沥青拌合站智能监控系统开发及其在高速公路养护工程中的应用

段美栋，张泽东，赵 凯，孙 强

（1.山东高速股份有限公司，山东 济南 250101；2. 济南市第二公路事业发展中心，山东 济南 271100；3.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031）

引言

施工行为不规范、质量控制不标准、监控效果不得力和执行力不足已成路面建设领域通病，也是路面过早出现病害的根源。2011年交通部印发《高速公路施工标准化活动实施方案》，旨在解决这一问题。大量工程实践表明，混合料拌和是沥青路面施工的核心环节，拌和环节的过大波动会直接导致混合料配比失稳，造成路面的内在质量受到致命影响，因此实现路面施工的标准化，首先要实现拌合环节的标准化、自动化控制[1-3]。

重视沥青路面施工质量的过程控制，是公路沥青路面质量大幅度提升的重要举措。目前我国一般采用“事前检验、事后把关”的方法对沥青路面施工质量进行管理，这仅仅起到一个记录和事后反省作用，出现质量缺陷时，不能识别是哪个施工环节出现的问题，给分析问题原因和后期整改造成极大困难。因此如何实时对施工过程中产生的问题进行反馈、处理是施工中急需解决的问题[4-5]。Fares Beainy[6]等研究了基于人工神经网络的沥青压实度质量控制方法，通过人工神经网络算法计算现场传感器采集数据，实时控制施工过程压实质量；赵子豪[7]提出采用移动计算机终端和施工过程智能监控系统组成道路施工智能监控系统，实时监控沥青拌合站、摊铺机、压路机的参数；陈艳[8]提出采用数字图像处理技术，对沥青拌合站设备进行实时监控，及时调整拌合站生产参数。

1 沥青拌合站智能监控系统优势

沥青拌合站智能监控系统实现混合料生产数据在线监控、出厂数据实时检测及生产数据分析预警等功能，解决混合料生产过程中出现减少沥青用量偷工减料、私自改变配合比、出厂数据检测数据造假、混合料出厂覆盖不严等问题，加强混合料生产过程监管。通过物联网信息管理技术减少管理过程的人工干预及数据造假，提升混合料生产质量，弥补了传统工程质量管理的不足。并且能够全面升级公路工程建设与服务水平，打造品质工程。

2 沥青拌合站智能监控系统组成及其功能

2.1 系统概述

沥青拌合站智能监控系统通过数据采集系统实时采集沥青拌合站生产信息，经云端服务器分析处理后在网页上展示，拌和监控指标见表1。该系统提供数据分析预警机制、历史查询功能、数据图表化功能等，后台技术人员可以对沥青混合料各项关键指标进行追溯、分析，并及时将报警信息通知给现场管理人员。

表1 拌和监控指标

2.2 系统原理

沥青拌合站智能监控系统的结构见图1。（1）利用沥青混凝土拌合站动态质量监控系统及相关软件，通过拌合站本身的计量系统，对生产的全过程进行实时的监控。（2）监控的数据通过无线网或有线网上传至具有独立IP的远程监控中心数据库，便于后续查看和统计。（3）系统配备智能预警系统，一旦发现数据超标可以及时通过短信方式通知现场施工人员。

图1 沥青拌合楼管控结构

2.3 软硬件要求

2.3.1 硬件设备

沥青拌合站智能监控系统需要在拌合站控制室安装数据采集终端，通过网口与拌合站控制室电脑连接，数据采集终端，见图2。拌合站控制电脑需安装与数据采集终端相匹配的软件，拌合站生产数据通过网络上传至云端数据库。

图2 数据采集终端

2.3.2 软件设计

沥青拌合站智能监控系统需要在拌合站控制电脑安装相匹配软件，具备实时监控、历史查询、预警管理和生产报表等四大功能板块，功能介绍见表2。

表2 拌合站功能模块

3 高速公路养护工程应用

为进一步提高山东省高速公路养护工程的施工质量，打造养护品质工程，对2019年度养护维修专项工程所用的8个沥青拌合站安装了质量监控系统，并实时采集各沥青拌合站的生产数据。

3.1 系统界面

监控系统首页见图3。

图3 监控系统首页

3.2 系统功能展示

3.2.1 生产状态

系统可显示最近5 d的数据以及累计生产数据，见图4。

图4 生产状态

3.2.2 生产数据监控

可以根据拌合站、级配类型、日期、类型选择查询所需要的数据，点击数据中查看按钮，在此处可以查看每盘料油石比、温度、级配曲线，见图5。

图5 实时生产数据查询

3.2.3 历史数据统计

统计拌合站历史生产数量，可以查询任意时间段的生产总体情况，见图6。

图6 历史数据统计

3.2.4 图标统计

可以根据日期、类型、拌合站查询产量、温度、油石比、级配、用料，见图7、图8。

图7 产量统计

图8 油石比、温度、级配统计

3.2.5 全天生产统计

对拌合站生产数据（骨料用量、沥青用量、粉料用量、外加剂用量、各类温度）进行采集、判断、预警、展示，见图9～图11。即对每一盘混合料的生产配合比参数进行在线检测分析比较，判定计量的超限情况，达到对混合料生产质量状态进行监控的目的。

图9 全天油石比走势

图10 全天温度走势

图11 内掺波动走势

3.2.6 报警数据监控

可以根据拌合站、级配类型、日期、类型进行报警数据统计，系统页面直观反映报警原因，点击查看，直观查看超限原因，见图12。在混合料拌和时，系统并不是每盘料出现异常数据立即报警，而是连续几盘料出现较大波动时，才会启动报警机制，这样有效避免了偶然因素造成的影响。分级预警机制是系统根据人员不同等级设置三级预警，避免了短信对高层管理人员的工作干扰。

图12 超限图表

4 结语

通过对养护工程用沥青拌合站生产数据的实施采集和分析发现，2019年度养护维修专项工程的沥青混合料总体稳定，质量可控。但受原材料、沥青拌合站计量系统、加热系统等方面的波动影响，拌合站生产数据（矿料级配、油石比、出料温度）有时会出现超规范范围的情况。此时系统会及时发出预警信息，将该情况反馈给业主方、监理方和施工方，对出现的问题及时分析和处理，有效保证了沥青混合料自身的品质和施工质量。