CN107272534A - 一种智能压实监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种智能压实监控系统，包括压实设备终端、定位主机、控制箱、应用服务器和电源模块，所述压实设备终端与控制箱分别与所述定位主机连接，所述控制箱同时与所述应用服务器连接，所述压实设备终端包括卫星检测组件，所述卫星检测组件用于检测压实设备的位置并产生卫星位置信号，所述压实设备终端还用于检测终端压实参数，所述压实设备终端将所述卫星位置信号和所述终端压实参数传输给所述定位主机。本发明进行压实度检测，节省检测时间，降低劳动强度，减少人为误差，实时指导操作，提高压实质量均匀性，大大提高施工效率，降低返工风险，减少资源浪费。

Description

一种智能压实监控系统

技术领域

本发明涉及一种监控系统，尤其涉及一种智能压实监控系统。

背景技术

近年来，我国公路建设事业取得辉煌成就，然而仍有部分道路的建设质量(主要是路基路面质量)不能令人满意，有效的压实过程是保证工程质量的一个非常重要的环节。

传统的压实检测方法有灌砂法、环刀法及盒子密实度仪法。采用传统方法检测，在压实过程中不能测量和评估压实状态，只能在压实结束后采取少量的试样材料进行试验，代表性差，描述粗糙，而且试验过程中有时需要做大量的工作，费用昂贵，时间较长。此外，上述传统方法均属于抽样检测方法，很难反映道路上每一点的压实情况。在具体施工中，可能在部分区段，由于材料级配比不合理，或材料内水分的含量过高或过低而产生材料压实度的“薄弱点”。采用这些传统的检测方法往往会造成“薄弱点”漏检现象，形成道路质量的内在隐患。

为了解压实的情况，采用传统测定方法，在压实过程中不能测量和评估压实状态，只能在碾压结束后进行检测，对压实不足的路段很难及时发现，从而引起返工、拖延工期，当压实遍数过多时，则白白浪费施工进度，甚至会振松已压实的材料；传统的方法只取少量的试样材料，由于采样量有限，通常只占被压实材料很少的一部分，缺乏代表性，因此不可能提供压实质量的全面信息，而路基筑路材料复杂，这样就极容易出现低质量路段漏检；传统测定方法对压实结果的描述比较粗糙；用传统测定方法做试验时需要做大量的工作，费用昂贵，时间较长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，现提供一种智能压实监控系统，本发明节省检测时间，降低劳动强度，减少人为误差实时指导操作机手作业，提高压实质量均匀性，既可保证路基施工的压实质量，又可大大提高施工效率。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明一种智能压实监控系统，其特点在于，所述智能压实监控系统包括压实设备终端、定位主机、控制箱、应用服务器和电源模块，所述压实设备终端与控制箱分别与所述定位主机连接，所述控制箱同时与所述应用服务器连接，所述压实设备终端包括卫星检测组件，所述卫星检测组件用于检测压实设备的位置并产生卫星位置信号，所述压实设备终端还用于检测终端压实参数，所述压实设备终端将所述卫星位置信号和所述终端压实参数传输给所述定位主机；所述定位主机用于接收所述卫星位置信号和所述终端压实参数，传输所述卫星位置信号和所述终端压实参数给所述控制箱；所述控制箱用于将所述卫星位置信号和所述终端压实参数发送给所述应用服务器、接收所述应用服务器的压实指令和将所述压实指令发送给所述定位主机；所述电源模块用于向所述压实设备终端和控制箱提供电源。

优选地，所述卫星检测组件包括RTK接收机和定位天线，所述RTK接收机由所述电源模块提供电源，所述定位天线与所述RTK接收机连接，所述定位天线设置于所述压实装置上。

优选地，所述卫星检测组件支持北斗卫星信号、GPS卫星信号和GLONASS卫星信号。

优选地，所述卫星检测组件还包括主电台天线，所述主电台天线用于接收基站电台信号并将所述基站电台信号发送给所述RTK接收机。

优选地，所述终端压实参数包括压实参数，所述压实设备终端包括压实传感器，所述压实传感器与所述定向主机连接，所述压实传感器用于检测所述压实参数。

优选地，所述终端压实参数包括温度参数，所述压实设备终端包括温度传感器，所述温度传感器与所述定向主机连接，所述温度传感器用于检测温度参数。

优选地，所述控制箱与所述应用服务器之间通过云端服务器进行数据传输，所述控制箱包括通信模块，所述通信模块用于发送数据到所述云端服务器和接收所述云端服务器发送的数据。

优选地，所述应用服务器包括数据管理中心和与所述数据管理中心连接的BS管理系统、压实客户端、压实计算中心和通信管理中心，所述压实客户端通过所述BS管理系统、压实计算中心和通信管理中心运算数据发出所述压实指令，所述数据管理中心通过所述云端服务器将所述压实指令发送给所述控制箱的通信模块。

本发明的积极进步效果在于：

本发明智能压实监控系统进行压实度检测，节省检测时间，提高施工效率，缩短施工周期，在不影响施工进度前提下，可以保证夜间正常施工降低劳动强度，减少人力，减少人为误差实时指导操作机手作业，施工过程控制，降低返工风险，减少资源浪费提高压实质量均匀性，保证压实质量的均匀性实时输出压实轨迹、厚度、速度和压实遍数等压实数据参数，引导压实作业，现场及时有效地发现压实不合格区域，具有层厚监控功能，帮助施工方控制填筑厚度，及时发现不合格填筑，保证压实质量均匀性，提高检测合格率，缩短检测周期，强大的压实度引导管理功能，节省管理和施工成本、增加利润，可以及时发现压实度不达标的区域，预防过压或欠压，有效地提高了施工方连续压实度监控和面压实度均匀性分析能力，压实遍数和轨迹复压度监控，精度可达2CM，让漏压、过压一目了然，既可保证路基施工的压实质量，又可大大提高施工效率，广泛应用在机场、公路、大坝、水库等施工环境；可实时显示压路机速度、压实度、温度、机械数量、定位情况等指标，主界面可以按需求设置显示，如遍数、温度、压实，可实时引导操作手进行压实作业，避免重漏，保证压实均匀，显示直观，引导线根据当前压路机宽度及位置自动生成，方便操作手判断重漏位置，界面图形化显示，设置便捷，一次设置无须操作手操作，颜色渲染可根据需求设置，满足不同遍数目标的直观显示；可分别统计振动碾、静碾、冲击碾、双钢轮、胶轮等数据；可自由设置需要显示的主要指标及内容；节能降耗，实现绿色施工，低碳经济，提高机械利用率，降低油耗。

附图说明

图1为本发明的较优实施例的结构示意框图。

图2为本发明的较优实施例的工作原理图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

请参见图1和图2，本发明一种智能压实监控系统，包括压实设备终端、定位主机4、控制箱2、应用服务器6和电源模块1，压实设备终端与控制箱2分别与定位主机4连接，控制箱2同时与应用服务器6连接，压实设备终端包括卫星检测组件，卫星检测组件用于检测压实设备的位置并产生卫星位置信号，压实设备终端还用于检测终端压实参数，压实设备终端将卫星位置信号和终端压实参数传输给定位主机4；定位主机4用于接收卫星位置信号和终端压实参数，传输卫星位置信号和终端压实参数给控制箱；控制箱2用于将卫星位置信号和终端压实参数发送给应用服务器6、接收应用服务器6的压实指令和将压实指令发送给定位主机4；电源模块1用于向压实设备终端和控制箱提供电源。

优选地，卫星检测组件包括RTK接收机3和定位天线5，RTK接收机3由电源模块1提供电源，定位天线5与RTK接收机3连接，定位天线5设置于压实装置上。RTK接收机3和定位天线5可支持北斗卫星信号、GPS卫星信号和GLONASS卫星信号。

卫星检测组件还包括主电台天线7，主电台天线7用于接收基站电台信号并将基站电台信号发送给RTK接收机3。

终端压实参数包括压实参数，压实设备终端包括压实传感器8，压实传感器8与定向主机4连接，压实传感器8用于检测压实参数。

终端压实参数还包括温度参数，压实设备终端包括温度传感器9，温度传感器9与定向主机4连接，温度传感器9用于检测温度参数。

控制箱2与应用服务器6之间可通过云端服务器12进行数据传输，控制箱2包括通信模块11，通信模块11用于发送数据到云端服务器12和接收云端服务器12发送的数据。

应用服务器6包括数据管理中心13和与数据管理中心13连接的BS管理系统14、压实客户端15、压实计算中心16和通信管理中心10，压实客户端15通过BS管理系统14、压实计算中心16和通信管理中心10运算数据发出压实指令，数据管理中心13通过云端服务器12将压实指令发送给控制箱2的通信模块11。其中，压实计算中心16进行轨迹计算17、遍数计算18、厚度计算19和压实度计算20，数据管理中心13进行数据接收21和分布式存储22，通信管理中心10进行成果服务23、客户端管理24、终端管理25和BS管理26。应用服务器6所需数据的来源于控制箱2软件的通信模块11中，由控制箱2软件负责组装各种类型数据，然后经由通信模块11统一转发到应用服务器6进行存储，对于正在施工中的监控标段或者工作面，应用服务器6需要将所需压路机各种状态信息推送到各个监控客户端。应用服务器6允许同时监控多个工程。多个工程区分两种情况：1.多个工程属于同一用户(业主、施工方等)，客户端、压路机通过统一端口与服务器进行连接(属于相同用户的多个工程，要求采用统一坐标系统)；2.多个工程属于不同用户，根据工程的不同分别采用不同端口于应用服务器进行通信。监控客户端可以对具有监控权限的多个工程进行切换。应用服务器接收到压路机GPS数据时，将相应的坐标和转换后的工程坐标范围进行比较，归属到相应的工程下。

本发明是基于全球卫星定位系统(北斗、GPS、GLONASS等)、传感器集成、无线数据传输等技术来实现；每台压路机实时把高精度位置、传感器等数据通过3G或电台等无线网络实时传输到系统服务器，并存储在数据库中。压实质量服务器系统对数据库中的数据进行处理、分析和判断，形成决策依据数据供管理者查看、使用。同时，实时压实引导系统可以实时引导操作手进行压实作业，从过程开始，控制压实质量；

高精度的定位主机4专为工程机械施工使用设计、适应环境恶劣、强振动等情况，支持北斗、GPS、GLONASS系统，实现厘米级定位。本发明支持压实数据/温度数据/RFID数据接入、支持WIFI远程配置；引导显示屏：图形化引导操作手施工；GNSS天线：接收北斗、GPS、GLONASS卫星信号；压实传感器8：探测材料压实的实时压实度值温度传感器：探测材料的实时温度值(路面选配)。

本发明由软件和硬件构成，运用了无线数据传输技术，RTK厘米级定位技术，压实度测量传感技术，数据处理技术，图形渲染技术等关键技术。能够进行连续、准确的压实施工工程监控及压实度检测，达到对路基压实过程和压实质量进行全面监控的目的。工程中的施工单位、监理单位、以及工程业主都可以使用本套系统。施工单位用来提高压实质量，监控施工进度；监理单位用来监控压实质量，为压实施工提供一个连续的监测依据；业主用来把握压实质量和掌握施工进度。本系统可以在线的、实时的检测出压实度的大小，既节省时间，减少人力、物力的投入，又能有效的避免欠压和过压。

本发明采用RTK实时动态定位控制技术和压实传感器监测技术，RTK厘米级定位技术即采用实时动态差分法，能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。通过RTK厘米级定位，采集压路机实时坐标位置以及压路机高程数据，精确记录压路机的运行轨迹以及通过压路机的高程数据反映压实路基的高程数据。RTK厘米级定位技术能够对漏压和欠压位置进行精确定位。通过智能控制系统实时处理获知的压路机钢轮准确三维位置和姿态信息,以及压实传感器实时监测到的钢轮振动量,以图形和数值方式显示CMV值、CFV值、碾压遍数、碾压范围、压实厚度、薄弱区域等信息,引导操作手工作，将压实施工情况实时展示给施工监理人员。实现了工业化生产、信息化控制。其核心技术分为无线数据传输技术、RTK厘米级定位技术、压实度测量传感技术、数据处理技术和图形渲染技术等五大块。

无线数据传输技术可以实现安装在压路机上的智能压实终端系统箱与智能压实系统之间的数据传输。由于系统的应用环境复杂多样，并有可能出现一些限制条件，所以系统箱的无线数据传输技术必须可靠多样。即采用目前国家可靠的公共无线数据通道，包括：GPRS、CDMA、3G，也有行业数据传输方式：大范围WIFI，电台等。通过多方式的数据传输技术，实现智能压实终端与系统监控软件实时可靠地数据传输。

压实度传感技术通过连续采集振动轮垂直加速度值，通过连续的加速度值进行信号处理及算法，计算出振动轮垂直加速度谐波分量，振动频率，振动幅度，进而得到CMV，CFV等值压实度参考数值反映材料压实状况。通过试验标定，可确定CMV值于土壤干密度或材料特性参数的关系。数据处理技术采用聚类分析的原理对于GPS、CMV等数据进行接收、存储、分析、应用等，同时根据大数据管理思想对海量数据进行横向和纵向的管理框架进行扩展，采用多维度管理技术，以满足飞速增长的海量数据管理需要。图形渲染技术使用坐标数据、CMV数据、CFV数据、压实遍数、高程数据进行相应的压实信息展示，包括历史轨迹、实时位置、压实度。可以进行历史压实的回放、指定区域的压实质量展示。

可见，本发明对压实过程进行实时控制，保证了每个施工段以最少的碾压遍数达到施工要求的标准，让工程施工人员和监理人员及时掌握施工现状。

服务器接收终端发送的数据，对其解码，对数据建立空间索引，存储到空间数据库中；对终端的数据进行数据分析、数据挖掘；服务器采用高级调度算法保证能够接收500台终端数据量及大量客户端的数据访问。当终端发生故障时服务器发出报警，并通过通信设备通知相关人员。当工程相关数据发生变更时，服务器需要采用高级算法对海量的终端数据进行数据相应的处理，并保证处理过程的原子性和完整性。服务器还要处理来自客户端的并发请求，在特定情况下需要把终端数据的分析结果发送给客户端。服务器采用先进的架构体系来满足上述功能以及易于扩展未来不断添加的新功能。因服务器地位的特殊性，服务器还采用了自我保护机制，当服务器发生故障时能够自动重新启动。

客户端对工程相关的数据进行管理以及相关处理；管理用户及相关权限，查看用户登录和压路机开关机情况；管理终端设备，对终端设备进行增删改操作；在图形上实时查看终端设备位置信息及数据质量信息；对终端数据进行质量分析，如出现质量不合格问题，报警提示客户；对终端数据进行人工智能处理，结合少量的人工处理，高效的处理数据分层问题，采用多核并发处理算法和特定插值算法，实时处理碾压遍数计算，和CMV、CFV、高程等数据的分析；因数据处理结果采用高性能、高效率的多层次存储，图形界面能够实时显示海量的处理结果，用户在图形界面上能够进行图像平移、缩放、选择等操作；用户能够在图形上框选某区域，对这一区域的终端工作情况进行回放，用户还能够对这一区域生成碾压质量统计报告，对用户的决策提供有效的帮助。

智能压实监控系统由应用服务器6、终端、客户端三部分构成，通过应用服务器6进行数据管理交互。

本发明的关键技术包括无线数据传输、RTK厘米级定位、压实度传感器测量、数据聚类分析，图形渲染等几个部分。其中无线数据传输和RTK厘米级定位是市场上已经大量应用的成熟技术，主要做技术的消化和整合；数据聚类分析和图形渲染是计算机领域应用比较前沿的两门技术，需要根据压实行业应用的特殊性提供专业性的解决方案和应用研究；压实度传感器测量技术是相对需要创新的技术，可以借鉴的是航天领域中的惯性导航技术，根据填筑材料的压实状况和振动轮垂直加速度谐波分量的不同，经过安装于振动轮上的加速度传感器，再经过信号处理及算法，最终计算出用于反映压实情况的CMV值以及CFV。根据项目运行情况的复杂性和可靠性等因素，集成了多种公共无线数据通道，包括：GPRS、CDMA、3G和4G，也有行业数据传输方式：大范围WIFI，电台等。通过多方式的数据传输技术，实现智能压实终端与系统监控软件实时可靠地数据传输。RTK厘米级定位技术相对成熟，通过基站—流动站的方式实现定位数据的实时差分解算，矫正位置精度；同时可以借用广域增强的GPS差分信号实现粗精度的定位要求。RTK厘米级定位技术能够对漏压和欠压位置进行精确定位。本发明对于压实测量技术，压实度传感器技术通过连续采集振动轮垂直加速度值，通过连续的加速度值进行信号处理及算法，计算出振动轮垂直加速度谐波分量，振动频率，振动幅度，进而得到CMV，CFV等值压实度参考数值反映材料压实状况。后续需要通过多个试验标定，建立自己的物料与CMV等的映射库，可确定CMV等对应于不同土壤干密度或材料特性参数的关系。

采用本发明可以对监理在路基填筑事前、事中、事后控制发挥了积极的作用

1)事前控制作用,可以针对不同填料进行室内土工试验及参数(CMV值或CFV确定)的确定，使得施工作业流程更加清晰,杜绝了填料已经更换,但前期的试验未完成,检测依据错误,导致实际检测时出现偏差,影响施工指导及质量的判定。不但可以保证填料性质确定,同时保证了土工试验的规定频次。同时,使监理人员对不同性质的填料及不同的碾压遍数所对应的目标值有了进一步的掌握；

2)在路基填筑的摊铺、碾压过程中,由于智能系统实现了实时检测，可以在一定程度上代替监理对松铺厚度、碾压遍数、碾压轮迹的搭接、平整度的控制,监理只需对自卸车的筛网、网格的设置、下层顶面标高进行确认即可以将本层的填筑过程由最后的检测来评定；不但减轻了监理的工作量,而且使过程控制手段变得更加科学；

3)碾压结束后,通过对打印压实数据报告的分析,针对CMV值、CFV值、碾压遍数薄弱区域的常规检测对比,避免了事后对压实质量检测的人为因素,使得监理平行检测更加公正、科学。

本发明智能压实监控系统进行压实度检测，节省检测时间，提高施工效率，缩短施工周期，在不影响施工进度前提下，可以保证夜间正常施工降低劳动强度，减少人力，减少人为误差实时指导操作机手作业，施工过程控制，降低返工风险，减少资源浪费提高压实质量均匀性，保证压实质量的均匀性实时输出压实轨迹、厚度、速度和压实遍数等压实数据参数，引导压实作业，现场及时有效地发现压实不合格区域，具有层厚监控功能，帮助施工方控制填筑厚度，及时发现不合格填筑，保证压实质量均匀性，提高检测合格率，缩短检测周期，强大的压实度引导管理功能，节省管理和施工成本、增加利润，可以及时发现压实度不达标的区域，预防过压或欠压，有效地提高了施工方连续压实度监控和面压实度均匀性分析能力。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能压实监控系统，其特征在于，所述智能压实监控系统包括压实设备终端、定位主机、控制箱、应用服务器和电源模块，所述压实设备终端与控制箱分别与所述定位主机连接，所述控制箱同时与所述应用服务器连接，所述压实设备终端包括卫星检测组件，所述卫星检测组件用于检测压实设备的位置并产生卫星位置信号，所述压实设备终端还用于检测终端压实参数，所述压实设备终端将所述卫星位置信号和所述终端压实参数传输给所述定位主机；所述定位主机用于接收所述卫星位置信号和所述终端压实参数，传输所述卫星位置信号和所述终端压实参数给所述控制箱；所述控制箱用于将所述卫星位置信号和所述终端压实参数发送给所述应用服务器、接收所述应用服务器的压实指令和将所述压实指令发送给所述定位主机；所述电源模块用于向所述压实设备终端和控制箱提供电源。

2.根据权利要求1所述的智能压实监控系统，其特征在于，所述卫星检测组件包括RTK接收机和定位天线，所述RTK接收机由所述电源模块提供电源，所述定位天线与所述RTK接收机连接，所述定位天线设置于所述压实装置上。

3.根据权利要求2所述的智能压实监控系统，其特征在于，所述卫星检测组件支持北斗卫星信号、GPS卫星信号和GLONASS卫星信号。

4.根据权利要求3所述的智能压实监控系统，其特征在于，所述卫星检测组件还包括主电台天线，所述主电台天线用于接收基站电台信号并将所述基站电台信号发送给所述RTK接收机。

5.根据权利要求1所述的智能压实监控系统，其特征在于，所述终端压实参数包括压实参数，所述压实设备终端包括压实传感器，所述压实传感器与所述定向主机连接，所述压实传感器用于检测所述压实参数。

6.根据权利要求5所述的智能压实监控系统，其特征在于，所述终端压实参数包括温度参数，所述压实设备终端包括温度传感器，所述温度传感器与所述定向主机连接，所述温度传感器用于检测温度参数。

7.根据权利要求1所述的智能压实监控系统，其特征在于，所述控制箱与所述应用服务器之间通过云端服务器进行数据传输，所述控制箱包括通信模块，所述通信模块用于发送数据到所述云端服务器和接收所述云端服务器发送的数据。

8.根据权利要求7所述的智能压实监控系统，其特征在于，所述应用服务器包括数据管理中心和与所述数据管理中心连接的BS管理系统、压实客户端、压实计算中心和通信管理中心，所述压实客户端通过所述BS管理系统、压实计算中心和通信管理中心运算数据发出所述压实指令，所述数据管理中心通过所述云端服务器将所述压实指令发送给所述控制箱的通信模块。