路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于道路施工质量控制领域，尤其是涉及一种高等级公路路面摊铺过程中 路面结构层摊铺质量（包括摊铺厚度和熨平板振动频率）的实时监测装置，即路面摊铺厚 度和熨平振动频率的实时监测装置。 技术背景
[0002] 在高等级公路路面施工过程中，有效地控制路面摊铺厚度是提高公路的耐久性 能，保证公路施工质量的关键。在路面施工中，常采用拉钢丝线法、架设平衡梁与传感器相 结合的方法[1-4]对摊铺厚度进行控制。对于拉钢丝线法，由于固定钢丝线的控制点有一 定的距离间隔，往往使得控制点之间的摊铺厚度不易精确控制。对于架设平衡梁法，则需假 定梁的前后端（反映摊铺前后端）测点位置处结构层底部（摊铺基面）的高程一致，这样 才可用梁前后端的传感器测得的距离之差作为当前摊铺位置摊铺厚度，但在实际施工中梁 前后端测点处的高程并不一定相同，由此会带来摊铺厚度计算误差。
[0003] 探地雷达、超声波等无损检测方法[5-7]也已广泛地应用到碾压后路面厚度的检 测。这些方法能够自动、连续地检测压实后的路面摊铺厚度，但由于未安装绝对位置的定 位装置，只是通过计量检测装置从起始测点开始行进的累积距离作为所测的摊铺厚度与起 始测点的相对距离。这样，一方面无法获得所测摊铺厚度所对应的绝对位置坐标；另一方 面，在检测过程中必须保持检测装置向前单向移动，否则所计量的数值从起始测点开始的 累积行进距离并不能反映该检测装置与起始测点的真实相对距离，从而导致这些方法不能 直观、准确地指示测摊铺厚度不合格时所对应的路面绝对位置。此外，由于这类检测装置所 用车辆车身过重或车轮轮胎未经特殊处理，易于在刚摊铺的高温沥青混凝土路面上下陷或 软化，不能适用检测刚摊铺的沥青混凝土路面，导致这些方法只能适用已压实冷却后的路 面摊铺厚度的检测，因此不易实现对路面摊铺过程中摊铺厚度的及时控制与调整。
[0004] 根据《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004)的规定，传统的路面摊铺厚 度人工检测通常采用随机插尺法[8-10]，但因此种方法检测频率较低，代表性较差，无法客 观反映整个施工路面的摊铺厚度，而且该方法受人为因素影响较大，检测结果可能含有较 大误差。
[0005] 另外，在施工过程中，摊铺机熨平板往往会出现振动过大、振动均匀性差等问题， 由于熨平板直接与摊铺材料接触，其振动性态将直接影响摊铺后的成型路面，摊铺机的熨 平板装置振动性态又与评价高等级公路修筑质量的主要指标（路面的平整度和密实度）密 切相关，所以熨平板振动频率对保证路面摊铺质量具有重大影响[11-12]，熨平板振动频率 在施工过程中的实时监测对于提高路面摊铺质量具有重大意义。
[0006] 因此，有必要研制开发一种能克服人为因素干扰、高精度、自动、实时的公路路面 摊铺质量（包括摊铺厚度和熨平板振动频率）测量装置，来确保高等级公路路面摊铺质量。
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【发明内容】
[0020] 为克服现有技术的不足，提供一种可实现公路路面摊铺厚度和熨平振动频率自 动、高精度、实时监测的装置，既可实现路面摊铺质量的实时测量，又能将测量信息远程发 送至数据库可供后续质量评估应用，确保摊铺质量满足设计要求，对不达标情况进行实时 报警，并形成统计图表，作为相关部门进行摊铺质量管理的依据。为此，本发明采取的技术 方案是，路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置，包括：摊铺厚度与熨平振动测量装 置、GPS实时定位装置、集成控制器、数据无线发送装置（DTU);摊铺厚度与熨平振动测量 装置包括钢制支架、倾斜活动梁、胶轮、加速度传感器、2个倾角传感器，钢制支架一端与倾 斜活动梁铰连接，另一端垂直固定在摊铺机熨平板上，倾斜活动梁末端连接胶轮与路基面 接触，使该测量装置随摊铺机一起行进；加速度传感器安装在钢制支架上，实时采集熨平板 的振动状态通过数据线发送至集成控制器的数据控制器中；倾角传感器1安装在钢制支架 上，按足够小的时间间隔连续采集熨平板与水平面的夹角α，并将所测角度实时发送至数 据控制器；倾角传感器2安装在倾斜活动梁上，按足够小的时间间隔连续采集倾斜活动梁 与水平面的夹角β，并将所测角度实时发送至数据控制器；
[0021] GPS实时定位装置由GPS接收机和GPS基准站构成，GPS接收机安装在摊铺机上， 用以确定摊铺机的平面位置坐标（X，y)，并将当前测量时间及相应的位置坐标连续地发送 至数据控制器；GPS基准站将RTK (Real-time Kinematic)实时动态差分信号无线发送至 GPS接收机，以提高GPS定位精度；
[0022] 集成控制器中的数据控制器实时接收倾角和加速度数据，并分别计算每台摊铺厚 度和熨平振动装置所测的摊铺厚度h，计算公式如下：
[0023] H1= L1Xcos (90。-α-β)
[0024] h = HfR-L2
[0025] 式中，h为摊铺厚度；
[0026] L1, 1^2根据钢制支架和倾斜活动梁加工尺寸确定；
[0027] R为胶轮半径；
[0028] α，β为两倾角传感器所测的倾角，即与水平面之间夹角；
[0029] 数据控制器按一定时间间隔在获取到一定数量的熨平振动的加速度值后，进行频 谱分析识别得到熨平振动频率f ;数据控制器接收GPS实时定位模块的当前测量时间及其 相对应的摊铺机位置坐标，并将每台摊铺厚度与熨平振动测量装置的ID号，以及每台测量 装置所对应的厚度值h和熨平振动频率值f 一并通过端口传输给数据无线发送装置向外发 送。
[0030] 还包括：数据库及应用服务器、摊铺实时监控客户端、车载显示装置、现场报警装 置，数据库及应用服务器主要实现接收并储存从数据无线发送模块（DTU)发送的当前测量 时间及其对应的摊铺机位置坐标、两台测量装置ID号及其所对应的摊铺厚度和熨平板振 动频率数据信息，随后根据所测得的测点平面位置坐标及预先输入的公路布置CAD图，确 定出测点所在位置的公路粧号，并与所接收的数据一并储存起来，以供后续分析和客户端 应用；同时，可根据摊铺实时监控客户端输入的摊铺厚度和熨平振动频率的控制标准，判断 当前所测的摊铺厚度和熨平板振动状态是否符合控制标准，如果否，通过Internet网络向 摊铺实时监控客户端发送摊铺厚度或熨平板振动频率不合格的报警信息，或者通过与数据 库及应用服务器连接的GSM通讯模块，经GPRS网络或CDM网络向摊铺现场报警装置发出 报警短信信息。
[0031] 摊铺实时监控客户端安装在施工现场能连接Internet网络的PC或移动笔记本电 脑上，在监控开始前，通过该客户端设定当前工作面属性、施工仓面边界、摊铺结构层层数、 摊铺厚度和熨平板振动频率控制标准；然后，通过Internet网络存入数据库及应用服务器 的数据库中，以供后续应用；在监控过程中，该客户端可实时显示各摊铺测量装置所对应位 置处的摊铺厚度及熨平板振动状态，并可查询和输出摊铺质量监测结果，包括按公路粧号 查询横断面的熨平板振动频率值和摊铺厚度图以及沿道路轴线方向所有监测点的熨平板 振动频率值和摊铺厚度图；同时，接收数据库及应用服务器发送的摊铺厚度不达标报警信 息，以提示给现场质量管理人员及时调整摊铺机熨平板高度及振动频率，以符合设计要求。
[0032] 车载显示装置安装在摊铺机驾驶室内方便摊铺机操作手看到的位置，通过数据线 与数据控制器相连接，实时显示由数据控制器传输过来的当前测量时间及对应的摊铺机位 置坐标、摊铺厚度和熨平板振动频率；摊铺机操作手可根据显示的信息，及时调整摊铺机的 工作参数至设定要求。
[0033] 现场报警装置通过GPRS网络或CDM网络实时接收数据库和应用服务器发送的摊 铺厚度、熨平振动频率不合格报警信息，现场质量管理人员可通过手持该装置，根据该装置 接收到的报警信息，及时采取相应的摊铺厚度和熨平振动频率调整措施。
[0034] 得到熨平振动频率f进一步具体步骤是，数据控制器接收加速度传感器按一定时 间间隔连续采集熨平板振动加速度的时域模拟信号后，通过AD转换，转化为便于存储、传 输和分析处理的时域数字信号；然后，对经AD转化得到的熨平板振动加速度时域数字信号 进行傅里叶变换，将熨平板振动加速度信号分解为无数谐波的叠加，由此得到熨平板振动 加速度的频谱数据