路面攤鋪厚度和熨平振動(dòng)頻率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于道路施工質(zhì)量控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種高等級(jí)公路路面攤鋪過程中 路面結(jié)構(gòu)層攤鋪質(zhì)量（包括攤鋪厚度和熨平板振動(dòng)頻率）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，即路面攤鋪厚 度和熨平振動(dòng)頻率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。 技術(shù)背景
[0002] 在高等級(jí)公路路面施工過程中，有效地控制路面攤鋪厚度是提高公路的耐久性 能，保證公路施工質(zhì)量的關(guān)鍵。在路面施工中，常采用拉鋼絲線法、架設(shè)平衡梁與傳感器相 結(jié)合的方法[1-4]對(duì)攤鋪厚度進(jìn)行控制。對(duì)于拉鋼絲線法，由于固定鋼絲線的控制點(diǎn)有一 定的距離間隔，往往使得控制點(diǎn)之間的攤鋪厚度不易精確控制。對(duì)于架設(shè)平衡梁法，則需假 定梁的前后端（反映攤鋪前后端）測(cè)點(diǎn)位置處結(jié)構(gòu)層底部（攤鋪基面）的高程一致，這樣 才可用梁前后端的傳感器測(cè)得的距離之差作為當(dāng)前攤鋪位置攤鋪厚度，但在實(shí)際施工中梁 前后端測(cè)點(diǎn)處的高程并不一定相同，由此會(huì)帶來(lái)攤鋪厚度計(jì)算誤差。
[0003] 探地雷達(dá)、超聲波等無(wú)損檢測(cè)方法[5-7]也已廣泛地應(yīng)用到碾壓后路面厚度的檢 測(cè)。這些方法能夠自動(dòng)、連續(xù)地檢測(cè)壓實(shí)后的路面攤鋪厚度，但由于未安裝絕對(duì)位置的定 位裝置，只是通過計(jì)量檢測(cè)裝置從起始測(cè)點(diǎn)開始行進(jìn)的累積距離作為所測(cè)的攤鋪厚度與起 始測(cè)點(diǎn)的相對(duì)距離。這樣，一方面無(wú)法獲得所測(cè)攤鋪厚度所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)位置坐標(biāo)；另一方 面，在檢測(cè)過程中必須保持檢測(cè)裝置向前單向移動(dòng)，否則所計(jì)量的數(shù)值從起始測(cè)點(diǎn)開始的 累積行進(jìn)距離并不能反映該檢測(cè)裝置與起始測(cè)點(diǎn)的真實(shí)相對(duì)距離，從而導(dǎo)致這些方法不能 直觀、準(zhǔn)確地指示測(cè)攤鋪厚度不合格時(shí)所對(duì)應(yīng)的路面絕對(duì)位置。此外，由于這類檢測(cè)裝置所 用車輛車身過重或車輪輪胎未經(jīng)特殊處理，易于在剛攤鋪的高溫瀝青混凝土路面上下陷或 軟化，不能適用檢測(cè)剛攤鋪的瀝青混凝土路面，導(dǎo)致這些方法只能適用已壓實(shí)冷卻后的路 面攤鋪厚度的檢測(cè)，因此不易實(shí)現(xiàn)對(duì)路面攤鋪過程中攤鋪厚度的及時(shí)控制與調(diào)整。
[0004] 根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1-2004)的規(guī)定，傳統(tǒng)的路面攤鋪厚 度人工檢測(cè)通常采用隨機(jī)插尺法[8-10]，但因此種方法檢測(cè)頻率較低，代表性較差，無(wú)法客 觀反映整個(gè)施工路面的攤鋪厚度，而且該方法受人為因素影響較大，檢測(cè)結(jié)果可能含有較 大誤差。
[0005] 另外，在施工過程中，攤鋪機(jī)熨平板往往會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)過大、振動(dòng)均勻性差等問題， 由于熨平板直接與攤鋪材料接觸，其振動(dòng)性態(tài)將直接影響攤鋪后的成型路面，攤鋪機(jī)的熨 平板裝置振動(dòng)性態(tài)又與評(píng)價(jià)高等級(jí)公路修筑質(zhì)量的主要指標(biāo)（路面的平整度和密實(shí)度）密 切相關(guān)，所以熨平板振動(dòng)頻率對(duì)保證路面攤鋪質(zhì)量具有重大影響[11-12]，熨平板振動(dòng)頻率 在施工過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于提高路面攤鋪質(zhì)量具有重大意義。
[0006] 因此，有必要研制開發(fā)一種能克服人為因素干擾、高精度、自動(dòng)、實(shí)時(shí)的公路路面 攤鋪質(zhì)量（包括攤鋪厚度和熨平板振動(dòng)頻率）測(cè)量裝置，來(lái)確保高等級(jí)公路路面攤鋪質(zhì)量。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)公路路面攤鋪厚度和熨平振動(dòng)頻率自 動(dòng)、高精度、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置，既可實(shí)現(xiàn)路面攤鋪質(zhì)量的實(shí)時(shí)測(cè)量，又能將測(cè)量信息遠(yuǎn)程發(fā) 送至數(shù)據(jù)庫(kù)可供后續(xù)質(zhì)量評(píng)估應(yīng)用，確保攤鋪質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)不達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行實(shí)時(shí) 報(bào)警，并形成統(tǒng)計(jì)圖表，作為相關(guān)部門進(jìn)行攤鋪質(zhì)量管理的依據(jù)。為此，本發(fā)明采取的技術(shù) 方案是，路面攤鋪厚度和熨平振動(dòng)頻率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括：攤鋪厚度與熨平振動(dòng)測(cè)量裝 置、GPS實(shí)時(shí)定位裝置、集成控制器、數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送裝置（DTU);攤鋪厚度與熨平振動(dòng)測(cè)量 裝置包括鋼制支架、傾斜活動(dòng)梁、膠輪、加速度傳感器、2個(gè)傾角傳感器，鋼制支架一端與傾 斜活動(dòng)梁鉸連接，另一端垂直固定在攤鋪機(jī)熨平板上，傾斜活動(dòng)梁末端連接膠輪與路基面 接觸，使該測(cè)量裝置隨攤鋪機(jī)一起行進(jìn)；加速度傳感器安裝在鋼制支架上，實(shí)時(shí)采集熨平板 的振動(dòng)狀態(tài)通過數(shù)據(jù)線發(fā)送至集成控制器的數(shù)據(jù)控制器中；傾角傳感器1安裝在鋼制支架 上，按足夠小的時(shí)間間隔連續(xù)采集熨平板與水平面的夾角α，并將所測(cè)角度實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù) 據(jù)控制器；傾角傳感器2安裝在傾斜活動(dòng)梁上，按足夠小的時(shí)間間隔連續(xù)采集傾斜活動(dòng)梁 與水平面的夾角β，并將所測(cè)角度實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù)據(jù)控制器；
[0021] GPS實(shí)時(shí)定位裝置由GPS接收機(jī)和GPS基準(zhǔn)站構(gòu)成，GPS接收機(jī)安裝在攤鋪機(jī)上， 用以確定攤鋪機(jī)的平面位置坐標(biāo)（X，y)，并將當(dāng)前測(cè)量時(shí)間及相應(yīng)的位置坐標(biāo)連續(xù)地發(fā)送 至數(shù)據(jù)控制器；GPS基準(zhǔn)站將RTK (Real-time Kinematic)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分信號(hào)無(wú)線發(fā)送至 GPS接收機(jī)，以提高GPS定位精度；
[0022] 集成控制器中的數(shù)據(jù)控制器實(shí)時(shí)接收傾角和加速度數(shù)據(jù)，并分別計(jì)算每臺(tái)攤鋪厚 度和熨平振動(dòng)裝置所測(cè)的攤鋪厚度h，計(jì)算公式如下：
[0023] H1= L1Xcos (90。-α-β)
[0024] h = HfR-L2
[0025] 式中，h為攤鋪厚度；
[0026] L1, 1^2根據(jù)鋼制支架和傾斜活動(dòng)梁加工尺寸確定；
[0027] R為膠輪半徑；
[0028] α，β為兩傾角傳感器所測(cè)的傾角，即與水平面之間夾角；
[0029] 數(shù)據(jù)控制器按一定時(shí)間間隔在獲取到一定數(shù)量的熨平振動(dòng)的加速度值后，進(jìn)行頻 譜分析識(shí)別得到熨平振動(dòng)頻率f ;數(shù)據(jù)控制器接收GPS實(shí)時(shí)定位模塊的當(dāng)前測(cè)量時(shí)間及其 相對(duì)應(yīng)的攤鋪機(jī)位置坐標(biāo)，并將每臺(tái)攤鋪厚度與熨平振動(dòng)測(cè)量裝置的ID號(hào)，以及每臺(tái)測(cè)量 裝置所對(duì)應(yīng)的厚度值h和熨平振動(dòng)頻率值f 一并通過端口傳輸給數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送裝置向外發(fā) 送。
[0030] 還包括：數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用服務(wù)器、攤鋪實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶端、車載顯示裝置、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警裝 置，數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)接收并儲(chǔ)存從數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送模塊（DTU)發(fā)送的當(dāng)前測(cè)量 時(shí)間及其對(duì)應(yīng)的攤鋪機(jī)位置坐標(biāo)、兩臺(tái)測(cè)量裝置ID號(hào)及其所對(duì)應(yīng)的攤鋪厚度和熨平板振 動(dòng)頻率數(shù)據(jù)信息，隨后根據(jù)所測(cè)得的測(cè)點(diǎn)平面位置坐標(biāo)及預(yù)先輸入的公路布置CAD圖，確 定出測(cè)點(diǎn)所在位置的公路粧號(hào)，并與所接收的數(shù)據(jù)一并儲(chǔ)存起來(lái)，以供后續(xù)分析和客戶端 應(yīng)用；同時(shí)，可根據(jù)攤鋪實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶端輸入的攤鋪厚度和熨平振動(dòng)頻率的控制標(biāo)準(zhǔn)，判斷 當(dāng)前所測(cè)的攤鋪厚度和熨平板振動(dòng)狀態(tài)是否符合控制標(biāo)準(zhǔn)，如果否，通過Internet網(wǎng)絡(luò)向 攤鋪實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶端發(fā)送攤鋪厚度或熨平板振動(dòng)頻率不合格的報(bào)警信息，或者通過與數(shù)據(jù) 庫(kù)及應(yīng)用服務(wù)器連接的GSM通訊模塊，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)或CDM網(wǎng)絡(luò)向攤鋪現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警裝置發(fā)出 報(bào)警短信信息。
[0031] 攤鋪實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶端安裝在施工現(xiàn)場(chǎng)能連接Internet網(wǎng)絡(luò)的PC或移動(dòng)筆記本電 腦上，在監(jiān)控開始前，通過該客戶端設(shè)定當(dāng)前工作面屬性、施工倉(cāng)面邊界、攤鋪結(jié)構(gòu)層層數(shù)、 攤鋪厚度和熨平板振動(dòng)頻率控制標(biāo)準(zhǔn)；然后，通過Internet網(wǎng)絡(luò)存入數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用服務(wù)器 的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供后續(xù)應(yīng)用；在監(jiān)控過程中，該客戶端可實(shí)時(shí)顯示各攤鋪測(cè)量裝置所對(duì)應(yīng)位 置處的攤鋪厚度及熨平板振動(dòng)狀態(tài)，并可查詢和輸出攤鋪質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果，包括按公路粧號(hào) 查詢橫斷面的熨平板振動(dòng)頻率值和攤鋪厚度圖以及沿道路軸線方向所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熨平板 振動(dòng)頻率值和攤鋪厚度圖；同時(shí)，接收數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送的攤鋪厚度不達(dá)標(biāo)報(bào)警信 息，以提示給現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理人員及時(shí)調(diào)整攤鋪機(jī)熨平板高度及振動(dòng)頻率，以符合設(shè)計(jì)要求。
[0032] 車載顯示裝置安裝在攤鋪機(jī)駕駛室內(nèi)方便攤鋪機(jī)操作手看到的位置，通過數(shù)據(jù)線 與數(shù)據(jù)控制器相連接，實(shí)時(shí)顯示由數(shù)據(jù)控制器傳輸過來(lái)的當(dāng)前測(cè)量時(shí)間及對(duì)應(yīng)的攤鋪機(jī)位 置坐標(biāo)、攤鋪厚度和熨平板振動(dòng)頻率；攤鋪機(jī)操作手可根據(jù)顯示的信息，及時(shí)調(diào)整攤鋪機(jī)的 工作參數(shù)至設(shè)定要求。
[0033] 現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警裝置通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或CDM網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送的攤 鋪厚度、熨平振動(dòng)頻率不合格報(bào)警信息，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理人員可通過手持該裝置，根據(jù)該裝置 接收到的報(bào)警信息，及時(shí)采取相應(yīng)的攤鋪厚度和熨平振動(dòng)頻率調(diào)整措施。
[0034] 得到熨平振動(dòng)頻率f進(jìn)一步具體步驟是，數(shù)據(jù)控制器接收加速度傳感器按一定時(shí) 間間隔連續(xù)采集熨平板振動(dòng)加速度的時(shí)域模擬信號(hào)后，通過AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為便于存儲(chǔ)、傳 輸和分析處理的時(shí)域數(shù)字信號(hào)；然后，對(duì)經(jīng)AD轉(zhuǎn)化得到的熨平板振動(dòng)加速度時(shí)域數(shù)字信號(hào) 進(jìn)行傅里葉變換，將熨平板振動(dòng)加速度信號(hào)分解為無(wú)數(shù)諧波的疊加，由此得到熨平板振動(dòng) 加速度的頻譜數(shù)據(jù)