基于LabVIEW的压路机压实度管理系统开发

曹源文，乔 峰

(重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 400074)

据资料可知，道路施工要求振动压路机施工中辗压5遍以上，且每一次压实都会采集到大量数据[1]。为此，需要对压路机在不同工况下采集的数据进行有效管理，并在压实过程中能够快速调用压实度与加速度的相关关系式进行分析计算。笔者借助虚拟仪器软件LabVIEW和Access数据库对压路机在不同施工条件下的振动加速度与压实度的关系式以及用户信息进行了整合和管理，通过Access数据库储存大量的施工数据，并利用LabVIEW软件进行数据的检索、添加、修改和删除[2]。

1 数据库建立

建立数据库是整个系统开发的前提和基础，因为数据库和系统的维护管理以及功能实现都密切关联。按照实际需求在系统中创建两个数据表，首先介绍Access创建数据库的过程[3]。由于Access所建数据库的扩展名为.mdb，因而使用Access创建的数据库称为MDB数据库。数据库信息如表1。

表1 数据库信息Table 1 Database information

2 系统开发

通过编程软件LabVIEW开发的管理系统主要功能有以下几点：①为方便对用户信息进行识别和管理，设置身份认证窗口来进行用户登陆；②按照工程实际和用户需求，对数据库的数据设置数据添加、数据查询、数据修改、数据删除等功能[4-6]。

基于以上分析，建立压实度数据管理系统，如图1。

图1 系统结构Fig. 1 Structure of the system

以下为各个窗口的设计界面。

1)登录窗口

为了有效保护数据库存储数据的安全性，用户需要在系统主界面之前进行身份验证，即在登录窗口输入用户名和密码以进行身份核验。当数据库内包含该用户的身份信息时，系统便提示登陆成功，可以进行后续操作。

2)主窗口

整个系统中起导航作用的是系统的主窗口，创口的上部是当前的数据库路径选择，中间部分是各个工况下的压实度与加速度关系式，而功能选项位于窗口的右侧，根据需求可以进行数据刷新、添加。删除和搜索等操作。整个主界面间接明了，可读性强，主窗口界面如图2。

图2 主窗口Fig. 2 The main window

3)数据添加窗口

当前的数据库建立的还不够完善，为此，设置数据添加窗口，将更多机型的压路机和筑路材料组合的相关关系式输入到数据库中，从而完善不同工况下压实度与振动加速度的关系式。在主界面中点击添加按钮，将压路机机型和各参数以及路基的土类和含水量、以及相关关系式等信息录入数据库，单击保存即可实现数据的添加。数据添加窗口如图3。

图3 数据添加窗口Fig. 3 Data-adding window

4)数据查询窗口

随着数据库的逐渐完善，数据量会越来越大，因此当用户在这庞大的数据中寻找某一条件的数据时，就需要设置数据搜索功能，单击主窗口的搜索按钮，在搜索界面输入查询的对象和类型，即可检索出符合条件的数据项，数据查询窗口如图4。

图4 数据查询窗口Fig. 4 Data-searching window

5)数据修改窗口

在数据库的使用过程中，当发现某些数据需要更正或修改时，需要设置数据修改窗口。通过修改条件中的行和列选出需要修改的参数位置，然后输入更正后的参数，便可实现数据的修改。数据修改窗口如图5。

图5 数据修改窗口Fig. 5 Data-modifying window

6)数据删除窗口

当压路机施工的某些工况随着技术的改进而改变时，原始的压实度-加速度相关关系式便失去意义，这时需要将其移除数据库。因此设计了数据删除窗口。通过数据查询找出失去意义的数据，选中此数据行，然后单击删除将其移除。数据删除窗口如图6。

图6 数据删除窗口Fig. 6 Data-deleting window

7)数据设置窗口

在数据库中可以存放有多个数据表，单击设置按钮，输入数据表名称可以选择当前需要查看的数据表。数据库文件存放在指定数据库路径中，数据设置窗口如图7。

图7 数据设置窗口Fig. 7 Data-setting window

3 应用实例

在数据库建立之后，为探究其能否运用于实际施工中，结合安徽省交通厅科技计划项目——“安徽省路面远程智能监管系统研究”，在施工现场对其进行工程试验[7]。

试验中选择的压路机型号为龙工的LG522A，其主要参数为：振幅1.9 mm，频率28 Hz。在土基、底基层和基层上分别进行试验，即让LG522A振动压路机分别在各个路基层上依次辗压6遍，在碾压中运用压实度连续检测的实时分析系统对其进行同步检测，试验结束后将检测结果与传统压实度检测方法的结果进行对比和验证[8]。具体试验步骤如下。

1)将加速度传感器DH186通过磁盘吸附，安装在压路机振动轮的轴心位置并垂直于地面。

2)将其连接线接入DH5902数据采集分析仪中，并将数据采集分析仪固定在驾驶室座椅的下部。

3)将笔记本电脑固定于压路机仪表盘附近以便施工人员直接观察，并将数据采集分析仪通过网线与其相连。

4)在现场设备连接之后，对其进行参数设置：传感器连接通道根据接线位置选择通道一即可；信号采集量程为200 mV；信号输入方式为ICP；采样频率路基通常选择500 Hz，压路机的参数和路基参数也分别录入系统界面即可。

上述步骤确保无误后，即可开始现场数据的采集。首先，传感器将采集原始加速度信号，并将其通过数据采集分析仪传入检测系统中，由于原始信号包换许多噪声和杂质成份，因此需要对其进行成份分析、滤波去噪，然后再将处理后的加速度信号通过相关关系式拟合出相应的压实度信息。在道路施工中压实度达到96%即可认为其压实合格，因此，设置提示灯，当压实度小于其设定值96%则认为没有达到施工标准，提示灯显示为红色，而当压实度检测值超过预设值后，提示灯将由红色变为绿色。以下将分别从试验中的3个结构层的压实结果进行分析。

3.1 土基层

压路机最先碾压的路基为土基层，该层使用的材料通常为亚砂土。在该层辗压6遍后，根据采集到的振动加速度信号，压实度连续检测的实时分析系统显示6遍辗压后的压实度值；图8分别为第2遍、第4遍和第6遍的压实结果中截取的某一状态的压实状况。从中可以看出在第2遍和第4遍压实中，路基压实度尚未达到标准，因此指示灯为红色，当压实第6遍时，压实度值显示为0.982 853，超过了预设值，从而指示灯变绿，提醒施工人员压实合格。

图8 土基层压实结果Fig. 8 Compaction results of soil base

在每一遍碾压结束后，利用传统压实度检测方法——灌砂法测量压实路段的压实度值，并将其与本系统的测量值进行对比分析，二者的误差分析结果如表2。从表2中可以看出相对误差较小，试验结果可靠。

表2 两种测量方法测得的压实度值误差分析Table 2 Error analysis of compaction degree values measuredby two methods

3.2 底基层

压路机碾压的第2层材料通常为低剂量的水泥稳定碎石，使用相同的方法进行辗压，碾压6遍过后记录其加速度和压实度值，同样再次用灌砂法测量每一遍压实后的压实度，二者的误差分析结果如表3。

表3 两种测量方法测得的压实度值误差分析Table 3 Error analysis of compaction degree values measuredby two methods

3.3 基 层

压路机碾压的第3层材料通常为水泥稳定碎石，方法同上，灌砂法与系统检测的误差分析结果如表4。

表4 两种测量方法测得的压实度值误差分析Table 4 Error analysis of compaction degree values measuredby two methods

由图8及表2～表4综合分析可知，振动压路机在不同的路基材料上辗压后，系统检测测得的压实度值与灌砂法测得的压实度值进行对比分析，二者的相对误差最大仅为2.4%，最小可达到0.56%，说明误差范围可控，系统测量精度相对较高，验证了压实度连续检测的实时分析系统的稳定可靠性。

4 结 论

1)在对路基压实度与振动加速度相关关系分析的基础上，利用施工现场的测量数据，将压路机的振幅、频率和路基的土类、含水量等4种工况下求取了大量压实度-振动加速度的相关关系式，并借助Access数据库，将其整合在一起，实现了压实度信息的有效管理。

2)借助虚拟仪器编程软件LabVIEW，开发了压实度的数据库管理系统，并在系统中设计了用户登录窗口、主窗口及其附属的数据添加窗口、查询窗口、修改窗口、删除窗口、和设置窗口等，既增加了安全性，又便于用户操作，提高了使用效率。

3)结合安徽省重点科技项目，分别在路基的3个结构层上进行压路机碾压试验，测得了施工过程中的加速度与压实度的相关数据，然后与传统压实度检测方法——灌砂法测得的压实度值进行误差分析，验证了压实度连续检测的实时分析系统的准确性，能够将其应用于实际施工作业中。

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