CN104674637B - 路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路施工质量控制领域，为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。本发明主要应用于道路施工质量控制。

Description

路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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。

参考文献：

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发明内容

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；

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；

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：

H₁＝L₁×cos(90°-α-β)

h＝H₁+R-L₂

式中，h为摊铺厚度；

L₁，L₂根据钢制支架和倾斜活动梁加工尺寸确定；

R为胶轮半径；

α，β为两倾角传感器所测的倾角，即与水平面之间夹角；

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。

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装置(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桩号，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CDMA网络向摊铺现场报警装置发出报警短信信息。

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，包括按公路桩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。

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。

现场报警装置通过GPRS网络或CDMA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。

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，包括组成振动加速度信号的各种频率及其所对应的幅值，其中，基频即为熨平板的实际振动频率f。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

(1)可同步实现路面摊铺厚度和摊铺机熨平振动频率的自动、高精度、实时采集，可有效减少常规人工测量手段带来的误差；

(2)可对刚摊铺的沥青混凝土路面摊铺厚度及熨平振动频率进行实时检测与及时反馈，有助于实现摊铺质量的及时控制与调整，以达到设定要求；

(3)可确定采样点采样时间、绝对坐标和摊铺质量相关数据(摊铺厚度和熨平振动频率)，有助于直观、准确地指示所测摊铺质量不合格时所对应的路面绝对位置，便于指导不合格区域的质量补救；

(4)实现所采集各结构层摊铺厚度与熨平振动频率数据的自动发送入库，可为后续摊铺质量查询与分析提供依据，有助于提高摊铺质量管理的效率。

附图说明

图1本发明组成结构图；

图2摊铺厚度计算原理图；

图3本发明集成原理图。

具体实施方式

本装置组成结构见图1，包括：摊铺厚度与熨平振动测量装置(熨平板左右两端各一个)、GPS实时定位装置、集成控制器、数据无线发送装置(DTU)、数据库及应用服务器、摊铺实时监控客户端、车载显示装置、现场报警装置共8部分。

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、倾角传感器(2个)。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。每辆摊铺机安装两套摊铺厚度与熨平振动测量装置，分别安装在摊铺机熨平装置两端的摊铺前进方向侧。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(加速度值)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。安装在熨平装置两端的两台摊铺厚度与熨平振动测量装置的倾角传感器和加速度传感器需同步采集倾角和加速度数据，并将每台装置的对应ID号，一并实时地传送到数据控制器中。

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)；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。该装置用于获得任意时刻摊铺机的平面位置坐标，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。

集成控制器包括12V供电电源与数据控制器两部分，12V供电电源向数据控制器供电，同时数据控制器输出5V电压，向倾角传感器和加速度传感器供电。数据控制器实时接收两台摊铺厚度和熨平振动测量装置传送的倾角和加速度数据，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，计算原理图见图2，计算公式如下：

H₁＝L₁×cos(90°-α-β)

h＝H₁+R-L₂

式中，h为摊铺厚度；

L₁，L₂根据钢制支架和倾斜活动梁加工尺寸确定；

R为胶轮半径；

α，β为两倾角传感器所测的倾角(与水平面之间夹角)。

此外，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。一般地，采样时间间隔T在满足工程精度要求下取足够小(本发明取1s)，这时模拟信号f_a(t)就可以用数字信号表示，即：

$f\left(n\right)=f_a(n\·T):f_s=\frac{1}{T}$

式中,f(n)是第n个离散数字信号；f_a(n·T)是n·T时刻的模拟信号；f_s是采样频率。

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。熨平板振动的加速度信号属于确定性信号里面的非周期信号，可以将熨平板振动的加速度信号视作周期为无穷大的周期信号。非周期信号f(t)采用傅里叶变换形式可表示为：

$f\left(t\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}f\left(\mathrm{\ω}\right)e^{j\mathrm{\ω}t}d\mathrm{\ω}$

式中，f(ω)称为f(t)的傅立叶变换，且

经傅立叶变换，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(包括组成振动加速度信号的各种频率及其所对应的幅值)，其中，基频即为熨平板的实际振动频率f。

同时，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(DTU)。

数据无线发送装置(DTU)将集成控制器发送过来的当前测量时间及其对应的摊铺机位置坐标、每台测量装置ID号及其所对应的摊铺厚度和熨平板振动频率，经GPRS(GeneralPacket Radio Service，通用分组无线服务技术)或CDMA网络无线发送到远程数据库及应用服务器中，以备后续应用。

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装置(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等数据信息，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桩号，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通讯装置，经GPRS网络或CDMA网络向摊铺现场报警装置(如PDA或手机)发出报警短信信息。

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等；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，包括按公路桩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。

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。

现场报警装置(如PDA或手机)通过GPRS网络或CDMA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。

图3为本发明的集成原理图。

为实现公路路面摊铺厚度和熨平振动频率自动、高精度、实时的监测，本发明实施例提供了一种公路路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置，参见图1、图2和图3。该装置包括：摊铺厚度与熨平振动测量装置(熨平板左右两端各一个)、GPS实时定位装置、集成控制器、数据无线发送装置(DTU)、数据库及应用服务器、摊铺实时监控客户端、车载显示装置、现场报警装置共八部分。

(一)摊铺厚度与熨平振动频率测量装置

参见图1、图2，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、倾角传感器(2个)和加速度传感器，每辆摊铺机均配套安装两套摊铺厚度与熨平振动测量装置，分别安装在摊铺机熨平装置两端的摊铺前进方向侧，在施工过程中随摊铺机在路基面上同步前进。

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。本发明实施例中钢制支架和倾斜活动梁采用不锈钢高强度材料精密加工，胶轮直径为20cm，本发明实施例对此不做限制。加速度传感器安装在钢制支架上，按照5000Hz采样频率实时采集熨平板的振动状态(加速度值)通过数据线发送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(100Hz采样频率)采集熨平板与水平面夹角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(100Hz采样频率)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。安装在熨平装置两端的两台摊铺厚度与熨平振动测量装置的倾角传感器和加速度传感器需同步采集倾角和加速度数据，并将每台装置的对应ID号，一并实时地传送到数据控制器中。

(二)GPS实时定位装置

GPS实时定位装置由GPS接收机和GPS基准站组成。GPS接收机安装在摊铺机顶部，用以确定摊铺机的平面位置坐标(x,y)，由集成控制器供电(本发明中供电电压为12V)。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(可达到厘米级)。另外，GPS基准站可与压路机碾压监控系统(心墙堆石坝施工质量实时监控方法，专利号ZL200910069245.9；心墙堆石坝碾压过程信息自动采集装置，专利号ZL200910069167.2)共用，以节省成本。GPS实时定位装置将当前的测量时间及其对应的摊铺机位置坐标通过RS-232接口连续地传送至集成控制器中的数据控制器。本发明实施例中优选美国天宝公司的R5 GPS接收机，

(三)集成控制器

集成控制器包括12V供电电源与数据控制器两部分，12V供电电源是整个装置的供电设备，本发明中优选爱唯克思RV-22000A型移动电源，向数据控制器供电。数据控制器输出5V电压，向倾角传感器和加速度传感器供电；同时输出12V电压，向车载显示装置供电。供电电源也可以选择其他品牌，本发明实施例对此不做限制。

数据控制器实现对数据的接收、计算、传送功能，本发明实施例采用凌霄系列智能终端控制器，通过编制控制程序和硬件设备集成实现以下功能：数据控制器利用RS-232数据接口与GPS接收机连接，按连续接收当前采样时刻及其对应的摊铺机平面位置坐标信息(x，y)；同时通过RS-232数据接口按实时向倾角传感器(2个)和加速度传感器发出读取数据信息指令，同步获取当前采样时刻两个倾角传感器测得的倾斜角、加速度传感器测得的加速度值，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，计算原理图见图2，计算公式如下：

H₁＝L₁×cos(90°-α-β)

h＝H₁+R-L₂

式中，h为摊铺厚度；

L₁，L₂根据钢制支架和倾斜活动梁加工尺寸确定；

R为胶轮半径；

α，β为两倾角传感器所测的倾角(与水平面之间夹角)。

此外，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。一般地，采样时间间隔T在满足工程精度要求下取足够小(本发明取1s)，这时模拟信号f_a(t)就可以用数字信号表示，即：

$f\left(n\right)=f_a(n\·T):f_s=\frac{1}{T}$

式中,f(n)是第n个离散数字信号；f_a(n·T)是n·T时刻的模拟信号；f_s是采样频率。

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。熨平板振动的加速度信号属于确定性信号里面的非周期信号，可以将熨平板振动的加速度信号视作周期为无穷大的周期信号。非周期信号f(t)采用傅里叶变换形式可表示为：

$f\left(t\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}f\left(\mathrm{\ω}\right)e^{j\mathrm{\ω}t}d\mathrm{\ω}$

式中，f(ω)称为f(t)的傅立叶变换，且

经傅立叶变换，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(包括组成振动加速度信号的各种频率及其所对应的幅值)，其中，基频即为熨平板的实际振动频率f。

同时，数据控制器将当前时刻计算得到的摊铺厚度值h和熨平振动频率值f及对应的摊铺厚度与熨平振动装置的ID号、摊铺机位置坐标等数据信息加上当前测量时间标签，放入FLASH存储器中进行缓存，并利用RAM存储器临时存贮数据；进而，通过RS-232数据接口将上述数据传输给数据无线发送装置(DTU)。本发明中数据控制器嵌入软件采用Microsoft.NET Framework平台的C^#语言开发，具有编写代码效率高、软件调试直观、维护升级方便和代码重复利用率高等优点。

(四)数据无线发送装置(DTU)

数据无线发送装置(DTU)将集成控制器通过RS-232接口发送过来的当前测量时间及其对应的摊铺机平面位置坐标、摊铺厚度值、熨平板振动频率及其对应的每台测量装置ID号等信息通过GSM (Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统)通讯模块通过GPRS或CDMA网络，传送到数据库及应用服务器。GSM通讯模块可采用西门子MC39i或华为GTM900b。该模块工作过程具体如下：首先，数据无线发送装置(DTU)将集成控制器通过RS-232接口传输过来的数据放入FLASH存储器中，再通过缓存，把数据以“栈”的方式发送给CPU(中央处理器)，其中，RAM存储器用来临时存贮数据。接着，CPU对数据进行IP(Internet Protocol，网络之间互连的协议)化，并把IP数据包交给GSM通讯模块。然后，GSM通讯模块根据定制的TCP/IP协议，按一定的时间间隔(如1s)，将当前测量时间及其对应的摊铺机平面位置坐标、摊铺厚度值、熨平振动频率值及其对应的每台测量装置ID号等数据通过GPRS (General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)或CDMA (CodeDivision Multiple Access，码分多址通信技术)网络无线发送到远程数据库及应用服务器中。为了保证数据发送的稳定性，GSM通讯模块对通用GSM模块的控制程序进行以下改进：(1)增加设备数据缓存功能，在GPRS或CDMA网络断线的情况下对数据进行存储，等网络连接正常时，再与后续数据一并发送；(2)为保证数据传输的连续性，增加断线重拨功能。

(五)数据库及应用服务器

数据库及应用服务器包括数据库模块、分析模块、信息反馈模块和GSM通讯模块。

数据库模块主要包括摊铺质量监测信息的数据接收和数据存储两部分。此模块用来与数据无线发送装置(DTU)、摊铺实时监控客户端、分析模块进行数据交互和存储，首先接收并存储由数据无线发送装置(DTU)所传输的当前采样时间及其对应的摊铺机平面位置坐标、摊铺厚度值、熨平板振动频率及其对应的两台测量装置ID号等数据；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桩号，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。本发明实施例中采用企业级版本的数据库(如SQL Server 2008)来支持数据应用，服务器通过光纤连接Internet，根据设定的服务器IP地址，DTU装置向该指定IP地址发送数据，并将接收的数据存储在数据库中。

分析模块主要实现功能为：将当前位置处的摊铺厚度和熨平板振动频率与由施工现场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作对比，判断所计算得到的摊铺厚度和熨平板振动频率是否符合控制标准。若不符合控制标准，该模块向信息反馈模块发送报警激活信号。

信息反馈模块用于发送报警信息，当分析模块发出的报警激活信号后，信息反馈模块通过Internet网络向摊铺实时监控客户端发出报警信息。该信息包含摊铺厚度值或熨平板振动频率不合格的测量装置ID号、不合格平面位置坐标及其对应厚度值或振动频率值，以及控制标准和超标情况等。

同时，信息反馈模块通过GSM通讯模块向现场报警装置(如PDA或手机)发送报警短信信息。当发生报警时，由GSM通讯模块根据预先设定的手机号码，通过GPRS网络或CDMA网络向质量管理人员所携带的报警信息接收终端(如PDA或手机)发送报警短信，该短信内容包含摊铺厚度值或熨平板振动频率不合格的测量装置ID号、平面位置坐标及其对应厚度值或振动频率值，以及控制标准和超标情况等。

(六)摊铺实时监控客户端

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、摊铺质量(摊铺厚度、熨平板振动频率)控制标准等，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，包括按公路桩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或熨平板振动频率不达标报警信息，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，达到控制标准。

(七)车载显示装置

车载显示装置安装在摊铺机驾驶室内方便操作手看到的位置，采用Windows 8操作系统，运行开发的相应软件。硬件部分包括彩色液晶屏、CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、FLASH存储器、RAM存储器、RS-232接口和电源转换模块等等。车载显示装置由集成控制器供电(本发明中供电电压为12V)，通过电源转换模块变压，再分别向CPU、FLASH存储器、RAM存储器和彩色液晶屏等各个单元供电。

车载显示模块通过RS-232接口与集成控制器相连，在液晶屏上实时地显示由数据控制器传输过来的当前测量时间及其对应的摊铺机平面位置坐标、摊铺厚度值、熨平板振动频率及其对应的两个测量装置ID号等数据。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达到摊铺质量要求。

(八)现场报警装置

摊铺现场报警装置(如PDA或手机)通过GPRS网络或CDMA网络实时接收数据库及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。本发明实施例中摊铺现场报警装置采用PDA或手机，如三星GALAXY等智能手机，本发明实施例对此不做限制。

Claims (6)

1.一种路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置，其特征是，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；

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；

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：

H₁＝L₁×cos(90°-α-β)

h＝H₁+R-L₂

式中，h为摊铺厚度；

L₁，L₂根据钢制支架和倾斜活动梁加工尺寸确定；

R为胶轮半径；

α，β为两倾角传感器所测的倾角，即与水平面之间夹角；

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。

2.如权利要求1所述的路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置，其特征是，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装置(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桩号，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CDMA网络向摊铺现场报警装置发出报警短信信息。

3.如权利要求2所述的路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置，其特征是，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，包括按公路桩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。

4.如权利要求2所述的路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置，其特征是，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。

5.如权利要求2所述的路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置，其特征是，现场报警装置通过GPRS网络或CDMA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。

6.如权利要求2所述的路面摊铺厚度和熨平振动频率的实时监测装置，其特征是，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，包括组成振动加速度信号的各种频率及其所对应的幅值，其中，基频即为熨平板的实际振动频率f。