基于物联网的道路路面施工质量实时监控系统研究

道路是一个国家最重要的基础设施之一，对国民经济的发展有着巨大的拉动作用。近30年来，我国公路交通事业发展迅猛，到2012年底，我国高速公路里程已突破8.5万km。公路已成为人们出行的重要途径，公路质量，特别是与行车直接接触的路面质量的优劣有着巨大的社会影响。

纵观我国各种产业的质量进步大都经历了购置先进设备、吸纳人才和引进先进管理理念的过程。路面建设质量的技术进步过程亦然如此。几十年来，我国开展了大量公路工程的科学研究，也取得了大量科研成果，但却基本上忽略了对路面质量管理系统的研究。对于路面这类公共产品，目前我国施工质量管理系统及管理技术还不太完整，目前质量管理水平低下，已经成为制约我国公路路面质量进一步提升和发展的瓶颈。为提高道路路面建设管理水平和管理效率，提高沥青路面建设质量，本文研究开发了基于物联网的路面施工质量实时监控系统。

目前路面质量管理存在的主要问题是无法突出“过程要素、根源管理”，从而实现“全过程控制”。

1)对最重要原材料沥青混凝土的生产管理做不到过程控制。普通拌和厂每d生产约2000t沥青混凝土，但实验室只用2～4kg即重量的百万分之一的样品进行质量检验，且检验完成后，沥青混凝土已出厂。效率低下的事后检测很难起到质量控制作用。

2)对沥青混凝土原材料的运输做不到过程控制。一般来说，混凝土拌和厂与现场施工有一段距离，车辆有可能在运输过程中出现抛锚、堵车等现象，从而使运输到现场的混凝土因降温可能已不满足施工要求，且也不能够知道每车混凝土铺筑的具体位置。

3)对路面厚度做不到过程控制。目前国内路面厚度基本上凭经验施工，再辅以人工的厚度检测。而真正的厚度检测则在路面修筑完成后才进行，其实这已经是质量检查而非质量控制了。

4)对路面压实做不到过程控制。压实是路面建设最重要的环节，路面各种性能(包括抗裂、抗车辙、抗疲劳、抗水破坏等)直接与压实有密切关系。而目前路面压实虽然规定了较详细的施工工艺，但由于靠人工监控碾压遍数，导致5～6台碾压设备很难实现预定的碾压工艺，碾压遍数难以确定，因此严重影响了路面的质量。

5)对道路破坏的原因无法追朔。路面的早期破坏有很多原因，但因为做不到过程控制，因此很难发现是什么原因造成的破坏，也就无法根据破坏原因有针对性地提出预防破坏的具体措施，这也是制约我国路面技术发展的重要因素之一。

针对以上问题，本文通过物联网技术，在国内外首次实现了对生产的每t沥青混凝土质量、每辆运输车辆、每cm2的路面厚度和压实质量实时的过程监控，大大提高了检测效率，节约了人工检测成本，同时对每t混凝土的铺筑位置的精确记录，其对于分析道路破坏原因具有很好的追溯性。

物联网(Internet of Things)也叫传感网，是“物物相连”的一种网络，是将如红外感应器、射频识别装置、全球卫星定位系统(GPS)、激光扫描等各种传感设备与互联网相结合形成的一个巨大网络。它通过赋予物体电子标签或二维码来进行物体标识，并通过相关中间件与无线网络进行连接，从而实现人与物、物与物的互联和回话。物联网的另一种定义为:按照既定的相关协议，将任何相关物体与互联网络进行连接，并在此基础上进行大量的信息通讯与交换，从而实现智能化的识别、定位、监督及管理。

道路路面施工质量实时监控系统由热拌沥青混合料质量实时监测子系统、沥青混合料运输监测子系统、摊铺机监测子系统及压实质量监测子系统组成。各个子系统以组件的形式插入至整个系统中，其既可独立运行又可通过中间件共享数据库达到互相支撑的作用。

道路路面施工质量实时监控系统具有诸多优势，为公路施工质量控制的发展提供了一种新的思路:1)可实时、准确、全面地采集数据。物联网条件下所有施工设备上的监测数据都将提交到数据库，施工过程中所有质量检测及统计结果均可通过网络实时传送给项目管理者，为项目管理者第一时间发现问题并进行决策提供可靠、有效的数据。2)可全面覆盖施工全过程，沥青混合料的生产、运输、摊铺、碾压4个重大环节都在监测范围内。3)所有数据均具有标识性和回溯行，为日后的养护提供了第一手原始数据。

目前本系统已在清东陵高速公路施工中得到了应用，取得了良好效果。其中，压实质量实时监控系统和热拌沥青混合料质量实时监控系统尤其取得了良好的监测效果。