公路质量监管综合监控平台的建构范文

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需求分析

1市场需求分析

目前，在高速公路质量综合管理方面，国内已有项目拌和站或重点工程的施工现场运用了视频监控技术，即通过对现场视频监控，远程获取现场施工进展状况;有的项目在水泥混凝土拌和站运用了自动实时监测技术和GPRS无线传输技术，即通过对拌和站生产数据实时采集和无线传输，远程获取拌合站生产状况;但针对项目质量管理内在的整体流程或关键环节，如原材料运输、混合料的拌和生产、施工配合比、运料车进出拌合场识别及称重、路面摊铺、碾压等数据的采集、数理统计与分析，以及实现现代化信息技术与工程施工控制技术的结合方面，尤其是与国内施工规范和项目管理理念的有机结合，还是一个空白。所以，项目建设过程质量智能管理将成为新的趋势，利用现代化信息技术在推进科技创新的同时，加强公路工程建设领域信息化的建设，满足日益增长的工程管理现代化需求。

2用户需求分析

山东省青州至临沭高速公路(简称青临高速)主线全长约228km，全线采用双向6车道高速公路国家标准建设，路基全宽34.5m，设计时速120km/h，汽车荷载为公路I级。全线设20个沥青拌和站，路面工程228km，7866km2，特大桥1座，大桥36座，中桥25座，小桥50座，涵洞298座，隧道2座，820m。全线设互通立交16处，分离立交34处，通道278处，天桥97座。项目分为3个项目办，2个总监办，9个驻地办，24个标段，参建单位多，管理难度大，路面工程管理技术数据繁杂。由于项目在时间和空间上的跨度较大，对项目管理提出了更高的要求，特别是在如何节约管理成本，实现绿色节能、综合智能管理提出了更高的要求。高速公路质量管理综合监控系统是根据交通部加强公路工程质量管理的需要，遵循国际质量管理标准和交通运输部技术标准设计研发的专业系统。

系统依据在建的青临高速项目，在借鉴机电工程技术的基础上，进行系统集成和提升创新，通过增设网络通信设备、有效利用已有硬件设备资源，采用“点－线－面”的分阶段研发实施的思路，构架出青临高速公路项目的质量综合监控管理体系。通过将拌和站、重点工程及施工现场的视频监控、生产数据实时监测进行整合，并充分利用视频分析技术、车牌识别技术、GPS车辆定位技术、GPRS无线传输技术，SPC统计过程控制(StatisticalProcessControl，简称SPC)等重要手段对数据进行二次挖掘和数理统计分析，形成一套完整的工程质量安全动态监管体系，是对目前传统工程质量监管体系的突破，有效管理施工质量，提高项目施工管理效率。

平台结构

系统基于J2EE标准体系架构，采用流行的浏览器/服务器(Browser/Server，简称B/S)结构，构建高速公路质量管理系统的综合监控平台，有效实现施工安量管理，建立多级用户、立体化管理模式。根据业务需求，系统平台B/S结构如图1所示。平台对拌和站、重点工程及施工现场的视频监控、生产数据实时监测进行了整合，并对这些数据进行了二次挖掘和数理统计分析，形成了一套完整的工程质量安全动态监管体系，工作流程如图2所示。平台有效地实现了施工安量管理，建立了多级用户、立体化管理的模式，技术架构如图3所示。

平台组成

本平台科学地确定主要设备的技术参数和施工图3平台技术架构图Fig.3Platformtechnicalstructure规范，在运料车上安装GPS车载定位设备，测试定位数据传输到远程服务器的稳定性，将定位数据在地图上显示，确定运料车当前位置、历史位置及行车路线;针对各标段的拌和站、重点构造物及路面施工现场情况，架设无线网桥和网络球型摄像机，进行网络配置，并进行现场视频网络传输压力测试;在拌和站控制PC上安装拌合数据采集和无线传输器，在重点位置安装红外测温传感器，通过信号数字化处理系统，通过GPRS无线网络通信系统对拌和生产参数等信息进行实时监测;安装计重设备及车牌识别装置，采集运输车辆数据，与拌合生产、摊铺数据进行闭合控制;在摊铺机、碾压机上安装红外测温传感器，通过信号数字化处理系统，对现场路面施工各温度指标信息等进行监控和预警。

平台分为软件和硬件，软件主要是将终端数据即GPS车辆定位数据、拌和站、重点工程和施工现场的视频数据、沥青混合料生产数据、车辆识别及车辆称重数据通过“无线接入+有线传输”方式传到项目数据中心的服务器中;通过本系统对各类业务数据进行数理统计、汇总、并确定分析的结果，绘制质量分析图及正态分布图。业主、总监办、驻地办等主管负责人可以分权限基于Internet网络登陆系统，查询监控部位的实时数据，从而全方位达到质量监控的目的。硬件主要实现从拌和设备、拌和站工控PC及拌合场计重设备等设备的通信串口上实时读取数据的功能。平台由6个子系统组成。

1视频监控子系统

针对于青临高速施工现场情况复杂，战线比较长，且都处于野外没有有线网络接入条件的情况，我们采取“远端无线接入+项目部有线传输”的方式实现远程的视频监控系统，总体就是说:项目部到各个拌和站之间没有很好的有线网络连接条件，采用无线网桥的接入方式，而项目部和总指挥部之间，由于各个项目部，目前都有了不同程度的网络接入，具备了有线传输视频的条件，所以建议采用有线传输的方式，这样既保证了传输的效果，又节省了成本。

为保障公路施工期间的质量与安全，满足质量管理综合监控平台系统的使用，在整个路段的标段试验室、拌和站、料场、预制场及重点工程施工现场设置监控点，将施工现场的情况通过WLAN技术实时将各监控点的图像传输至分控中心(各项目经理部)，分控中心可以做到本地存储监控图像，方便以后调用，同时还能通过网络控制现场监控点的监控摄像。监控中心(项目指挥部)可以随时通过网络调用查看分控中心所有现场视频，对现场情况一目了然。

2车辆管理子系统

对商品沥青运输车辆进行监控，监控人员通过具体操作，查看每个拌和站的商品沥青运输车辆数量，监控每部车辆的运输过程。综合运用GPS车辆定位系统和车牌识别系统，监控中心电脑界面上直观显示拌和站分布图，每个拌和站车辆运行状态图，及车辆情况(如运输距离、下单时间、出厂时间、卸料时间、出工地时间、回厂时间、车辆超速情况、超时情况、车辆运行轨迹……)等信息，满足拌和站商品沥青运输车辆的管理、监控。

3拌和站生产监测子系统

本系统将拌和站生产加工数据自动采集，并通过网络或GPRS、3G、4G等无线网络通信系统实时上传到远程服务器中，并能实现与采集数据一起参与配合比设计，以保证数据的准确性、及时性，避免手工录入数据容易出现的漏洞，且将实际每盘的生产配合比与实验室提供的设计配比进行比较。如果生产配合比和设计配合比相差过大，系统自动报警，且可根据要求发送系统短信给项目部相关人员、主管领导。

系统运行应在拌和站、各标段项目经理部、项目指挥部之间建立数据关联，才能实现各拌和站的数据统一，实现材料消耗与生产数量的一一对应。要实现有效的数据关联，通讯方式可采用GPRS、3G、4G等无线数据模块，无线数据发送方便，无需网络，只要有手机信号的地方即可实现数据双向通讯，且采集数据以文档的形式进行保存，数据格式简单，易于保存阅读。中心服务器建在项目指挥部或某数据中心，领导可通过WEB网络直接查看各拌和站数据运行情况，各实验室同时可将试验数据及用料情况提交至数据中心，与实际生产数据进行对比验证，确保误差在可控范围内。

4路面施工监测子系统

主要分为路面施工现场中摊铺、碾压现场进行视频监控，以及施工过程中的温度指标等相关数据的采集。利用摊铺机和碾压机有车载电源，在工程车辆上安装一套监控系统，通过无线传输系统传输到系统内，随时调看现场情况。可直接将红外测温仪安装在车辆上，通过摊铺机和碾压机的车载电源供电，安装位置要满足温度能准确采集。所有现场施工的温度数据都通过RS232串口传输到GPRS无线传输模块，通过GPRS无线传输模块发送到远程服务器;并在解析后保存到数据库中，以保证数据的准确性、及时性，避免手工录入数据容易出现的漏洞。

5统计分析子系统

对传输到数据库的生产数据进行分析。料仓用量:通过对各料仓矿料用量总量的统计，便于及时采取补料措施，保证各料仓均衡储料;生产能力:通过对每次生产的水泥混凝土、水泥稳定土、沥青混合料总量(即盘累计质量)按照生产日期进行统计，对比工程项目的需求用量，进行产能评估分析，确保拌和楼的生产能力和工程规模及用量需求相匹配。路面施工现场监测由相关的质量数据的检测分析得出相关质量控制模型，主要包括汇总评定判断标记(以是否合格为标准)、质量正态分布图、质控图、直方图等相关图形。实现车辆信息查询，内部运料车管理:自动记录车辆图像、车牌号码、车主姓名、进入日期和时间，方便管理者设置或查询相关车辆数据，如打印报表、数据统计查询等。中心数据库具备丰富的、全面的数据信息，提供车辆的相关信息查询，例如运料车位置及状态、车牌号、车型、驾驶员名称、所属单位及联系方式等。

6系统管理子系统

包括生产混合比的标准、施工温度范围标准的设定以及每级用户的密码、权限管理等。

关键技术

平台的创新点在于将视频图像无线传输技术、车牌识别技术、GPS定位技术、GPRS等无线网络通讯技术、自动实时监测技术有机地整合在一个系统平台中，实现了高速公路安全质量全过程的闭合控制和管理。其中，下面的3种技术为系统的关键支撑技术。

1拌和站实时动态生产数据采集技术

由于各施工单位的拌和站设备型号不同，使得拌和站的数据采集工作变得复杂，且采集方式多样化。青临项目各标段的拌和站生产数据信息主要有以下几种采集方式:

(1)直接从拌和设备的485工业串口采集数据;

(2)可从拌和站工控PC的串口采集数据;

(3)实时抓取拌和站工控PC显示器当前屏幕页面，进行图像文字识别(OCR)，获取数据。

2现场路面施工温度数据实时采集技术

采用红外线测温设备，通过数字化处理和转换，读取并解析路面施工实时数据，通过GPRS无线网络通讯方式到远程服务器，系统以“质量控制图+数据”的方式，并根据规范参数要求，动态且实时地显示路面施工数据，一目了然，数据实时监测图如图4所示。GPS车辆定位技术.在运料车上安装GPS车载设备，设置定位频率，并对运料车进行编号，设备获取车辆所在位置的经纬度，上传到远程服务器，通过系统设计好相应接收数据的接口，接收并解析定位数据，将数据保存进入远程服务器的数据库之中。同时，在系统中实现相应地图展示模块，分别显示运料车的当前位置、历史位置及历史轨迹。

结论

高速公路质量管理综合监控平台对沥青运输车辆应用GPS定位技术实时监控行车路线，清楚地了解每辆车的状况、每次运输的执行情况，有效杜绝了管理盲区，提高运输监管的力度和透明度;通过合理地选择监摄地点，充分利用高科技手段对拌和站、料场、重要工程及路面施工现场进行实时监控与录像，实时抓拍各类违规行为，为质量综合管理提供有力的依据和证明;通过GPRS无线通信技术对沥青拌和站生产中各料仓所用原材料、生产指标，及路面施工现场温度指标实时采集上传，及时了解生产和施工的质量安全动态，有效控制核心数据，确保质量的稳定性;在拌和料场应用车牌识别技术，对运料车进行实时识别、统计，将数据保存至专用项目服务器中，生成报表资料，实时掌握进出料场运料车的动态信息，供相关管理部门调阅和查看，实现了施工过程的施工数据电子化保存，实现了施工过程的可追溯化，真正实现了施工质量管理的终身制。

高速公路质量管理综合监控平台的开发，具有较高的实用性与创新性，能有效监控并指导拌和站生产及路面施工，实现高速公路质量综合监控管理，实现了先进的信息技术与高速公路建设管理的有机结合。据初步测算，本系统在青临高速公路项目的成功运用，每年为每个施工单位节约项目管理费和质量安全管理费20万元以上，为监理单位节约项目管理费40万元以上，为建设单位节约项目管理费100万元以上，具有显著的经济效益和社会效益。

作者：杨永顺李广毅陈志明单位：山东省交通运输厅公路局济南奥联信息科技有限公司山东省青州至临沭高速公路建设项目办公室