基于“物聯網+AI”技術的瀝青路面施工管控關鍵技術研究與應用

毛劍

摘要：“物聯網+”及“AI”理念已嵌入生產生活各個領域，研究基于“物聯網+AI”的瀝青路面施工管控關鍵技術，主要通過對拌和樓、攤鋪機、壓路機、運輸車嵌入AI智能管控終端，完成對瀝青施工中拌合、運輸、攤鋪、碾壓全過程的智能化監管，實現瀝青路面施工全域管控、實時過程決策、施工生命周期在線、監督預警及鋪裝質量的可追溯。實驗證明，該系統可顯著提高施工現場的決策能力和管理效率，無須人工干預，且已產品化，具有廣闊的市場前景。

關鍵詞：瀝青路面施工；AI；“物聯網+”

一、前言

近年來，我國交通基礎設施的建設如火如荼、蓬勃發展，各種公路施工建設的過程中，瀝青路面具有表面平整、行車舒適、耐磨、噪音小、養護維修簡便等特點，越來越多地被應用到各種等級的公路中[1]。黨的十九大提出的《交通強國建設綱要》中指出，大力發展智慧交通，推動大數據、互聯網、人工智能等新技術與交通行業深度融合[2]；同時交通運輸部緊緊圍繞“建好、管好、護好、運營好”，出臺《公路工程建設標準管理辦法》[3]等文件，采用信息化手段推動公路建設高質量發展，以探索“互聯網+交通基礎設施”的發展新思路。

“物聯網+”及“AI”理念已嵌入生產生活的各個領域，為各行業的發展起到了積極的促進作用。在此背景下，相關的智能技術在公路施工建設中的應用也在不斷地涌現[4]。在保證公路工程建設質量、提高建設效率的前提下，如何將新型的、前沿的信息化技術應用于公路建設工程施工及管理的過程中，以進一步提高施工過程中質量控制的智能化與公路施工管理水平的科學性，成為目前公路建設工程信息技術及科學管理技術應用亟需解決的關鍵問題。

近年來，“公路養護施工智能化管控”應用越來越廣泛，依托物聯網技術高效地實現了公路工程建設過程中人、機、料、法、環多個維度信息數據共享、聯動管理。但由于沒有形成一個統一的建設標準及建設體系，其應用較為零星、局部、分散。故運用新型的互聯網通信技術對施工設備進行狀態監測，并運用AI技術對數據進行實時處理，將“結果檢查”轉變為“過程決策”對于工程費用較高的瀝青路面施工尤為重要。

為此，有必要建立一個依托“物聯網+AI”技術的瀝青路面施工管控系統，其對推動各地瀝青路面動態質量管控和施工過程決策具有深遠意義，對于提高瀝青路面施工質量、延長路面使用壽命都具有積極的促進作用。

二、系統概述

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是計算機科學的一個分支，是使機器能夠具備一些通常需要人類思維、人類智能才能完成的復雜工作。隨著微電子技術的跨越式發展，人工智能的研究已經逐步應用于系統監測方面的各個領域。

本課題基于“物聯網+AI”的瀝青路面施工管控體系，主要由瀝青路面施工現場移動物聯網監測、AI過程決策和瀝青路面施工管控服務實現。通過對拌和樓安裝智能管控終端，實現瀝青混合料拌和生產環節關鍵參數的實時采集、分析、預警、決策，提升瀝青混合料生產管理水平，降低生產質量波動；通過對瀝青路面施工前場設備的物聯網信息化改造，實現對瀝青拌合料的運輸、攤鋪、碾壓全過程智能量化監管。整個體系由瀝青拌和樓生產智能化數據采集及出料溫度監測系統、瀝青混合料運輸質量追溯監測系統、瀝青混合料前場攤鋪智能監測系統、瀝青混合料前場碾壓質量智能監測系統、施工現場可視化系統、AI物聯網智能管控終端組成。其整體系統架構圖如圖1所示。

三、功能模塊

瀝青路面施工管控主要對拌合樓、運輸、攤鋪及碾壓四個工序的各個環節關鍵點進行監測分析。本課題以公路瀝青路面施工管控服務應用為抓手，全過程監管公路養護中瀝青路面施工工作，提升管理效率，促進公路養護工作高質量發展。即基于AI技術實現瀝青混合料拌和生產環節關鍵參數的實時采集、分析、預警、決策服務。通過對瀝青拌合料從運輸到瀝青路面施工前場設備的物聯網信息化改造，實現對瀝青拌合料的運輸、攤鋪、碾壓全過程智能化監管。同時，通過平臺和手機App將各種分析后的數據發送給監管部門及施工管理人員。

（一）瀝青拌和樓生產智能化數據采集及出料溫度監測系統

瀝青混合料的后場拌合生產是控制瀝青路面施工質量的重要環節。通過在瀝青拌合樓布設高精度溫度傳感器和AI物聯網智能管控終端對生產過程中的溫度數據進行實時采集，并實時傳輸至后臺數據中心。數據中心對生產數據進行存儲、計算分析和智能反饋，實現瀝青混合料出料溫度實時控制。

（二）瀝青混合料運輸質量追溯監測系統

在瀝青運輸車輛上加高精度北斗+GPS融合定位和RFID標簽，可以實時捕獲車輛位置。在攤鋪過程中，運輸車輛與瀝青攤鋪機進行實時通訊，實現混合料與路面施工樁號的匹配，以及瀝青混合料全周期前后場匹配和溯源。

（三）瀝青混合料前場攤鋪智能監測系統

通過在攤鋪斷面布置紅外傳感器，實時讀取整個攤鋪斷面的實時溫度數據，同時對攤鋪機行駛速度進行實時采集，實時傳輸至后臺數據中心。

（四）瀝青混合料前場碾壓質量智能監測系統

瀝青混合料前場碾壓關乎瀝青路面施工的最終質量問題，通過對壓路機加高精度北斗+GPS融合定位，實時獲取壓路機碾壓速度和碾壓遍數碾壓。同時，通過紅外溫度傳感器獲取碾壓瀝青表面溫度。

（五）AI物聯網智能管控終端

攤鋪機和壓路機分別安裝AI物聯網智能管控終端，實時對采集的數據進行分析，并將分析的結果上傳至數據中心。

四、系統軟件

瀝青路面施工智能管控中主要車輛包括壓路機、攤鋪機、瀝青混合料運輸車三種車輛的全過程管控，整個系統軟件采用分層設計，主要包括系統展示層、應用服務層、AI分析處理層及硬件資源層組成。

硬件資源層主要由安裝在拌合樓、瀝青混合料運輸車、瀝青攤鋪機、瀝青壓路機上安裝的各種傳感器及供電系統控制組成，負責底層數據采集，并將數據轉發給AI分析處理層。

AI分析處理層負責對底層傳感器的數據進行深度分析，實現對各設備的監測。①壓路機運行狀況實時動態監測，包括壓路機運行速度、壓路機行駛加速度、壓路機轉彎角速度及角加速度、壓路機振動狀態、壓路機所處位置的混合料溫度、地面碾壓遍數；②攤鋪機運行狀況實時動態監測，包括攤鋪機運行速度、攤鋪機變速監測、攤鋪機突然轉彎監測、混合料攤鋪溫度等；③瀝青混合料運輸車實時監測，包括車輛速度、超速、超時、越界等；④拌合樓實時監測，包括出料口瀝青混合料溫度，生產配合比、各檔熱料倉用量、礦粉用量、油石比、混合料級配、拌和樓生產周期、骨料加熱溫度、瀝青加熱溫度等。

應用服務層綜合處理底層數據進行存儲、計算分析和智能反饋，為頂層提供展示數據，為各種終端提供數據支撐及數據交互等。展示層根據用戶需求將各種數據以圖表、報警等方式進行展示。

五、數據分析

以瀝青路面碾壓為例，采用BOMAG雙鋼輪壓路機進行數據采集并分析，壓路機安裝紅外傳感器用于實時采集地面瀝青混合料溫度；安裝高精度北斗+GPS實時獲取壓力機位置；安裝九軸傳感器，獲取雙鋼輪振動數據及駕駛員誤操作監測；安裝高清攝像頭對采集數據及分析結果進行雙向驗證。選取壓路機部分數據，即加速度、角速度、速度、瀝青混合料溫度，如圖2所示。

根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）要求，碾壓過程中其瀝青混合料溫度不低于75℃，且全過程瀝青混合料溫度不能高于200℃。雙鋼輪壓路機應以慢而均勻的速度對瀝青混合料進行碾壓，雙鋼輪壓路機的碾壓速度應滿足2～6km/h，最大不超過6km/h；雙鋼輪壓路機的碾壓路線及碾壓方向不應突然改變，否則容易導致瀝青混合料推移、鼓包；碾壓區的長度應大體穩定，兩端的折返位置應隨攤鋪機前進而推進，橫向不得在相同的斷面上。

如圖2所示，壓路機加速度曲線圖中紅圈處，短時間出現加速現象，同時其方向也出現持續變化，AI智能管控終端給出結論為：壓路機迅速減速后快速掉頭，由于減速過快，雙鋼輪壓路機的質量非常大，碾壓局部溫度超過200℃，且掉頭后速度曲線可看出壓路機車速短時間內超過了6km/h，本時間段瀝青混合料有推移或鼓包風險。該分析結果通過與高清攝像頭進行比對，與實際情況完全一致。

六、結語

本文引入時下先進的控制方法，即“物聯網+AI”，對瀝青路面施工管控關鍵技術提出了切實可行的控制方法，通過對拌合樓、運輸、攤鋪及碾壓四個工序中各個環節的瀝青混合物進行溫度監測，保障整個過程施工溫度符合規范要求；通過對攤鋪及碾壓過程采集其速度、加速度、轉向速度、振動等數據進行監測，保障整個過程施工人員沒有誤操作。對施工過程實現全生命周期在線、留痕可溯、監督預警，對提高瀝青路面施工質量、延長路面使用壽命都具有積極的促進作用。

參考文獻

[1]蔣潤蘭.公路施工中瀝青路面鋪裝的施工技術[J].科技風，2015（14）：1671-7341.

[2]中共中央國務院印發《交通強國建設綱要》[C].2020中國倉儲配送行業發展報告（藍皮書），2020：397-406.

[3]交通運輸部關于印發《公路工程建設標準管理辦法》的通知[J].中華人民共和國國務院公報，2020（21）：78-80.

[4]饒艦.新一代信息技術與公路工程建設管理融合應用研究[J].公路，2022，67（12）：245-252.

作者單位：杭州市綜合交通運輸研究中心