本实用新型涉及铁路施工装置技术领域，具体涉及具有报警功能的路基连续压实实时测量监控系统。
背景技术：
路基结构是轨道结构的基础，随着列车运行速度的提高，要求路基结构要为上部结构提供更加平顺而稳定的支承。决定路基结构性能的关键要素是填料和碾压。再选定好填料的情况下，路基填筑的压实质量是决定其结构性能好坏的根本。路基压实质量包括压实程度、均匀性和稳定性三方面内容。
随着我国铁路建设事业的快速发展，铁路施工中传统的路基压实检测控制方法已经难以满足要求，在工程实践中，很多施工现场工程的土方量一般都比较大，传统的路基压实度检测方法如环刀法、灌砂法和核子测量法等存在效率不高、准确度较差等缺陷，这些传统方法仅仅对结果进行检测，无法对过程进行实时监测，因此，无法满足现代施工中对压实度检测的要求；而且，环刀法、灌砂法和核子测量法等检测方法都会破坏路基，作业难度系数较大，费时费力，非常的不方便。综上所述，传统的路基压实度检测方法有如下缺点：压实质量检测在碾压结束后进行，属于结果控制，不能测量和评估压实状态，只能在碾压后进行检测，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，则减慢施工进度，甚至会振松已经压实的材料，另外依靠抽样试验进行，需要大量的工作。仅能得到“抽样点”的检验结果，很难控制路基压实的均匀性等缺点。此外，由于现代公路施工压实作业效率大幅提高，其均匀性要求也更加严格。
目前国内路基施工领域的信息化技术正处于起步阶段，相关技术与应用正在不断开发中，连续压实技术克服了传统检测手段的不足，实现了“全面检测、过程控制”，并且有助于推动路基施工质量控制信息化进程。
因此，在工程实践中，开发出能够克服传统检测方法的不足和缺陷、并且能在压实过程中进行实时连续检测、实时反馈公路压实状况信息的测量方法成为必然趋势。
技术实现要素：
为克服现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供具有报警功能的路基连续压实实时测量监控系统，本实用新型能够在压实过程中进行实时连续检测，实时反馈公路压实状况信息，能够确保路基结构能够被压实。
本实用新型所采用的技术方案如下：
具有报警功能的路基连续压实实时测量监控系统，包括CPU处理模块，CPU处理模块上连接有行驶速度传感器、振动加速度传感器、定位装置、工作模式检测模块和报警模块；
行驶速度传感器：用于实时检测振动压路机的行驶速度；
振动加速度传感器：用于在振动压路机作业过程中实时检测振动轮的振动加速度信息；
工作模式检测模块：用于切换振动压路机的工作状态模式，振动压路机的工作状态模式包括工作模式、转场模式和检测模式；
CPU处理模块：根据振动压路机的行驶速度信息、振动轮的振动加速度信息以及振动压路机切换后的工作状态模式来判断振动压路机是否按照所切换后的工作状态模式进行工作；
当判断振动压路机按照所切换后的工作状态模式进行工作时，控制报警装置不进行报警；当判断振动压路机未按照所切换的工作状态模式进行工作时，控制报警装置进行报警。
CPU处理模块上还连接有电源模块，电源模块包括车载直流电源和电源保险，车载直流电源通过电源保险与CPU处理模块连接。
CPU处理模块上还连接有人机模块，人机模块包括触摸屏和触摸屏控制器，触摸屏通过触摸屏控制器与CPU处理模块连接。
CPU处理模块上还连接有第一GPRS通信模块，第一GPRS通信模块与远程服务中心连接，远程服务中心包括第二GPRS通信模块和服务中心，服务中心通过第二GPRS通信模块与第一GPRS通信模块连接。
工作模式检测模块上连接有工作模式按钮、转场模式按钮和检测模式按钮，工作模式按钮、转场模式按钮和检测模式按钮分别控制工作模式检测模块切换至工作模式、转场模式和检测模式；工作模式按钮、转场模式按钮和检测模式按钮均设置在振动压路机的驾驶室内。
振动加速度传感器为压电加速度传感器，压电加速度传感器垂直安装在振动压路机的振动轮的内机架上，压电加速度传感器通过第一A/D转换器与CPU处理模块连接。
行驶速度传感器采用编码器，设置在振动压路机的车轮轴承处，编码器通过第二A/D转换器与CPU处理模块连接。
定位装置为北斗定位装置，设置在振动压路机的驾驶室内。
报警模块包括语音报警器和/或文字报警器。
具有报警功能的路基连续压实实时测量监控方法，其过程如下：
行驶速度传感器实时检测振动压路机的行驶速度；
在振动压路机作业过程中，振动加速度传感器实时检测振动轮的振动加速度信息；
工作模式检测模块对振动压路机进行工作状态模式的切换，工作状态模式包括工作模式、转场模式和检测模式；
在振动压路机工作过程中，CPU处理模块根据振动压路机的行驶速度信息、振动轮的振动加速度信息以及振动压路机切换后的工作状态模式来判断振动压路机是否按照所切换后的工作状态模式进行工作；
当振动压路机按照所切换后的工作状态模式进行工作时，CPU处理模块控制报警装置不进行报警；当振动压路机未按照切换后的工作状态模式进行工作时，CPU处理模块控制报警装置进行报警，报警装置提示驾驶员按照切换后的工作状态模式进行工作。
当振动压路机对路面进行压实作业时，工作模式检测模块切换为工作模式，振动压路机以2～4km/h的速度进行行驶，若振动压路机的行驶速度低于或高于2～4km/h，CPU处理模块控制报警装置进行报警，提示驾驶员将速度调整至2～4km/h；
当振动压路机进行转场时，工作模式检测模块切换为转场模式，解除对振动压路机的速度监控，CPU处理模块控制报警装置不进行报警；
当振动压路机进行连续碾压检测时，工作模式检测模块切换为检测模式，此时检测振动轮是否振动，若振动轮振动，振动加速度传感器检测到加速度信息并将该信息传输给CPU处理模块，此时，CPU处理模块控制警装置不进行报警；振动压路机进行连续碾压检测过程中，若检测到欠压区域超过5％，CPU处理模块控制警装置进行报警；
若振动轮未进行振动，振动加速度传感器未检测到加速度信息，CPU处理模块未接收到加速度信息，此时，CPU处理模块控制警装置进行报警，提示驾驶员开启振动。
与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：
本实用新型通过行驶速度传感器实时检测振动压路机的行驶速度，在振动压路机作业过程中通过振动加速度传感器实时检测振动轮的振动加速度信息，通过工作模式检测模块切换振动压路机的工作状态模式，CPU处理模块根据振动压路机的行驶速度信息、振动轮的振动加速度信息以及振动压路机切换后的工作状态模式来判断振动压路机是否按照所切换后的工作状态模式进行工作，当判断振动压路机按照所切换后的工作状态模式进行工作时，控制报警装置不进行报警；当判断振动压路机未按照所切换的工作状态模式进行工作时，控制报警装置进行报警；因此本实用新型能够在压实过程中进行实时连续检测，实时反馈公路压实状况信息，能够确保路基结构能够被压实。
附图说明
图1为本实用新型具有报警功能的路基连续压实实时测量监控系统的结构框图。
图2为本实用新型所采用的压电振动加速度传感器原理图。
图3为本实用新型获取压实度值的流程图。
图4为本实用新型监控系统中定位装置及行驶速度传感器在压路机上的安装位置示意图。
图5为本实用新型监控系统中振动加速度传感器在压路机上的安装位置示意图。
图中，1-质量块，2-压电元件，3-输出引线，4-支座，5-北斗定位装置，6-行驶速度传感器，7-振动加速度传感器，8-振动轮，9-内机架，10-外机架，11-减震器，12-振动压路机，13-车轮轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
如图1，图4和图5所示，本实用新型的具有报警功能的路基连续压实实时测量监控系统，包括CPU处理模块，CPU处理模块上连接有电源模块、人机模块、第一GPRS通信模块、行驶速度传感器6、振动加速度传感器7、定位装置和工作模式检测与报警装置，工作模式检测与报警装置包括工作模式检测模块和报警模块，工作模式检测模块和报警模块均与CPU处理模块连接；
电源模块能够输出5VDC电压，电源模块可采用独立电源的形式，这能够最大限度地简化整个装置的连接线路，具体的电源模块包括车载直流电源和电源保险，车载直流电源通过电源保险与CPU处理模块连接；人机模块包括触摸屏和触摸屏控制器，触摸屏通过触摸屏控制器与CPU处理模块连接；第一GPRS通信模块与远程服务中心连接，远程服务中心包括第二GPRS通信模块和服务中心，服务中心通过第二GPRS通信模块与第一GPRS通信模块连接；
其中，行驶速度传感器6用于实时检测振动压路机12的行驶速度；振动加速度传感器7用于在振动压路机12作业过程中实时检测振动轮8的振动加速度信息；工作模式检测模块用于切换振动压路机12的工作状态模式，振动压路机12的工作状态模式包括工作模式、转场模式和检测模式；
CPU处理模块接收振动加速度信息，并将振动加速度信息进行分析处理获得振动振幅、振频及波形特征，以及在行驶方向和行驶速度获取由路基的压实程度值形成的平面分布图，压实程度值的获取流程如图3所示；并且CPU处理模块根据振动压路机12的行驶速度信息、振动轮8的振动加速度信息以及振动压路机12切换后的工作状态模式来判断振动压路机12是否按照所切换后的工作状态模式进行工作；
当判断振动压路机12按照所切换后的工作状态模式进行工作时，控制报警装置不进行报警；当判断振动压路机12未按照所切换的工作状态模式进行工作时，控制报警装置进行报警。
本实用新型的振动加速度传感器7为压电加速度传感器，结构如图2所示，压电加速度传感器垂直安装在振动压路机12的振动轮8的内机架9上，压电加速度传感器通过第一A/D转换器与CPU处理模块连接。振动加速度传感器7发来的信息经过第一A/D转换器处理后传输至CPU处理模块，CPU处理模块将振动加速度传感器7发送来的信息转换为压实度值，并且与目标压实度对比，然后在触屏显示器上以图表的形式显示出来，实时显示连续压实状态，并在测量完成后将相关压实数据通过第一GPRS模块发送至服务中心，用于将CPU处理模块处理后的压实数据及相关信息保存到数据库，提供管理，查询及分析服务，服务中心与Web端连接，WEB端能够访问服务中心存储的压实数据。
行驶速度传感器6采用编码器，设置在振动压路机12的车轮轴承13处，编码器通过第二A/D转换器与CPU处理模块连接。定位装置为北斗定位装置5，设置在振动压路机12的驾驶室内，北斗定位装置5设置在驾驶室内，如图4所示，用于在振动压路机12在作业过程中采用北斗定位方式获取压路机的位置信息和时间信息，并将位置信息和时间信息发送给显示终端；北斗定位装置5包括基站和接收装置，基站设置在外面，接收装置设置在驾驶舱内，北斗定位接收机通过串口通信将高精度定位信息发往连续压实控制系统,控制系统对压路机速度、换道和工作区域等进行精确计算，实现过程自动化。报警模块包括语音报警器和/或文字报警器。
振动加速度传感器作为测量物体运动状态的一种重要的传感器，压电式加速度传感器是以压电材料为转换元件，将加速度输入转化成与之成正比的电荷或电压输出的装置，具有结构简单、重量轻、体积小、耐高温、固有频率高、输出线性好、测量的动态范围大和安装简单的特点。压电式传感器利用某些物质如石英晶体、人造压电陶瓷的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。压电敏感元件是力敏元件，在外力作用下，压电敏感元件的表面上产生电荷，从而实现非电量电量测的目的。原理图如图2所示。实际测量时，将图中的支座与待测物刚性地固定在一起。当待测物运动时，支座与行测物以同一加速度运动，压电元件受到质量块与加速度相反方向的惯性力的作用，在晶体的两个表面上产生交变电荷(电压)。当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器的输出电荷(电压)与作用力成正比。电信号经过前置放大器放大，即可由一般测量仪器测试电荷(电压)大小，从而得出物体的加速度。压电加速度传感器的压敏元件采用具有压电效应的压电材料，换能元件是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理。这些压电材料，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态；当作用力的方向改变时，电荷的极性也随着改变。其中弹性休是传感器的核心，其结构决定着传感器的各种性能和测量精度，弹性体结构设计的优劣对振动加速度传感器性能的好坏至关重要。
本实用新型的工作模式检测模块上连接有工作模式按钮、转场模式按钮和检测模式按钮，工作模式按钮、转场模式按钮和检测模式按钮分别控制工作模式检测模块切换至工作模式、转场模式和检测模式；工作模式按钮、转场模式按钮和检测模式按钮均设置在振动压路机12的驾驶室内。工作模式按钮、转场模式按钮和检测模式按钮不能同时按下，即同时只能有一个按钮被按下。当按下工作模式按钮时，振动压路机只能工作在规定的速度范围内(即2km/h≤V速度≤4km/h]，超出这个速度范围，不按规范作业时报警模块便会语音报警，以起到提醒驾驶员规范作业，控制车速的作用。在转场时则开启转场模式按钮，压路机便可以解除工作时的速度控制，以较快的速度完成换场，提高工作效率。当碾压结束时，需要开启振动进行连续碾压检测，此时要开启检测模式按钮，此时检测振动是否开启，若未开启，则报警。检测到欠压区域超过一定范围(一般超过5％时)，报警。报警形式为语音报警和文字报警，会说明报警内容，以提高路基连续压实质量。
本实用新型的工作模式检测与报警装置能够实现两个功能，一是欠压报警功能，其作用是在完成路基碾压后，进行压实效果检测时，在检测到压实值不合格的地方，工作模式检测与报警装置便会显示报警。二是作业不规范报警功能，比如有些驾驶员有时为了减小车体的振动，往往将节气门开得小一点，致使转速达不到额定值，振动频率降低，激振力达不到额定值，导致压实效果不理想，还有一些驾驶员没有耐心，往往行驶速度较高，但是这会对路基压实效果带来很大的负面影响。北斗定位装置5用于实时定位，触屏显示器用于显示压实程度、压实均匀性和压实稳定性。第一GPRS通信模块将信息发送到服务中心，再通过服务中心传输至WEB端，WEB端能够向服务中心下发信息，以实现路基连续压实系统数据的信息化管理。本实用新型的系统结构简单、集成度及智能化程度高，不但为压实度的检测提供了硬件基础，而且可以实现对铁路路基进行连续、准确、实时的压实度检测，具有很强的实用价值和市场推广价值。
通过此连续压实系统测量压实度值，利用触摸显示屏将压实度值实时显示屏幕，每碾压一遍，屏幕都将显示出压实程度分布图，测量仪器所测压实值及相关信息通过网络发送到服务器；服务器对信息进行存储、管理、提供查询，并可做相应分析，回馈测量结果，做到路基压实质量“面”控制和过程控制，利用网络与计算机技术对路基压实质量实现全过程、全方位的分析、监控和管理，最大程度上提升路基施工质量信息管理的科学性、时效性以及透明度，快速提高工程测量的工作效率和工作水平。工作模式检测与报警模块能够很好的保证驾驶员能够规范作业，进而可以实现从多个施工环节保证路基的压实可靠性。
通过本实用新型的具有报警功能的路基连续压实实时测量监控系统进行实时测量监控的方法，其过程如下：
行驶速度传感器6实时检测振动压路机12的行驶速度；
在振动压路机12作业过程中，振动加速度传感器7实时检测振动轮8的振动加速度信息；
工作模式检测模块对振动压路机12进行工作状态模式的切换，工作状态模式包括工作模式、转场模式和检测模式；
在振动压路机12工作过程中，CPU处理模块根据振动压路机12的行驶速度信息、振动轮8的振动加速度信息以及振动压路机12切换后的工作状态模式来判断振动压路机12是否按照所切换后的工作状态模式进行工作；
当振动压路机12按照所切换后的工作状态模式进行工作时，CPU处理模块控制报警装置不进行报警；当振动压路机12未按照切换后的工作状态模式进行工作时，CPU处理模块控制报警装置进行报警，报警装置提示驾驶员按照切换后的工作状态模式进行工作。
当振动压路机12对路面进行压实作业时，工作模式检测模块切换为工作模式，振动压路机12以2～4km/h的速度进行行驶，若振动压路机12的行驶速度低于或高于2～4km/h，CPU处理模块控制报警装置进行报警，提示驾驶员将速度调整至2～4km/h；
当振动压路机12进行转场时，工作模式检测模块切换为转场模式，解除对振动压路机12的速度监控，CPU处理模块控制报警装置不进行报警；
当振动压路机12进行连续碾压检测时，工作模式检测模块切换为检测模式，此时检测振动轮8是否振动，若振动轮8振动，振动加速度传感器7检测到加速度信息并将该信息传输给CPU处理模块，此时，CPU处理模块控制警装置不进行报警；振动压路机12进行连续碾压检测过程中，若检测到欠压区域超过5％，CPU处理模块控制警装置进行报警；
若振动轮8未进行振动，振动加速度传感器7未检测到加速度信息，CPU处理模块未接收到加速度信息，此时，CPU处理模块控制警装置进行报警，提示驾驶员开启振动。
振动压实值与常规质量验收指标之间的相关关系，即为相关校验；
相关校验的目的是为了判定和建立振动压实值与常规质量验收指标之间的相关关系。相关校验包括计算振动压实值与常规质量验收指标之间的相关系数、线性回归模型和目标振动压实值等。碾压时将整个碾压区域分成三个部分，同时碾压成不同密实状态，即将试验段碾压成轻、中和重三种压实状态，对应的区域分别为轻度区、中度区和重试区，以下给出的参考碾压遍数。
轻度区：静压1遍+连续压实检测1遍；
中度区：静压1遍+强振1遍+连续压实检测1遍；
重试区：静压1遍+强振n遍+连续压实检测1遍。
这种碾压方案的优点是能够一次将常规检测做完，省去了反复调用试验设备的问题。“强振n遍”的含义是将碾压区域完全压实所需的遍数，采用连续压实控制技术进行压实监控，当振动压实值不再随碾压遍数变化时结束碾压，若经过常规检测仍然没有合格，需换用更重型的压路机或改善填料继续碾压至合格要求。
规定先进行连续检测是为了便于在振动压实曲线上选取特征点进行常规检测。另外，路基填筑层碾压完后，其力学性质具有时效性，会随着时间的推移而发生一定的变化。如果常规检测耗时过长，试验数据差异就会变大，也将影响相关关系的确立。因此常规检测的时间不能拖的太长。
相关系数用于衡量两个变量之间的相关程度。在统计学上相关系数大小与相关程度之间并没有严格的划分界限，但在实践中有一个经验判断准则，如下：相关性非常强：相关系数为0.9-1.0；相关性强：相关系数为0.7-0.9；相关性弱：相关系数为0.5-0.7；相关性非常弱：相关系数为<0.5。可以看出相关系数为0.7是相关程度强弱的一个分界点。原铁道部相关课题通过对哈大客专、京沪高铁、成灌铁路和兰新铁路等现场的路基不同位置、不同填料、不同振动压路机的近千组对比试验结果表明，振动压实值与常规质量验收指标(常规质量验收指标包括K30、Ev2和Evd)之间的相关系数大于0.7的占85％，其中大部分又在0.75以上。
相关系数的计算方法和如何建立和使用回归模型：
数据预处理：由于各种原因导致的试验数据(K30，振动压实值VCV)出现异常现象是经常发生的，因此，首先需要进行数据的预处理工作，比较好的办法就是做出散点图进行观察，如果数据出现异常点，要仔细区分进行甄别。
计算相关系数：目前计算相关系数的商用软件非常普及，只要输入检测数据(K30，振动压实值VCV)对，便可以方便地得到相关系数以及回归方程，并给出相关图。
确定相关方程：经计算，在剔除异常试验数据后的相关系数r>0.7，便可以确立相关方程。
确定目标振动压实值。根据现行路基相关标准的规定，按照路基填料类型查得K30最小的合格标准值[K30]，将其带入回归方程即可得到目标值[VCV]。
振动压实值与常规质量验收指标之间的相关系数应按下列公式计算：
式中：x-常规质量验收指标，普通填料为地基系数，化学改良土为压实系数；
y-振动压实值；
xi，yi-x和y的样本值，其中，i＝1，2，…，n，代表常规检测数量；
r-x和y之间的相关系数。
振动压实值与常规质量验收指标之间的相关关系应采用下列线性回归模型确定。
根据常规质量验收指标检测结果确定振动压实值检测结果的回归模型如下：
y＝a+bx
式中x-常规质量验收指标，普通填料为地基系数，化学改良土为压实系数；
y-振动压实值；
xi，yi-x和y的样本值，其中，i＝1，2，…，n，代表常规检测数量；
a，b-回归系数。
1.根据振动压实值检测结果确定常规质量验收指标检测结果的回归模型如下：
x＝c+dy
式中x-常规质量验收指标，普通填料为地基系数，化学改良土为压实系数；
y-振动压实值；
xi，yi-x和y的样本值，其中，i＝1，2，…，n，代表常规检测数量；
c，d-回归系数。