tài)

3.2.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控

可以根據(jù)拌合站、級(jí)配類(lèi)型、日期、類(lèi)型選擇查詢(xún)所需要的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)中查看按鈕，在此處可以查看每盤(pán)料油石比、溫度、級(jí)配曲線，見(jiàn)圖5。

圖5 實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢(xún)

3.2.3 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)拌合站歷史生產(chǎn)數(shù)量，可以查詢(xún)?nèi)我鈺r(shí)間段的生產(chǎn)總體情況，見(jiàn)圖6。

圖6 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.2.4 圖標(biāo)統(tǒng)計(jì)

可以根據(jù)日期、類(lèi)型、拌合站查詢(xún)產(chǎn)量、溫度、油石比、級(jí)配、用料，見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

圖8 油石比、溫度、級(jí)配統(tǒng)計(jì)

3.2.5 全天生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)

對(duì)拌合站生產(chǎn)數(shù)據(jù)（骨料用量、瀝青用量、粉料用量、外加劑用量、各類(lèi)溫度）進(jìn)行采集、判斷、預(yù)警、展示，見(jiàn)圖9～圖11。即對(duì)每一盤(pán)混合料的生產(chǎn)配合比參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)分析比較，判定計(jì)量的超限情況，達(dá)到對(duì)混合料生產(chǎn)質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的目的。

圖9 全天油石比走勢(shì)

圖10 全天溫度走勢(shì)

圖11 內(nèi)摻波動(dòng)走勢(shì)

3.2.6 報(bào)警數(shù)據(jù)監(jiān)控

可以根據(jù)拌合站、級(jí)配類(lèi)型、日期、類(lèi)型進(jìn)行報(bào)警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)頁(yè)面直觀反映報(bào)警原因，點(diǎn)擊查看，直觀查看超限原因，見(jiàn)圖12。在混合料拌和時(shí)，系統(tǒng)并不是每盤(pán)料出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)立即報(bào)警，而是連續(xù)幾盤(pán)料出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制，這樣有效避免了偶然因素造成的影響。分級(jí)預(yù)警機(jī)制是系統(tǒng)根據(jù)人員不同等級(jí)設(shè)置三級(jí)預(yù)警，避免了短信對(duì)高層管理人員的工作干擾。

圖12 超限圖表

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)養(yǎng)護(hù)工程用瀝青拌合站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)施采集和分析發(fā)現(xiàn)，2019年度養(yǎng)護(hù)維修專(zhuān)項(xiàng)工程的瀝青混合料總體穩(wěn)定，質(zhì)量可控。但受原材料、瀝青拌合站計(jì)量系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等方面的波動(dòng)影響，拌合站生產(chǎn)數(shù)據(jù)（礦料級(jí)配、油石比、出料溫度）有時(shí)會(huì)出現(xiàn)超規(guī)范范圍的情況。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，將該情況反饋給業(yè)主方、監(jiān)理方和施工方，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)分析和處理，有效保證了瀝青混合料自身的品質(zhì)和施工質(zhì)量。