物联网技术在道路铺设方面的应用

1 引言 1.1 道路铺设现状 高速公路的一个主要路面结构形式是水泥混凝土路面。水泥混凝土路面具有高强度、刚度大、长寿命、磨损小以及良好的耐水性和环境适应性的特点，能充分地利用地方丰富的建材资源。水泥混凝土摊铺是工程建设路面施工中的核心环节，一般采用滑模摊铺机进行摊铺，滑模摊铺机具有很高的施工速度，工程建设质量、自动化程度、智能化程度较高。但是由于我国的水泥混凝土路面滑模摊铺机施工过程不能按照规范、设计要求进行较有效控制、施工，导致麻面、塌边、裂缝很多，平整度不理想，密实度也不够，施工质量往往达不到设计的使用寿命。在施工中，进行高标准的质量控制，保证路基路面应有的强度和稳定性是最经济有效的管理措施。 随着我国公路的建设不断深入，工程区域的工程条件变得更为复杂，引进新设备、新工艺也使施工技术更为复杂。施工质量由于建设条件艰苦以及施工难度增大等问题难以保障。 1.2 物联网技术现状 物联网技术是通过射频识别技术及传感设备、通信网以及互联网等传输系统、云计算以及大数据处理等综合应用系统，按约定的协议，实现真正意义上的物物互联，并实现智能化定位、监控、管理和应用的一种网络技术。 2009年，我国提出“感知中国，感知城市”，大力推动我国经济结构的转型。物联网的行业应用需求非常广泛，如交通、金融、安防物流、电力、零售、医疗、环保等，但是目前在各行业的发展并不均衡。从整体上来看，我国的物联网仍然处于初级发展阶段，技术标准、产品、市场均不成熟，不同行业在物联网的政策倾向、市场需求和技术、市场成熟度等方面差别比较大。 1.3 道路铺设系统总体架构 系统总体结构如下图所示： 图1 道路铺设系统总体架构 基于物联网的道路铺设远程监控系统主要包括传感器数据采集系统、网络传输系统以及远程监控系统。数据采集模块完成视频信号、施工参数数据采集功能，与网络传输系统连接，完成采集数据信号的发送。无线网络传输系统利用数据采集装置所支持的3G等无线网络传输功能，对采集的视频数据信号、施工参数数据压缩后进行实时传宋。远程监控系统连接到Internet后，打开服务器监控软件，可完成采集信息的接收、保存、后台处理操作等，并可基于采集到的数据进行数据挖掘等进一步处理与应用。 2 存在问题和解决方法 2.1 工程质量监管 2.1.1 存在问题 传统的工程质量监管过程中现场检查、检测和监督存在信息传递渠道不畅、工作效率低等问题，难以及时有效地对工程建设质量进行动态监控。 2.1.2 解决方法 针对上述问题，运用物联网相关技术，把监测、传感设备安装到公路的工程实体中，以路面的施工现场例，路面为主要的数据采集源头，通过智能化终端设备对路面的关键施工质量参数进行实时采集，通过3G等无线网络将数据传输远程监控中心，以完成公路施工质量的实时远程监控功能。远程监控中心可以利用云存储、数据库等存储采集到的数据，对数据进行进一步的管理、分析，进行综合决策，完成对公路工程施工参数的优化和控制，促进公路施工的规范化、标准化管理，延长路面使用寿命，减少后续的维修支出。 2.1.3 物联网架构 图2 物联网系统架构（1） （1）支撑感知层 支撑感知层利用摄像头、传感器等，采集机械施工过程中的相关施工参数和视频数据，包括视频监控、路面角度、铺设厚度、铺设密度等，通过3G等无线网络系统实时传输到远程监控中心。采集的数据存储到专门的数据库系统中，经过综合应用层处理后，可以方便地供用户查询，并用于综合决策。 （2）无线传输层 无线传输层完成采集数据到远程监控中心的传输。由于公路工程施工的特殊性，无线传输层可以综合利用无线网络、互联网技术，其中无线网络可以为2G、3G、4G系统以Zigbee、802.11a/b/g/n等。 （3）综合应用层 综合应用层主要表现形式为便于与用户交互的人机操作界面，主要包括视频监视、铺设信息采集系统、铺设分析决策系统、数据库信息管理系统。远程操作人员可以通过铺设信息采集系统清晰的获知铺设路面的倾斜角度、铺设厚度、铺设密度等信息，通过分析决策系统对铺设质量进行实时分析，保证铺设质量。远程视频监控能够实时将路况信息通过视频传输过来，为决策提供了保障。数据库管理系统中存放着道路铺设的详细历史数据，通过分析历史数据，能够保证决策的科学性。 2.2 工程机械的租赁 2.2.1 存在问题 客户付首付款，然后把机器开走，如果不还机械，甚至损坏机械，这些问题怎么解决？ 2.2.2 解决方法 通过使用物联网，进行远程控制，保证资产安全。在租赁机械上安装GPS定位系统以及各种检测机械状态的传感器。当机械出租以后，公司可以在器械使用时定位其所在位置，如果客户不还款，我们还可以远程锁车，还钱后解锁。公司还可以通过传感器实时获得机械相关数据，如果有人专门破坏机械，传感器会将实时数据传给公司进行分析，追究其责任。 2.2.3 物联网架构图 图3 物联网系统架构（2） （1）支撑感知层 支撑感知层利用传感器、摄像头、GPS系统、行车记录仪等设备，采集机械使用过程中的位置信息、使用状态、以及视频数据，通过3G等无线网络系统实时传输到远程监控中心。采集的数据存储到专门的数据库系统中，经过综合应用层处理后，可以方便地供用户查询，并用于综合决策。 （2）无线传输层 无线传输层完成采集数据到远程监控中心的传输。由于机械的特殊性，无线传输层可以综合利用无线网络、互联网技术，其中无线网络可以为2G、3G、4G系统以Zigbee、802.11a/b/g/n等。 （3）综合应用层 综合应用层表现为出租商与机械进行交互的人机操作界面，主要包括GPS导航定位系统、智能锁车系统、机械状态监控系统以及各种信息管理系统。当客户不交租金时，可以通过智能锁车系统将机械锁车，然后通过GPS定位系统获知机械位置方便寻车。机械状态监控系统实时监控机械使用状态，当机械连续使用时间超过其规定时间时，智能提醒户主停止机械运转，若远超过规定的单次使用时间时可以远程智能锁车。 2.3 经营模式 2.3.1 存在问题 怎样改善原有的传统经营模式，提高效益。 2.3.2 解决方法 通过传感器，采集燃油消耗、铺设长宽高、消耗水泥混凝土量等数据，传送到终端进行分析，获得运行状况，合理规划安排日程，减少不必要的能耗和原材料损耗，提高经济效益。 2.3.3 物联网架构图 图4 物联网系统架构（3） （1）支撑及感知层 支撑及感知层主要利用各种类型的传感器，采集机械使用过程中的机械使用状态、燃油消耗情况、铺设长宽高的信息以及原材料消耗信息，通过3G等无线网络系统实时传输到远程监控中心。采集的数据存储到专门的数据库系统中，经过综合应用层处理后，可以方便地供用户查询，并用于综合决策。 （2）无线传输层 无线传输层完成采集数据到远程监控中心的传输。由于机械的特殊性，无线传输层可以综合利用无线网络、互联网技术，其中无线网络可以为2G、3G、4G系统以Zigbee、802.11a/b/g/n等。 （3）综合应用层 综合应用层表现为客户与机械进行交互的人机操作界面，主要包括原材料管理、铺设速度分析、机械状态监控、信息综合管理系统。使用者可以通过电脑上传送过来的信息合理的安排生产实践。原材料管理系统可以获知原材料的消耗状态，及时补充原材料，提高铺设效率。铺设速度分析系统可以通过铺设长宽高以及铺设速度合理分配每天的铺设长度，更好地安排日程。机械状态监控系统实时获得机械的状态，尽可能防止机械突然损坏影响进程。 3 结束语 物联网在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线通信技术、云计算技术等，构造一个万物互联的世界。在物联网中，无需人为干预，物品之间能够进行信息“交流”。物联网是多种技术的综合运用，也将反过来推动这些技术的发展。物联网作为未来抢占的重要方向，作为新经济增长点、产业结构转型的巨大推动力，将极大地提高社会管理、公共服务的效率和水平。 1 引言 1.1 道路铺设现状 高速公路的一个主要路面结构形式是水泥混凝土路面。水泥混凝土路面具有高强度、刚度大、长寿命、磨损小以及良好的耐水性和环境适应性的特点，能充分地利用地方丰富的建材资源。水泥混凝土摊铺是工程建设路面施工中的核心环节，一般采用滑模摊铺机进行摊铺，滑模摊铺机具有很高的施工速度，工程建设质量、自动化程度、智能化程度较高。但是由于我国的水泥混凝土路面滑模摊铺机施工过程不能按照规范、设计要求进行较有效控制、施工，导致麻面、塌边、裂缝很多，平整度不理想，密实度也不够，施工质量往往达不到设计的使用寿命。在施工中，进行高标准的质量控制，保证路基路面应有的强度和稳定性是最经济有效的管理措施。 随着我国公路的建设不断深入，工程区域的工程条件变得更为复杂，引进新设备、新工艺也使施工技术更为复杂。施工质量由于建设条件艰苦以及施工难度增大等问题难以保障。 1.2 物联网技术现状 物联网技术是通过射频识别技术及传感设备、通信网以及互联网等传输系统、云计算以及大数据处理等综合应用系统，按约定的协议，实现真正意义上的物物互联，并实现智能化定位、监控、管理和应用的一种网络技术。 2009年，我国提出“感知中国，感知城市”，大力推动我国经济结构的转型。物联网的行业应用需求非常广泛，如交通、金融、安防物流、电力、零售、医疗、环保等，但是目前在各行业的发展并不均衡。从整体上来看，我国的物联网仍然处于初级发展阶段，技术标准、产品、市场均不成熟，不同行业在物联网的政策倾向、市场需求和技术、市场成熟度等方面差别比较大。 1.3 道路铺设系统总体架构 系统总体结构如下图所示： 图1 道路铺设系统总体架构 基于物联网的道路铺设远程监控系统主要包括传感器数据采集系统、网络传输系统以及远程监控系统。数据采集模块完成视频信号、施工参数数据采集功能，与网络传输系统连接，完成采集数据信号的发送。无线网络传输系统利用数据采集装置所支持的3G等无线网络传输功能，对采集的视频数据信号、施工参数数据压缩后进行实时传宋。远程监控系统连接到Internet后，打开服务器监控软件，可完成采集信息的接收、保存、后台处理操作等，并可基于采集到的数据进行数据挖掘等进一步处理与应用。 2 存在问题和解决方法 2.1 工程质量监管 2.1.1 存在问题 传统的工程质量监管过程中现场检查、检测和监督存在信息传递渠道不畅、工作效率低等问题，难以及时有效地对工程建设质量进行动态监控。 2.1.2 解决方法 针对上述问题，运用物联网相关技术，把监测、传感设备安装到公路的工程实体中，以路面的施工现场例，路面为主要的数据采集源头，通过智能化终端设备对路面的关键施工质量参数进行实时采集，通过3G等无线网络将数据传输远程监控中心，以完成公路施工质量的实时远程监控功能。远程监控中心可以利用云存储、数据库等存储采集到的数据，对数据进行进一步的管理、分析，进行综合决策，完成对公路工程施工参数的优化和控制，促进公路施工的规范化、标准化管理，延长路面使用寿命，减少后续的维修支出。 2.1.3 物联网架构 图2 物联网系统架构（1） （1）支撑感知层 支撑感知层利用摄像头、传感器等，采集机械施工过程中的相关施工参数和视频数据，包括视频监控、路面角度、铺设厚度、铺设密度等，通过3G等无线网络系统实时传输到远程监控中心。采集的数据存储到专门的数据库系统中，经过综合应用层处理后，可以方便地供用户查询，并用于综合决策。 （2）无线传输层 无线传输层完成采集数据到远程监控中心的传输。由于公路工程施工的特殊性，无线传输层可以综合利用无线网络、互联网技术，其中无线网络可以为2G、3G、4G系统以Zigbee、802.11a/b/g/n等。 （3）综合应用层 综合应用层主要表现形式为便于与用户交互的人机操作界面，主要包括视频监视、铺设信息采集系统、铺设分析决策系统、数据库信息管理系统。远程操作人员可以通过铺设信息采集系统清晰的获知铺设路面的倾斜角度、铺设厚度、铺设密度等信息，通过分析决策系统对铺设质量进行实时分析，保证铺设质量。远程视频监控能够实时将路况信息通过视频传输过来，为决策提供了保障。数据库管理系统中存放着道路铺设的详细历史数据，通过分析历史数据，能够保证决策的科学性。 2.2 工程机械的租赁 2.2.1 存在问题 客户付首付款，然后把机器开走，如果不还机械，甚至损坏机械，这些问题怎么解决？ 2.2.2 解决方法 通过使用物联网，进行远程控制，保证资产安全。在租赁机械上安装GPS定位系统以及各种检测机械状态的传感器。当机械出租以后，公司可以在器械使用时定位其所在位置，如果客户不还款，我们还可以远程锁车，还钱后解锁。公司还可以通过传感器实时获得机械相关数据，如果有人专门破坏机械，传感器会将实时数据传给公司进行分析，追究其责任。 2.2.3 物联网架构图 图3 物联网系统架构（2） （1）支撑感知层 支撑感知层利用传感器、摄像头、GPS系统、行车记录仪等设备，采集机械使用过程中的位置信息、使用状态、以及视频数据，通过3G等无线网络系统实时传输到远程监控中心。采集的数据存储到专门的数据库系统中，经过综合应用层处理后，可以方便地供用户查询，并用于综合决策。 （2）无线传输层 无线传输层完成采集数据到远程监控中心的传输。由于机械的特殊性，无线传输层可以综合利用无线网络、互联网技术，其中无线网络可以为2G、3G、4G系统以Zigbee、802.11a/b/g/n等。 （3）综合应用层 综合应用层表现为出租商与机械进行交互的人机操作界面，主要包括GPS导航定位系统、智能锁车系统、机械状态监控系统以及各种信息管理系统。当客户不交租金时，可以通过智能锁车系统将机械锁车，然后通过GPS定位系统获知机械位置方便寻车。机械状态监控系统实时监控机械使用状态，当机械连续使用时间超过其规定时间时，智能提醒户主停止机械运转，若远超过规定的单次使用时间时可以远程智能锁车。 2.3 经营模式 2.3.1 存在问题 怎样改善原有的传统经营模式，提高效益。 2.3.2 解决方法 通过传感器，采集燃油消耗、铺设长宽高、消耗水泥混凝土量等数据，传送到终端进行分析，获得运行状况，合理规划安排日程，减少不必要的能耗和原材料损耗，提高经济效益。 2.3.3 物联网架构图 图4 物联网系统架构（3） （1）支撑及感知层 支撑及感知层主要利用各种类型的传感器，采集机械使用过程中的机械使用状态、燃油消耗情况、铺设长宽高的信息以及原材料消耗信息，通过3G等无线网络系统实时传输到远程监控中心。采集的数据存储到专门的数据库系统中，经过综合应用层处理后，可以方便地供用户查询，并用于综合决策。 （2）无线传输层 无线传输层完成采集数据到远程监控中心的传输。由于机械的特殊性，无线传输层可以综合利用无线网络、互联网技术，其中无线网络可以为2G、3G、4G系统以Zigbee、802.11a/b/g/n等。 （3）综合应用层 综合应用层表现为客户与机械进行交互的人机操作界面，主要包括原材料管理、铺设速度分析、机械状态监控、信息综合管理系统。使用者可以通过电脑上传送过来的信息合理的安排生产实践。原材料管理系统可以获知原材料的消耗状态，及时补充原材料，提高铺设效率。铺设速度分析系统可以通过铺设长宽高以及铺设速度合理分配每天的铺设长度，更好地安排日程。机械状态监控系统实时获得机械的状态，尽可能防止机械突然损坏影响进程。 3 结束语 物联网在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线通信技术、云计算技术等，构造一个万物互联的世界。在物联网中，无需人为干预，物品之间能够进行信息“交流”。物联网是多种技术的综合运用，也将反过来推动这些技术的发展。物联网作为未来抢占的重要方向，作为新经济增长点、产业结构转型的巨大推动力，将极大地提高社会管理、公共服务的效率和水平。

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