CN111236011B - 一种基于智能骨料的路面压实质量监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种路面压实监控系统。本发明所提供的路面压实监控系统，包括压路装置单元和路面单元，所述压路装置单元包括压路机本体、位于压路机本体上的位置监测装置和位于压路机本体的压轮上的加速度监测装置，所述路面单元包括沥青路面结构，所述沥青路面结构中包括骨料，至少部分的骨料为智能骨料，所述智能骨料包括外壳和位于外壳中的智能骨料监测装置。本发明所提供的路面压实监控系统可以将压路机的压实参数与骨料的运动特征联系起来，使得压路机信息与骨料信息两者相结合，实现路面压实精确智能监控。

Description

一种基于智能骨料的路面压实质量监控系统

技术领域

本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种路面压实监控系统，并进一步提供使用该路面压实监控系统的路面压实方法。

背景技术

沥青路面由于其行车舒适性，低噪音，维修养护方便等特点，在我国道路中得到了广泛应用。特别的，高速公路几乎全部采用沥青混凝土路面。但是部分公路的施工质量仍存在一定问题。路面压实是保证公路路面质量的重要环节。

传统的压实检测方法大多只是监控压路机的压实参数，且只是在压实结束后进行检测，而由于压实路面往往难以返工、或者返工会给路面带来一定缺陷，所以传统的压实方法并不能有效地保证压实过程达到理想的结果，从而导致路面结构整体质量的下降。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种路面压实监控系统及其对应的路面压实方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种路面压实监控系统，包括压路装置单元和路面单元，所述压路装置单元包括压路机本体、位于压路机本体上的位置监测装置和位于压路机本体的压轮上的加速度监测装置，所述路面单元包括沥青路面结构，所述沥青路面结构中包括骨料，至少部分的骨料为智能骨料，所述智能骨料包括外壳和位于外壳中的智能骨料监测装置。

在本发明一些实施方式中，所述压路装置单元还包括位于压路机本体上的路面温度监测装置。

在本发明一些实施方式中，所述智能骨料均匀分布于沥青路面结构中。

在本发明一些实施方式中，每平方米的道路中智能骨料的分布量是3～5个。

在本发明一些实施方式中，所述智能骨料的粒径为25-30mm。

在本发明一些实施方式中，所述智能骨料的外壳和智能骨料监测装置之间设有填充物，所述填充物优选为环氧树脂。

在本发明一些实施方式中，所述智能骨料还包括位于外壳中的电源，所述电源与智能骨料监测装置电连接。

在本发明一些实施方式中，所述骨料为AC-25级配。

在本发明一些实施方式中，所述路面压实监控系统还包括数据处理装置，所述数据处理装置分别与位置监测装置、加速度监测装置和智能骨料信号连接。

本发明另方面提供一种路面压实方法，使用上述的路面压实监控系统，包括：

收集压实过程中智能骨料的加速度信息；

收集压实过程中压路机本体的压轮上的加速度信息；

调整压路机本体的压轮的加速度，以使得智能骨料的加速度达到目标数值；

所述智能骨料的加速度的目标数值根据智能骨料的加速度信息与路面压实度之间的关系确定。

在本发明一些实施方式中，通过位置监测装置确定压路机本体的压轮与智能骨料之间的位置关系。

在本发明一些实施方式中，通过预铺设路面确定所需铺设的路面中智能骨料的加速度信息与路面压实度之间的关系。

在本发明一些实施方式中，所述路面压实方法还包括：收集路面温度信息，所述智能骨料的加速度的目标数值根据相同的路面温度条件下智能骨料的加速度信息与路面压实度之间的关系确定。

附图说明

图1显示为本发明路面压实监控系统结构示意图。

图2显示为本发明路面单元结构示意图。

图3显示为本发明智能骨料结构示意图。

元件标号说明

1 压路装置单元

11 压路机本体

12 位置监测装置

13 加速度监测装置

14 路面温度监测装置

2 路面单元

21 沥青路面结构

22 智能骨料

221 外壳

222 智能骨料监测装置

2221 处理芯片

2222 加速度传感器

223 填充物

224 电源

3 数据处理装置

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容容易地了解本申请发明的其他优点及功效。

本发明第一方面提供一种路面压实监控系统，包括压路装置单元和路面单元，所述压路装置单元包括压路机本体、位于压路机本体上的位置监测装置和位于压路机本体的压轮上的加速度监测装置，所述路面单元包括沥青路面结构，所述沥青路面结构中包括骨料，至少部分的骨料为智能骨料，所述智能骨料包括外壳和位于外壳中的智能骨料监测装置。本发明发明人通过将智能骨料设置于路面结构中，在使用过程中，通常可以先通过所述路面压实监控系统进行试压，在试压过程中可以模拟实际铺设时路面的情况，采用相同的压路机、路面材料、铺设参数等，在试压过程中，通过压路机本体上的位置监测装置确定压路机本体的位置信息，并通过压轮上的加速度监测装置实时监测压轮的加速度信息，通过路面温度监测装置实时监测路面的温度，通过智能骨料中的智能骨料监测装置实时监测智能骨料的加速度等信息，并在试压结束以后检测各路段的压实度，从而建立智能骨料的加速度与路面压实度之间的联系。随后在实际铺设过程中，依然可以通过所述路面压实监控系统对铺设过程进行监控，通过位置监测装置、加速度监测装置、路面温度监测装置和智能骨料监测装置分别获取相关信息，在加速度监测装置的监测下实时调节压轮的加速度，以之前建立的智能骨料的加速度与路面压实度之间的联系作为参考依据，从而通过调整压轮的加速度以对应调节其对应位置智能骨料的加速度，从而可以使路面压实完成后，获得期望的压实度。

本发明所提供的路面压实监控系统中，所述压路机本体通常可以是各种适用于对沥青路面实现压实的压路机，通常为振动式压路机，即其是利用自身的重力和振动对沥青路面进行压实。所述位置监测装置通常位于压路机本体上，例如，可以位于驾驶室顶部，从而可以监测压路机本体和/或其压轮位置，合适的位置监测装置对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，可以是GPS接收器。所述加速度监测装置通常位于压路机本体的压轮上，例如，可以位于振动轮的振动轴上，从而可以监测压路机本体的压轮的加速度，合适的加速度监测装置对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，可以是电容式加速度传感器等。

本发明所提供的路面压实监控系统中，所述压路装置单元还可以包括路面温度监测装置，所述路面温度监测装置通常位于压路机本体上，例如，可以位于压路机前部车架，从而可以监测对应路面的温度情况，合适的路面温度监测装置对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，可以是红外线测温仪等。

本发明所提供的路面压实监控系统中，所述智能骨料通常可以均匀分布于沥青路面结构中，从而可以有效地对路面各部分的情况实施监控，在试压过程中可以更充分、准确地建立智能骨料的加速度与路面压实度之间的联系。例如，所述沥青路面结构21中，智能骨料通常可以均匀分布；再例如，所述沥青路面结构21中，每平方米的道路中智能骨料的分布量可以是3～5个。

本发明所提供的路面压实监控系统中，所述沥青路面结构中通常包括骨料，以起到骨架和填充的作用。所述骨料中，至少部分的骨料为智能骨料，从而可以将智能骨料混杂于整体骨料中，在铺设时均匀分布于沥青路面结构中。所述智能骨料通常包括外壳和位于外壳中的智能骨料监测装置。所述智能骨料的外壳通常需要用一定的强度，从而可以保护内部的智能骨料监测装置，而其形状和构造则是本领域技术人员可以调整的，例如，智能骨料的外壳材料可以为尼龙材料等，再例如，智能骨料的外壳的形状通常与骨料的形状是相匹配的，通常可以是中空的骨料形状等。所述智能骨料监测装置通常可以用于提供智能骨料的加速度信息，其通常可以包括加速度传感器和处理芯片，所述加速度传感器通常用于获取智能骨料的加速度信息，具体可以是MPU9250(维特)等，所述处理芯片通常与加速度传感器电连接，以用于将加速度传感器所获得的测量信息进行输出，具体可以是E18-MS1-PCB(亿佰特)等。所述智能骨料的外壳和智能骨料监测装置之间通常设有填充物，从而可以使得智能骨料监测装置不与外壳接触，以保证智能骨料监测装置的稳定性，例如，所述填充物可以为环氧树脂等材料。所述智能骨料还可以包括位于外壳中的电源，所述电源可以与智能骨料监测装置电连接，以提供智能骨料监测装置的电能。通常来说，智能骨料的尺寸与其路面结构中其他部分骨料的尺寸是保持对应的，例如，沥青路面结构中骨料可以为AC-25级配；再例如，所述智能骨料的粒径可以为25-30mm；智能骨料的内腔通常可以容纳其中的各部件，且可以保证各部件时间有合适量的填充材料，例如，智能骨料的外壳的壁厚可以为2～5mm。

本发明所提供的路面压实监控系统中，所述路面压实监控系统还可以包括数据处理装置，所述数据处理装置可以分别与位置监测装置和/或加速度监测装置和/或路面温度监测装置和/或智能骨料(例如，智能骨料中的处理芯片)信号连接，从而可以接受各监测装置输出的数据信息，以方便进行后续处理。所述数据处理装置具体可以是计算机、单片机等。

本发明第二方面提供一种路面压实方法，使用本发明第一方面所提供的路面压实监控系统，包括：

收集压实过程中智能骨料的加速度信息；

收集压实过程中压路机本体的压轮上的加速度信息；

调整压路机本体的压轮的加速度，以使得智能骨料的加速度达到目标数值；

所述智能骨料的加速度的目标数值根据智能骨料的加速度信息与路面压实度之间的关系确定。如上所述，在所述路面压实方法中，可以通过所述路面压实监控系统对铺设过程进行监控，通过位置监测装置、加速度监测装置、路面温度监测装置和智能骨料监测装置分别获取相关信息，在加速度监测装置的监测下实时调节压轮的加速度，以之前建立的智能骨料的加速度与路面压实度之间的联系作为参考依据，从而通过调整压轮的加速度以对应调节其对应位置智能骨料的加速度，从而可以使路面压实完成后，获得期望的压实度。在沥青路面的压实过程中，通常可以对路面进行多次压实，例如，可以包括初压、复压、终压等，所以智能骨料的加速度与路面压实度之间的联系通常可以是指路面压实度与多次压实过程中智能骨料在各压实过程中的加速度之间的关系，即一个路面压实度通常可以对应多个智能骨料的加速度，所述多个智能骨料的加速度分别对应多个不同的压实过程。所以，为了获得期望的压实度，通常需要在各压实过程中，均参照该特定的压实过程中智能骨料所需要达到的加速度，然后通过调整压轮的加速度以对应调节其对应位置智能骨料的加速度。

本发明所提供的路面压实方法中，在压实过程中，通常可以通过位置监测装置确定压路机本体的压轮与智能骨料之间的位置关系，从而可以准确地知晓在调整压路机本体的压轮的加速度以后，会对哪一部分路面和/或智能骨料产生影响。

本发明所提供的路面压实方法中，可以通过预铺设路面确定所需铺设的路面中智能骨料的加速度信息与路面压实度之间的关系。在实际路面压实之前，通常可以先通过所述路面压实监控系统进行试压，在试压过程中可以模拟实际铺设时路面的情况，采用相同的压路机、路面材料、铺设参数等，在试压过程中，通过压路机本体上的位置监测装置确定压路机本体的位置信息，并通过压轮上的加速度监测装置实时监测压轮的加速度信息，通过路面温度监测装置实时监测路面的温度，通过智能骨料中的智能骨料监测装置实时监测智能骨料的加速度等信息，并在试压结束以后检测各路段的压实度，从而建立智能骨料的加速度与路面压实度之间的联系。

本发明所提供的路面压实方法中，所述路面压实方法还包括：收集路面温度信息。试压过程中，收集路面的温度信息，可以知晓在特定路面温度条件下，路面中智能骨料的加速度信息与路面压实度之间的关系，而在实际路面压实过程中，则可以根据路面的温度信息，选择合适的对应参照，使得所述智能骨料的加速度的目标数值可以根据相同的路面温度条件下智能骨料的加速度信息与路面压实度之间的关系确定。

本发明所提供的路面压实监控系统及其对应的路面压实方法，可以将压路机的压实参数与骨料的运动特征联系起来，使得压路机信息与骨料信息两者相结合，实现路面压实精确智能监控，可以在压实的过程中对路面最终的压实效果进行实时反映，具有整体性与实时性，并能够为压实参数的确定提供准确的参考依据。

下面通过实施例对本申请的发明予以进一步说明，但并不因此而限制本申请的范围。

实施例1

实施例中所使用的各物料信息如下：

沥青混合料：玄武岩碎石，矿粉和沥青，采用AC-25级配(JTG-F40-2017《公路沥青路面施工技术规范》)，具体级配组成如表1：

表1矿质混合料的级配组成

油石比4.3％，其中，石指的是矿料，油指的是70号沥青。

按照规范标准方法，沥青混合料在表1的级配下组成，进行300m沥青路面试铺试压，将30个普通骨料替换为智能骨料，具体步骤为：

(1)制备智能骨料：从智能骨料外壳模型数据库中随机30个粒径25～30mm、壁厚为4mm的骨料，利用尼龙PA66材料3D打印装置打印出智能骨料外壳。搭载的加速度传感器模块和数据传输模块的芯片型号为维特MPU9250和亿佰特E18-MS1-PCB，电源的型号为驰特LIR2032，安装在智能骨料外壳的内部。芯片不与外壳接触，空隙内填满E54环氧树脂，待环氧树脂固化后得到智能骨料。

(2)放置智能骨料；在沥青混合料进行搅拌之前，将30个普通骨料替换为智能骨料。替换后的沥青混合料经过搅拌，摊铺过程铺设在路面上。此时，通过现场设置的定位基站，确定智能骨料在路面上的位置。

(3)进行压实过程：使用搭载监控系统的压路机开始压实，压路机具体为Caterpillar CS78B，其上设有GPS接收器，红外测温传感器广州纹徕仪器仪表有限公司SA50AC，电容式加速度传感器波谱KD1010L，压实包括初压、复压、和终压三个过程，并将数据实时传递至处理终端。同时，实时接收智能骨料的加速度信息，得到智能骨料的速度、位置信息。

(4)进行数据处理：实时显示并记录压路机速度、压路机位置、压轮加速度、路面温度信息，并将这些数据与各个智能骨料的加速度以及位置信息对比、整合，试压压实完成后，采用钻芯取样法对压实度进行测试(具体参照《公路沥青路面施工技术规范》中的相关内容)，从而获得压路机压实参数，即可确定智能骨料参数(智能骨料的加速度)和最终压实度之间的关系，即两者之间的关系曲线，为设置压实参数提供参考。

实施例2

随后，即可对实际路面进行压实，实际路面所使用的沥青混合料、油石比、智能骨料等物料和参数与实施例1中相同，压实过程中，实时显示并记录压路机速度、压路机位置、压轮加速度、路面温度信息，并将这些数据与各个智能骨料的加速度以及位置信息对比、整合，并根据所需要的路面压实度，参照智能骨料的加速度信息与路面压实度之间的关系确定智能骨料所需要达到的加速度，并不断通过调整压路机本体的压轮的加速度来调节智能骨料的加速度，以使得智能骨料的加速度达到目标数值。压实完成以后，采用钻芯取样法对路面压实度进行测量，路面实际的压实度为97.2％。

参照上述方法对实际路面进行压实的实验过程，其中未采用智能骨料替换普通骨料，并直接对路面进行初压、复压、和终压。压实完成以后，采用钻芯取样法对路面压实度进行测量，路面的压实度为96.7％。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种使用路面压实监控系统进行路面压实的方法，所述路面压实监控系统包括压路装置单元(1)和路面单元(2)，所述压路装置单元(1)包括压路机本体(11)、位于压路机本体(11)上的位置监测装置(12)和位于压路机本体(11)的压轮上的加速度监测装置(13)，所述路面单元(2)包括沥青路面结构(21)，所述沥青路面结构(21)中包括骨料，至少部分的骨料为智能骨料(22)，所述智能骨料(22)包括外壳(221)和位于外壳中的智能骨料监测装置(222)，所述使用路面压实监控系统进行路面压实的方法包括：

收集压实过程中智能骨料(22)的加速度信息；

收集压实过程中压路机本体(11)的压轮上的加速度信息；

调整压路机本体(11)的压轮的加速度，以使得智能骨料(22)的加速度达到目标数值；所述智能骨料(22)的加速度的目标数值根据智能骨料(22)的加速度信息与路面压实度之间的关系确定，通过调整压轮的加速度以对应调节其对应位置智能骨料(22)的加速度，从而获得期望的路面压实度；

所述智能骨料(22)的加速度信息与路面压实度之间的关系的确定方法包括：通过所述路面压实监控系统进行试压，在试压过程中模拟实际铺设时路面的情况，采用相同的压路机、路面材料和铺设参数，在试压过程中，通过压路机本体(11)上的位置监测装置(12)确定压路机本体(11)的位置信息，并通过压轮上的加速度监测装置(13)实时监测压轮的加速度信息，在试压结束以后检测各路段的压实度，从而建立智能骨料(22)的加速度信息与路面压实度之间的关系。

2.如权利要求1所述的使用路面压实监控系统进行路面压实的方法，其特征在于，所述压路装置单元(1)还包括位于压路机本体(11)上的路面温度监测装置(14)。

3.如权利要求1所述的使用路面压实监控系统进行路面压实的方法，其特征在于，所述智能骨料(22)均匀分布于沥青路面结构(21)中。

4.如权利要求1所述的使用路面压实监控系统进行路面压实的方法，其特征在于，所述智能骨料(22)的粒径为25-30mm；

和/或，所述智能骨料(22)的外壳(221)和智能骨料监测装置(222)之间设有填充物(223)。

5.如权利要求4所述的使用路面压实监控系统进行路面压实的方法，其特征在于，所述填充物(223)为环氧树脂。

6.如权利要求1所述的使用路面压实监控系统进行路面压实的方法，其特征在于，所述智能骨料(22)还包括位于外壳中的电源(224)，所述电源(224)与智能骨料监测装置(222)电连接；

和/或，所述骨料为AC-25级配。

7.如权利要求1所述的使用路面压实监控系统进行路面压实的方法，其特征在于，所述路面压实监控系统还包括数据处理装置(3)，所述数据处理装置(3)分别与位置监测装置(12)、加速度监测装置(13)和智能骨料(22)信号连接。

8.如权利要求1所述的使用路面压实监控系统进行路面压实的方法，其特征在于，通过位置监测装置确定压路机本体(11)的压轮与智能骨料(22)之间的位置关系。

9.如权利要求1所述的使用路面压实监控系统进行路面压实的方法，其特征在于，所述路面压实方法还包括：收集路面温度信息，所述智能骨料(22)的加速度的目标数值根据相同的路面温度条件下智能骨料(22)的加速度信息与路面压实度之间的关系确定。

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