CN109001441B - 一种基于智能骨料的道路结构监测方法 - Google Patents

一种基于智能骨料的道路结构监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智能骨料的道路结构监测方法,属于建筑工程技术领域,本发明通过将智能骨料替换原道路所用的粗集料,并将智能骨料与铺设道路的其它材料调配形成混合料,将混合料进行道路铺设,通过建立基站与智能骨料的传感器建立联系并采集传感器的地理坐标,基站再将数据传输至建筑信息化模型BIM建立的道路的三维数字模型中进行显示,通过对智能骨料的分布密度和不同时间段的位置对比对道路是否发生破损进行判断,实现对道路的实时监测,本发明方法可从道路铺设开始,对道路结构进行全寿命的监测,本发明方法实时的对道路结构进行监测,以便及时的对道路出现的问题进行处理。

Description

一种基于智能骨料的道路结构监测方法
技术领域
本发明涉及一种基于智能骨料的道路结构监测方法,属于建筑工程技术领域。
背景技术
近年来,随着经济建设的发展,我国的交通道路设施得到飞速发展,道路的里程量也在不断增加。但道路在使用过程中也出现了大量的问题,为了避免这些问题的出现,需要及时的对道路结构情况进行检测。目前对于道路的检测主要为人工和车辆检测两类,然而,不管是人工检测还是车辆检测,都有各自的不足之处。人工检测容易受技术人员技术水平的影响,个人主观因素影响较大;车辆检测虽然解决了人工检测的缺点,但是受道路环境影响较大,对于一些破损严重的路面检测较为困难。
虽然目前也有一些较为先进的道路监测方法,但是只能从道路的外部整体结构入手,并不能对道路的内部结构进行检测分析,具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于智能骨料的道路结构监测方法,用于精准的对道路内部结构的稳定性与破损变形情况进行实时监测,本发明通过将智能骨料替换原道路所用的粗集料,并将智能骨料与铺设道路的其它材料调配形成混合料,将混合料进行道路铺设,通过建立基站与智能骨料的传感器建立联系并采集传感器的地理坐标,基站再将数据传输至建筑信息化模型BIM建立的道路的三维数字模型中进行显示,通过对智能骨料的分布密度和不同时间段的位置对比对道路是否发生破损进行判断,实现对道路的实时监测。
本发明基于智能骨料的道路结构监测方法,具体步骤如下:
(1)粗集料三维模型建立:根据道路混合料级配选取所需粗集料,然后将选取的粗集料运用三维扫描仪进行扫描,得到高密度点云,再运用逆向工程软件Imageware和工程软件UG对高密度点云进行点云拟合与曲面缝合,得到粗集料的三维实体数字模型;
(2)智能骨料的制备:将步骤(1)得到的粗集料的三维实体数字模型进行3D打印,得到3D打印集料,以3D打印集料为外壳,壳内设置环氧树脂、半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ、转换装置、半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ、一根以上的导线和微型无线微惯性传感器,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ位于半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ上方,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ和半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ与3D打印集料的壳内壁不接触,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ的底部通过环氧树脂与半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ接触且半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ和半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ组成球体结构,球体内设有环氧树脂、转换装置和微型无线微惯性传感器,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ、半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ分别通过导线与转换装置连接,所述转换装置通过导线与微型无线微惯性传感器连接,球内其余部分填充环氧树脂,所述3D打印集料的壳内填充环氧树脂,环氧树脂硬化后得到智能骨料;
(3)道路铺设:将步骤(2)制备的智能骨料替换原道路所用的粗集料,然后再将智能骨料与铺设道路的其它材料调配形成混合料,将混合料进行道路铺设;
(4)道路三维模型建立:根据道路设计图纸及道路设计方案,利用建筑信息化模型BIM建立道路的三维数字模型;
(5)数据采集:道路铺设完毕后,在道路起点处建立一个定位基站,然后从道路起点开始,在道路一侧每隔500米建立一个定位基站,并以起点处的定位基站为坐标原点(0,0,0),其他定位基站的坐标以坐标原点(0,0,0)为基础定位,道路一侧的定位基站采集最初道路中智能骨料的传感器传来的信号数据,并根据信号数据得到智能骨料的位置坐标,从而将智能骨料进行坐标标定并编号,然后将标定的智能骨料的位置坐标和编号传输至步骤(4)建立的道路的三维数字模型中,道路的三维数字模型中出现道路中的智能骨料的坐标位置及编号,然后道路一侧的定位基站实时将智能骨料的位置坐标传输至道路的三维数字模型中;
(6)数据处理分析:通过对比分析实时采集的数据和观察模型中智能骨料随时间推移位置的变化情况,判断道路结构的具体情况:根据初始位置的密集程度可判断道路所铺设的混合料是否具有较好的稳定性,如初始位置较为密集,则表明混合料发生了离析,结构稳定性较差;根据同一智能骨料不同时间段的位置对比可判断该位置处的道路是否发生破损,如发生了较大的位移,则表明道路在该位置发生了较为严重的破损。
所述转换装置包括整流模块、滤波模块、稳压模块和蓄电模块,所述整流模块对压电陶瓷片产生的电压进行整流,所述蓄电模块对接收的电压进行储蓄。
所述步骤(1)的粗集料为粒径>9.5mm的粗集料。
所述步骤 (2)中进行3D打印的打印材料是以无机材料粉末、高硬度砂、纤维、黏结剂、增韧剂为基础材料调配形成。
本发明的有益效果是:
1、本发明提出了一种基于智能骨料的道路结构监测方法,本发明可从道路铺设开始,对道路结构进行全寿命的监测。
2、本发明可根据初始位置的密集程度来判断道路所铺设的混合料是否具有较好的稳定性,本发明可以根据同一智能骨料不同时间段的位置对比去判断该位置处的道路是否发生破损。
3、本发明不仅可以判断初始道路结构是否具有良好的稳定性,还能实时的对道路结构进行监测,以便及时的对道路出现的问题进行处理。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图;
图2是本发明智能骨料与道路的三维模型示意图;
图3是本发明智能骨料的结构示意图;
图中各标号为:1-3D打印集料、2-环氧树脂、3-半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ、4-转换装置、5-半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ、6-导线、7-微型无线微惯性传感器。
具体实施方式
实施例:本次试验路段总长5000米,铺设采用的是沥青混合料,制备AC-25C沥青混合料,选取的级配如表1所示:
表1 AC-25C沥青混合料级配表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
按照表1中的通过率分档筛出集料进行混合料掺配,油石比4.0%,内掺矿粉3%。
本基于智能骨料的道路结构监测方法,具体步骤如下:
(1)粗集料三维模型建立:根据道路混合料级配选取所需粗集料,然后将选取粒径>9.5mm的粗集料并运用三维扫描仪进行扫描,得到高密度点云,再运用逆向工程软件Imageware和工程软件UG对高密度点云进行点云拟合与曲面缝合,得到粗集料的三维实体数字模型;
(2)智能骨料的制备:将步骤(1)得到的粗集料的三维实体数字模型进行3D打印,3D打印的打印材料是以无机材料粉末、高硬度砂、纤维、黏结剂、增韧剂为基础材料调配形成,得到3D打印集料1,以3D打印集料1为外壳,壳内设置环氧树脂2、半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ3、转换装置4、半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ5、3根导线6和微型无线微惯性传感器7,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ3位于半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ5上方,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ3和半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ5与3D打印集料1的壳内壁不接触,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ3的底部通过环氧树脂2与半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ5接触且半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ3和半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ5组成球体结构,球体内设有环氧树脂2、转换装置4和微型无线微惯性传感器7,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ3、半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ5分别通过导线6与转换装置4连接,所述转换装置4通过导线与微型无线微惯性传感器7连接,球内其余部分填充环氧树脂2,所述3D打印集料1的壳内填充环氧树脂2,环氧树脂2硬化后得到智能骨料,转换装置4包括整流模块、滤波模块、稳压模块和蓄电模块,所述整流模块对压电陶瓷片产生的电压进行整流,所述蓄电模块对接收的电压进行储蓄;
(3)道路铺设:将步骤(2)制备的智能骨料替换原道路所用的粗集料,然后再将智能骨料与铺设道路的其它材料调配形成混合料,将混合料进行道路铺设;
(4)道路三维模型建立:根据道路设计图纸及道路设计方案,利用建筑信息化模型BIM建立道路的三维数字模型;
(5)数据采集:道路铺设完毕后,在道路起点处建立一个定位基站,然后从道路起点开始,在道路一侧每隔500米建立一个定位基站,本次试验路段为5000米,共建立10个定位基站,并以起点处的定位基站为坐标原点(0,0,0),其他定位基站的坐标以坐标原点(0,0,0)为基础定位,道路一侧的定位基站采集最初道路中智能骨料的传感器传来的信号数据,并根据信号数据得到智能骨料的位置坐标,从而将智能骨料进行坐标标定并编号,然后将标定的智能骨料的位置坐标和编号传输至步骤(4)建立的道路的三维数字模型中,道路的三维数字模型中出现道路中的智能骨料的坐标位置及编号,然后道路一侧的定位基站实时将智能骨料的位置坐标传输至道路的三维数字模型中;
(6)数据处理分析:通过对比分析实时采集的数据和观察模型中智能骨料随时间推移位置的变化情况,判断道路结构的具体情况:根据初始位置的密集程度可判断道路所铺设的混合料是否具有较好的稳定性;根据同一智能骨料不同时间段的位置对比可判断该位置处的道路是否发生破损。
本实施例得方法流程结构图如图1所示,本实施例中智能骨料在道路中的分布如图2所示,分布位置较为均匀,表明混合料并没有离析;通过实时监测发现,智能骨料位置随时间的推移并没有发生较大变形,只有部分位置发生了细微的移动,并不影响路面的正常使用,本实施例所用智能骨料的具体结构如图3所示,智能骨料内部传感器的供电由两个半球形薄壁压电陶瓷片受压产生的电压进行供电,无需外接电源,方便操作。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种基于智能骨料的道路结构监测方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)粗集料三维模型建立:根据道路混合料级配选取所需粗集料,然后将选取的粗集料运用三维扫描仪进行扫描,得到高密度点云,再运用逆向工程软件Imageware和工程软件UG对高密度点云进行点云拟合与曲面缝合,得到粗集料的三维实体数字模型;
(2)智能骨料的制备:将步骤(1)得到的粗集料的三维实体数字模型进行3D打印,得到3D打印集料(1),以3D打印集料(1)为外壳,壳内设置环氧树脂(2)、半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ(3)、转换装置(4)、半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ(5)、一根以上的导线(6)和微型无线微惯性传感器(7),所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ(3)位于半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ(5)上方,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ(3)和半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ(5)与3D打印集料(1)的壳内壁不接触,所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ(3)的底部通过环氧树脂(2)与半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ(5)接触且半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ(3)和半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ(5)组成球体结构,球体内设有环氧树脂(2)、转换装置(4)和微型无线微惯性传感器(7),所述半球形薄壁压电陶瓷片Ⅰ(3)、半球形薄壁压电陶瓷片Ⅱ(5)分别通过导线(6)与转换装置(4)连接,所述转换装置(4)通过导线与微型无线微惯性传感器(7)连接,球内其余部分填充环氧树脂(2),所述3D打印集料(1)的壳内填充环氧树脂(2),环氧树脂(2)硬化后得到智能骨料;
(3)道路铺设:将步骤(2)制备的智能骨料替换原道路所用的粗集料,然后再将智能骨料与铺设道路的其它材料调配形成混合料,将混合料进行道路铺设;
(4)道路三维模型建立:根据道路设计图纸及道路设计方案,利用建筑信息化模型BIM建立道路的三维数字模型;
(5)数据采集:道路铺设完毕后,在道路起点处建立一个定位基站,然后从道路起点开始,在道路一侧每隔500米建立一个定位基站,并以起点处的定位基站为坐标原点(0,0,0),其他定位基站的坐标以坐标原点(0,0,0)为基础定位,道路一侧的定位基站采集最初道路中智能骨料的传感器传来的信号数据,并根据信号数据得到智能骨料的位置坐标,从而将智能骨料进行坐标标定并编号,然后将标定的智能骨料的位置坐标和编号传输至步骤(4)建立的道路的三维数字模型中,道路的三维数字模型中出现道路中的智能骨料的坐标位置及编号,然后道路一侧的定位基站实时将智能骨料的位置坐标传输至道路的三维数字模型中;
(6)数据处理分析:通过对比分析实时采集的数据和观察模型中智能骨料随时间推移位置的变化情况,判断道路结构的具体情况:根据初始位置的密集程度可判断道路所铺设的混合料是否具有较好的稳定性;根据同一智能骨料不同时间段的位置对比可判断该位置处的道路是否发生破损。
2.根据权利要求1所述的基于智能骨料的道路结构监测方法,其特征在于:所述转换装置(4)包括整流模块、滤波模块、稳压模块和蓄电模块,所述整流模块对压电陶瓷片产生的电压进行整流,所述蓄电模块对接收的电压进行储蓄。
3.根据权利要求1所述的基于智能骨料的道路结构监测方法,其特征在于:所述步骤(1)的粗集料为粒径>9.5mm的粗集料。
4.根据权利要求1所述的基于智能骨料的道路结构监测方法,其特征在于:所述步骤(2)中进行3D打印的打印材料是以无机材料粉末、高硬度砂、纤维、黏结剂、增韧剂为基础材料调配形成。
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