水泥、沥青混凝土路面施工监管系统及方法与流程
本发明涉及一种路面施工监管系统及方法，特别涉及一种水泥、沥青混凝土路面施工监管系统及方法，属于公路工程管理领域。
背景技术：
随着我国公路建设的飞速发展，水泥、沥青混凝土路面被我国高速公路越来越普遍地采用，对水泥、沥青路面的结构要求和施工质量水平提出了更高的要求，水泥、沥青路面是采用水泥、沥青材料作结合料粘结混合料修筑面层的路面结构，是整个道路工程施工的重要环节，水泥、沥青混合料铺筑的好坏将直接影响到通车后道路的安全性与舒适性。如何确保水泥、沥青混合料铺筑的施工质量是整个水泥、沥青路面施工过程中最重要的工作之一。目前水泥、沥青混凝土路面施工过程中存在以下问题。
水泥、沥青用量不达标。水泥、沥青混凝土中水泥、沥青应该占总重量的6％，而部分施工单位为降低成本，在生产水泥、沥青混凝土时就会减少水泥、沥青的比例。水泥、沥青混凝土中的水泥、沥青不仅可以起到凝结石子的作用，防止石子脱离路面，还可以使其表层黏在路基上。如果水泥、沥青比例达到规定的标准，车辆碾压可使石子越压越紧，路面轻意不会破损，如果水泥、沥青比例太少，水泥、沥青挥发得就快，表面老化速度加快，石子松动，车辆碾压脱离地面，就会龟裂、脱粒。
配比不能被严格执行。试验室对原材料做筛分试验，确定出混合料的目标配合比及生产配合比，并按照标定好的冷料比例进行生产，确保混合料筛分结果合理地分布在规定的级配曲线内。但是，在实际操作中，会存在搅拌站非试验检测人员擅自调整配合比的现象，使得混凝土实体质量保障存在一定风险。
沥青混合料温度无法得到有效控制。水泥、沥青混合料温度的高低直接影响路面的施工质量，当温度过低时，水泥、沥青包裹不均匀，易产生花白料，更不能保证摊铺碾压温度。拌和温度过高，不仅浪费燃油，还容易使水泥、沥青老化，拌和温度的起伏变化会引起摊铺、碾压温度的不稳定，影响路面的压实密度和平整度。
水泥、沥青混合料拌合时间不达标。对于拌和的均匀性要求拌合时间达到一定要求，实际操作中，因拌合时间和生产量有直接关系，操作人员经常通过减少拌合时间来增大生产量。
摊铺碾压工艺与规范要求不符。水泥、沥青混合料的摊铺和碾压作业直接影响到各级公路水泥、沥青路面的工程质量。为提高水泥、沥青混合料的摊铺和碾压的作业水平，采用合理的工序和科学的工艺在水泥、沥青混凝土路面的现场施工是十分重要的。现实中，由于监督不到位，随意施工的现象屡有发生。
生产数据不真实，生产消耗数据统计困难。利用拌和机控制电脑储存收集的混凝土生产所需原材料消耗动态台帐，是生产过程控制和生产成本核算的最直接、最真实的资料。但常因拌和站系统的稳定性差，人为修改等因素，报表信息失真，无法进行总量检验，给项目成本核算和过程控制造成困难。
不能有效分析问题。水泥、沥青混合料从生产到摊铺，应在规定时间内完成，若超出正常施工时间，将会导致质量缺陷。由于不能对这些工序的施工过程进行有效的监控，在出现质量缺陷时，不能识别是因为原材料、配合比、拌和工艺、运输过程还是摊铺碾压工艺等哪个环节出现的问题，给分析问题原因和整改造成困难。
拌合机系统误差难发现。通常情况下，拌和机计量系统误差(系统误差、落时误差、计量误差)需通过定期的设备检定来加以校正，而人为因素的不确定性，决定了这种适时监控的局限性。经项目调研发现，拌和机的计量系统误差不能被即时掌握，往往是在生产较长时间后，检查时才发现计量误差大，且造成的质量隐患不易被整改。
当前的技术现状是，对这一环节质量控制的重要性都有广泛的认识，但并没有好的控制手段，不能对这些工序的施工过程进行有效的监控，在出现质量缺陷时，不能识别是由于原材料、混合料配合比、拌和工艺、运输过程还是摊铺碾压等哪个环节出现的问题，给分析问题原因和整改造成极大困难。
技术实现要素：
本发明水泥、沥青混凝土路面施工监管系统及方法公开了新的方案，采用基于网络通信技术的现场设备施工监管方案，解决了现有方案监管效率低，无法及时识别施工中出现的问题，给分析问题以及整改带来困难的问题。
本发明水泥、沥青混凝土路面施工监管系统包括服务器、远程监管端、原料生产监测端、摊铺机监测端、压路机监测端，远程监管端、原料生产监测端、摊铺机监测端、压路机监测端与服务器通信连接。
服务器包括原料信息数据库、原料数据分析模块、摊铺机信息数据库、摊铺数据分析模块、压路机信息数据库、碾压数据分析模块，原料信息数据库用于存储、管理原料生产信息，原料数据分析模块用于分析采集的原料数据，摊铺机信息数据库用于存储、管理摊铺机运行信息，摊铺数据分析模块用于分析采集的摊铺数据，压路机信息数据库用于存储、管理压路机运行信息，碾压数据分析模块用于分析采集的碾压数据。
远程监管端包括原料信息页面、摊铺机信息页面、压路机信息页面，原料信息页面用于监管原料生产信息，摊铺机信息页面用于监管摊铺机运行信息，压路机信息页面用于监管压路机运行信息。
原料生产监测端包括配料数据采集模块、配料拌合时间采集模块、原料出料温度采集模块，配料数据采集模块用于采集原料配料信息，配料拌合时间采集模块用于采集配料拌和时间信息，原料出料温度采集模块用于采集原料出料温度信息。
摊铺机监测端包括摊铺温度采集模块、摊铺厚度采集模块、摊铺速度采集模块、摊铺环境参数采集模块，摊铺温度采集模块用于采集摊铺温度，摊铺厚度采集模块用于采集摊铺厚度，摊铺速度采集模块用于采集摊铺速度，摊铺环境参数采集模块用于采集摊铺环境参数。
压路机监测端包括路面温度采集模块、碾压速度采集模块、碾压次数采集模块，路面温度采集模块用于采集路面温度，碾压速度采集模块用于采集碾压速度，碾压次数采集模块用于采集碾压次数。
本发明还公开了一种水泥、沥青混凝土路面施工监管方法，水泥、沥青混凝土路面施工监管方法基于水泥、沥青混凝土路面施工监管系统，水泥、沥青混凝土路面施工监管系统包括服务器、远程监管端、原料生产监测端、摊铺机监测端、压路机监测端，远程监管端、原料生产监测端、摊铺机监测端、压路机监测端与服务器通信连接。服务器包括原料信息数据库、原料数据分析模块、摊铺机信息数据库、摊铺数据分析模块、压路机信息数据库、碾压数据分析模块。远程监管端包括原料信息页面、摊铺机信息页面、压路机信息页面。原料生产监测端包括配料数据采集模块、配料拌合时间采集模块、原料出料温度采集模块。摊铺机监测端包括摊铺温度采集模块、摊铺厚度采集模块、摊铺速度采集模块、摊铺环境参数采集模块。压路机监测端包括路面温度采集模块、碾压速度采集模块、碾压次数采集模块。方法包括以下过程。
配料数据采集模块、配料拌合时间采集模块、原料出料温度采集模块采集原料生产的配料信息、配料的拌和时间信息、原料出料温度信息上传存入原料信息数据库，原料数据分析模块提取上传的采集数据与标准数据进行比对生成原料数据分析信息存入原料信息数据库，原料信息数据库将收到的原料数据分析信息推送至原料信息页面，管理员通过原料信息页面监管原料生产过程。
摊铺温度采集模块、摊铺厚度采集模块、摊铺速度采集模块、摊铺环境参数采集模块采集摊铺机的摊铺温度信息、摊铺厚度信息、摊铺速度信息、摊铺环境温度信息、摊铺环境风速信息上传存入摊铺机信息数据库，摊铺数据分析模块提取上传的采集数据与预定数据进行比对生成摊铺数据分析信息存入摊铺机信息数据库，摊铺机信息数据库将收到的摊铺数据分析信息推送至摊铺机信息页面，管理员通过摊铺机信息页面监管摊铺过程。
路面温度采集模块、碾压速度采集模块、碾压次数采集模块采集路面温度信息、压路机的碾压速度信息、路面碾压次数信息上传存入压路机信息数据库，碾压数据分析模块提取上传的采集数据与预定数据进行比对生成碾压数据分析信息存入压路机信息数据库，压路机信息数据库将收到的碾压数据分析信息推送至压路机信息页面，管理员通过压路机信息页面监管碾压过程。
进一步，本方案方法的管理员在原料信息页面查阅、编辑、上传标准原料配合比、拌合时间、原料出料温度存入原料信息数据库供原料数据分析模块调取用于原料数据分析。
进一步，本方案方法的原料信息数据库通过数据接口从外部标准实验室平台上提取标准原料配合比数据保存供原料数据分析模块调取用于原料数据分析。
进一步，本方案方法的配料数据采集包括过程：配料数据采集模块采集拌合楼称重配料仪进行a/d采样后经过计算处理产生的称量数据脉冲信号或秤量装置秤量产生的数据电平信号后上传，系统将采集信号与秤量显示器的显示数据对照确定采集信号与显示数据的对应关系。
进一步，本方案方法的配料数据采集包括过程：拌合楼工控机控制摄像头采集秤量装置的显示屏或配料数字仪表盘信息生成视频或照片格式的配料数据信息，系统通过视频或图像识别算法从采集的视频或照片格式的配料数据信息中提取生成系统可识别的配料数据上传。
进一步，本方案方法的压路机的碾压速度采集包括过程：设在摊铺机上与直路面延伸方向垂直的横杆的一端上设有信号接收器a，横杆的另一端上设有信号接收器b，摊铺机后方的压路机上设有信号发射器，信号发射器与信号接收器a的距离是l，信号发射器与信号接收器b的距离是r，通过公式：
计算x、y值在单位时间内的变化量，得到压路机的碾压速度。
进一步，本方案方法的压路机的路面碾压次数采集包括过程：在摊铺机、压路机上设置gps定位模块，以摊铺机的位置为参考坐标点，定义摊铺机后的设定范围内的摊铺路面为监测路面，将监测路面分为多个监测单元格，根据压路机的坐标变化计算每个监测单元格的碾压次数。
本发明水泥、沥青混凝土路面施工监管系统及方法采用基于网络通信技术的现场设备施工监管方案，具有实时监控，便于及时发现问题，监管效率高的特点。
附图说明
图1是水泥、沥青混凝土路面施工监管系统的原理图。
图2是摊铺机、压路机配合施工的示意图。
图3是压路机的碾压速度计算的原理图。
图4是压路机路面碾压次数采集的监测路面的原理图。
具体实施方式
本发明水泥、沥青混凝土路面施工监管系统包括服务器、远程监管端、原料生产监测端、摊铺机监测端、压路机监测端，远程监管端、原料生产监测端、摊铺机监测端、压路机监测端与服务器通信连接。服务器包括原料信息数据库、原料数据分析模块、摊铺机信息数据库、摊铺数据分析模块、压路机信息数据库、碾压数据分析模块，原料信息数据库用于存储、管理原料生产信息，原料数据分析模块用于分析采集的原料数据，摊铺机信息数据库用于存储、管理摊铺机运行信息，摊铺数据分析模块用于分析采集的摊铺数据，压路机信息数据库用于存储、管理压路机运行信息，碾压数据分析模块用于分析采集的碾压数据。远程监管端包括原料信息页面、摊铺机信息页面、压路机信息页面，原料信息页面用于监管原料生产信息，摊铺机信息页面用于监管摊铺机运行信息，压路机信息页面用于监管压路机运行信息。原料生产监测端包括配料数据采集模块、配料拌合时间采集模块、原料出料温度采集模块，配料数据采集模块用于采集原料配料信息，配料拌合时间采集模块用于采集配料拌和时间信息，原料出料温度采集模块用于采集原料出料温度信息。摊铺机监测端包括摊铺温度采集模块、摊铺厚度采集模块、摊铺速度采集模块、摊铺环境参数采集模块，摊铺温度采集模块用于采集摊铺温度，摊铺厚度采集模块用于采集摊铺厚度，摊铺速度采集模块用于采集摊铺速度，摊铺环境参数采集模块用于采集摊铺环境参数。压路机监测端包括路面温度采集模块、碾压速度采集模块、碾压次数采集模块，路面温度采集模块用于采集路面温度，碾压速度采集模块用于采集碾压速度，碾压次数采集模块用于采集碾压次数。
本发明还公开了一种水泥、沥青混凝土路面施工监管方法，水泥、沥青混凝土路面施工监管方法基于水泥、沥青混凝土路面施工监管系统，水泥、沥青混凝土路面施工监管系统包括服务器、远程监管端、原料生产监测端、摊铺机监测端、压路机监测端，远程监管端、原料生产监测端、摊铺机监测端、压路机监测端与服务器通信连接。服务器包括原料信息数据库、原料数据分析模块、摊铺机信息数据库、摊铺数据分析模块、压路机信息数据库、碾压数据分析模块。远程监管端包括原料信息页面、摊铺机信息页面、压路机信息页面。原料生产监测端包括配料数据采集模块、配料拌合时间采集模块、原料出料温度采集模块。摊铺机监测端包括摊铺温度采集模块、摊铺厚度采集模块、摊铺速度采集模块、摊铺环境参数采集模块。压路机监测端包括路面温度采集模块、碾压速度采集模块、碾压次数采集模块。方法包括以下过程。
配料数据采集模块、配料拌合时间采集模块、原料出料温度采集模块采集原料生产的配料信息、配料的拌和时间信息、原料出料温度信息上传存入原料信息数据库，原料数据分析模块提取上传的采集数据与标准数据进行比对生成原料数据分析信息存入原料信息数据库，原料信息数据库将收到的原料数据分析信息推送至原料信息页面，管理员通过原料信息页面监管原料生产过程。
摊铺温度采集模块、摊铺厚度采集模块、摊铺速度采集模块、摊铺环境参数采集模块采集摊铺机的摊铺温度信息、摊铺厚度信息、摊铺速度信息、摊铺环境温度信息、摊铺环境风速信息上传存入摊铺机信息数据库，摊铺数据分析模块提取上传的采集数据与预定数据进行比对生成摊铺数据分析信息存入摊铺机信息数据库，摊铺机信息数据库将收到的摊铺数据分析信息推送至摊铺机信息页面，管理员通过摊铺机信息页面监管摊铺过程。
路面温度采集模块、碾压速度采集模块、碾压次数采集模块采集路面温度信息、压路机的碾压速度信息、路面碾压次数信息上传存入压路机信息数据库，碾压数据分析模块提取上传的采集数据与预定数据进行比对生成碾压数据分析信息存入压路机信息数据库，压路机信息数据库将收到的碾压数据分析信息推送至压路机信息页面，管理员通过压路机信息页面监管碾压过程。
上述方案采用基于网络通信技术的现场设备施工监管方案，运用质量动态管理的方法，采用软硬件结合的手段，对混合料拌和数据、施工现场温度等影响混合料施工质量的数据进行实时采集，并通过无线网络传输，实现对水泥、沥青混合料的实时动态监控。本方案以水泥、沥青混合料从室内试验到拌和生产再到施工现场管理的全过程作为管理对象，对过程进行跟踪观测，并将观测结果与计划值进行比较，若发现偏差，则进行纠偏，做到防患于未然，真正达到全面质量管理的要求，有效杜绝偷工减料，确保工程质量，大幅提高了监管效率，具有巨大的社会经济效益。
标准配合比是数据进行分析的依据，标准配合比数据的管理为数据分析提供基础数据也作为评定数据合格的水平尺。因此，本方案的标准配合比数据可以通过录入或者数据接口的方式获得。
实施例一
本方案方法的管理员在原料信息页面查阅、编辑、上传标准原料配合比、拌合时间、原料出料温度存入原料信息数据库供原料数据分析模块调取用于原料数据分析。标准管理员可将本标定执行的标准配合比全部录入到系统内并且编号，数据采集后可根据录入的标准配合比数据和编号对生产拌料的数据进行分析并且做出判断。
实施例二
本方案方法的原料信息数据库通过数据接口从外部标准实验室平台上提取标准原料配合比数据保存供原料数据分析模块调取用于原料数据分析。编写数据接口从标准实验室管理软件中获取标准配合比数据，这种模式更为科学合理，标准实验室对水泥、沥青进行马歇尔试验经一系列计算后，分别绘制出油石比与稳定度、流值、密度、空隙率、饱和度的关系曲线，最后确定出水泥、沥青混合料的最佳油石比，数据接口得到这些数据后然后和拌合数据进行比较分析最终得出拌合数据的合格与否。
水泥、沥青配合比数据分析主要是对水泥、沥青拌合用料的重量数据进行分析然后判断出与标准配合比的误差情况。分析采用材料用量含量百分百的方式体现，计算每种材料占每盘拌料总重量的百分比情况，然后算出与标准配合比中该种材料含量的误差，并且对一定时间段内的误差波动进行统计分析绘制出曲线图。
水泥、沥青配合时间数据分析，拌合时间也是影响水泥、沥青混凝土质量的一个重要因素，系统采集每一盘料用量数据的同时也会对每盘料的拌合用时进行采集，通过拌合用时的分析从另一个角度来判断水泥、沥青混凝土的质量。
沥青出料温度数据分析，水泥、沥青混合料出厂温度(石油水泥、沥青ah-90)最适宜控制在140℃～165℃。对水泥、沥青出料的时候温度监控也是水泥、沥青混凝土质量监控的一个重要手段。系统对水泥、沥青混凝土用料数据采集的同时也会对出料温度进行实时采集。
由于各标段拌合楼的混凝土搅拌站型号不同，为了适应不同型号区别较大的搅拌站生产配料信息的采集，根据拌合楼是否配有工控机，本方案还公开以下配料数据采集过程。
实施例一
本方案方法的配料数据采集包括过程：配料数据采集模块采集拌合楼称重配料仪进行a/d采样后经过计算处理产生的称量数据脉冲信号或秤量装置秤量产生的数据电平信号后上传，系统将采集信号与秤量显示器的显示数据对照确定采集信号与显示数据的对应关系。
对于拌合楼不带工控机的采集装置，在称重配料仪工作的同时配料数据采集器不断采集称重配料仪中通过a/d采样并经过计算处理后的称量数据脉冲信号或称量显示数据电平信号，采集到的电平码与实际显示数字的对应关系通过软件处理，在上位计算机显示、存贮称量数值及拌合时间数据，通过网络向中心数据服务器实时传送配合比(投料)称量值及拌合时间数据。
数据信息的分析方法：
⑴称重配料仪利用8段码数码管或液晶显示模块显示称重信息，配料数据采集器将各位8段码数码管或液晶显示模块显示电平采集后送上位计算机，上位计算机根据现场仪表显示的实际数值与采集到的各位8段码数码管或液晶显示模块显示电平码对照，确定采集电平码与实际显示数字的对应关系。通过软件处理，在上位计算机显示、存贮称量数值，并通过网络向中心数据服务器实时传送配合比称量值。
⑵对于不是采用8段码做码管显示而采用液晶屏显示称量数据，采集电平信号有困难的系统，采集仪也可以从称重配料仪中经单片机处理发送至显示单元的称量信息的传输线上采集称量脉冲信息，确定采集到的串行电平信息码与实际数值的对应关系，在上位计称机上显示、存贮称量值，并通过网络向中心数据服务器实时传送称量值。
实施例二
本方案方法的配料数据采集包括过程：拌合楼工控机控制摄像头采集秤量装置的显示屏或配料数字仪表盘信息生成视频或照片格式的配料数据信息，系统通过视频或图像识别算法从采集的视频或照片格式的配料数据信息中提取生成系统可识别的配料数据上传。
对于拌合楼带工控机的采集装置，测控仪计算机控制摄像头采集搅拌站生产线控制的计算机显示屏或配料数字仪表盘，一般采集分频器与生产线控制计算机显示器同步的另一专用显示器的屏显信息，视频记录生产线控制计算机生产全过程的配料数字仪表盘或计算机显示屏显示信息。视频采集的启动、停止信号取自生产线的加料开始、停止信号。在搅拌站生产线生产开始后自动启动视频信息的采集，可以自动记录搅拌站生产线生产的全过程视频录像信息，也可以通过采集生产控制信号自动控制摄像头拍摄生产过程中特殊时间点，如投料开始、水泥投料开始、投料结束、搅拌开始、搅拌结束等时刻的显示屏或配料数字仪表盘的视频照片。拍摄的生产线控制计算机显示屏显示的特殊时刻，搅拌开始时刻，显示信息照片，实际记录了这一槽的配合比投料实际数据，照片可经过测控仪计算机通过视频识别，提取配合比数据，提取后的数据、照片经压缩后通过网络实时上传到监管平台，作为后台配合比投料监控平台采集信息。监控配合比的测控仪装置包括：①数据采集器，单片机组成的数据采集装置；②vga视频分频器；③与生产线同步显示内容的显示器；④摄像头；⑤配料数字仪表盘；⑥现场控制计算机。
在沥青摊铺机监控数据分析方面，监控采集摊铺温度、摊铺厚度、摊铺速度、料仓温度、环境温度及环境湿度等数据。对于摊铺温度监控，水泥、沥青混凝土出料温度在拌料时进行了监控和数据分析，然而在施工时，摊铺的温度也需要进行控制以确保水泥、沥青混凝土在摊铺时不因温度不适宜而出现质量问题。对摊铺时的水泥、沥青混凝土温度的监控需在摊铺机出料处安装红外线温度传感器，通过摊铺机测控仪进行温度数据的实时采集。对于摊铺速度监控，随着对路面的平整度、初始密实度要求的提高，作为水泥、沥青混凝土摊铺机随同的压路机的行驶方面的性能直接影响到以上要求，因此有必要对摊铺机的行驶速度加以控制和监控，避免因为摊铺速度不适宜而影响路面的平整度和初始密度。摊铺速度测速传感器安装在摊铺机履带侧面，当摊铺机开动时，可得到摊铺机的摊铺速度。在大气环境参数采集方面，水泥、沥青混凝土施工质量也受到大气温度和风速等大气环境因素的影响，因此应当对大气环境的部分参数进行数据采集。大气温度采集使用温度传感器采集模块，通过com与摊铺机测控仪进行连接。风速采集使用风速传感器采集模块，通过com与摊铺机测控仪进行连接。在摊铺厚度采集方面，摊铺厚度作为铺装路面最关键的一个指标,与摊铺温度及摊铺速度一起直接决定了沥青路面的质量。摊铺厚度采集使用2个测距传感器，测距仪通过支架安装在熨烫板传动臂上，随熨烫板的升降而升降。
压路机监控的主要内容包括压路机碾压时路面的温度、压路机碾压的速度、路面碾压遍数。对于路面温度采集，路面温度采集使用红外温度传感器，当压路机开过铺装路面时，红外温度传感器将实时反馈当前的路面温度信息。
为了实现压路机碾压速度的采集，本方案方法的压路机的碾压速度采集包括过程：设在摊铺机上与直路面延伸方向垂直的横杆的一端上设有信号接收器a，横杆的另一端上设有信号接收器b，摊铺机后方的压路机上设有信号发射器，信号发射器与信号接收器a的距离是l，信号发射器与信号接收器b的距离是r，通过公式：
为了实现压路机对路面碾压遍数的采集，如图4所示，本方案方法的压路机的路面碾压次数采集包括过程：在摊铺机、压路机上设置gps定位模块，以摊铺机的位置为参考坐标点，定义摊铺机后的设定范围内的摊铺路面为监测路面，将监测路面分为多个监测单元格，根据压路机的坐标变化计算每个监测单元格的碾压次数。将路面栅格化后，计算压路机在单位时间内的通过次数，可以知道该台压路机在指定栅格内的碾压遍数。以摊铺机的位置作为坐标轴参考点，将摊铺后的设定范围，例如80米，作为工作区，80米后的单元格作为完成区，通过统计完成区的碾压遍数，随着摊铺机的gps点坐标变化，可以得出路面每个单元格的碾压次数。
本方案公开的系统、装置、模块等除有特别说明外，均可以采用本领域公知的通用、惯用的方案实现，涉及到的算法可以采用本领域公知的或惯用的算法，也可以作出适应性修改。
本方案水泥、沥青混凝土路面施工监管系统及方法并不限于具体实施方式中公开的内容，实施例中出现的技术方案可以基于本领域技术人员的理解而延伸，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。
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