基于GPS远程实时监控的公路路基碾压施工质量监控理论与应用研究

摘要

随着高速公路建设的快速发展，交通流量的快速激增，有关公路建设的质量问题也越来越引起公路建设者的广泛关注。路面达不到设计的使用寿命，出现早期破坏的事情时有发生，而路基压实程度不够是造成路面早期破坏的主要原因之一。但是传统的路基压实度检测方法如灌砂法，核子密度仪法和环刀法等，具有费工费时，破坏性大，影响施工等缺点。为此，研究出一种连续、准确、快速的路基施工质量检测设备，以便对路基压实质量进行全面实时监控，对确保公路施工质量具有重要的现实意义。 随着现代数据通讯技术、计算机技术、电子信息技术等高科技的迅速发展，将其与GPS公路交通相结合，已广泛应用于工程领域的各个方面。除了传统意义上工程测量方面，GPS技术可以在工程施工方面发挥重大作用。为此，研究GPS与压路机相结合的压实质量测量系统，以实现对公路路基压实施工质量的连续、准确、快速的评价，该研究对路基压实质量进行全面实时监控具有重要的现实意义。 本文首先介绍了振动压路机的工作原理及传统压实度评价方法，通过分析传统压实度检测方法的不足和缺陷，结合GPS-RTK在动态测量技术中的优越性，为碾压工艺中各项质量控制指标如：运行轨迹、运行速度、碾压遍数、平整度、层厚和土方量检测提供理论依据。随后，以工程实例-山西运城绕城高速公路路基填筑工程，利用GPS动态测量采集的数据，进行后处理分析，利用传统压实度的推导公式和数理统计方法，建立了压实度随碾压层厚度、湿密度、干密度、含水量变化的数学模型，为进一步实时获得压实度提供了可能性，并对其计算压实度的精度进行评定，对模型的准确性和可靠性进行了验证。 本文的研究成果对填筑路基压实质量的快速、无损检测具有实际应用价值。利用GPS实时监控系统，可以实时监测现场作业的工作区域、压路机的运行速度和轨迹，填筑的土方量和碾压层的压实度，掌握压实过程，避免漏检，使欠压、过压问题得以解决。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外压实度检测方法现状

1.3研究意义及其主要内容

第二章传统压实度检测方法和GPS远程实时监控检测方法理论

2.1传统压实度检测方法理论

2.1.1振动压路机的工作原理及压实过程

2.1.2传统压实度评价方法

2.1.3传统压实度评价方法存在的不足

2.2 RTK-GPS实时监控方法理论

2.2.1 RTK测量的基本原理

2.2.2 RTK测量系统的构成及其作业精度的影响因素

2.2.3 RTK测量系统的应用

2.3无线扩频通信技术简介

2.3.1扩频通信技术基本原理

2.3.2无线扩频通信技术的应用

2.4本章小结

第三章GPS远程实时监控公路路基碾压系统设计

3.1系统的组成

3.2系统的工作原理

3.2.1监控中心是本系统的核心

3.2.2 GPS基准站

3.2.3安装在压路机上的流动站

3.3系统设计的核心技术

3.4 GPS实时监控系统无线扩频通讯网络的组建

3.4.1无线扩频通讯网络中使用的通讯设备

3.4.2无线扩频通讯网络的结构设计

3.4.3无线扩频网络完整组网详细设计

3.5本章小结

第四章GPS远程实时监控公路路基碾压系统的现场测试

4.1现场测试方法概述

4.1.1现场填筑方案

4.1.2测试项目

4.1.3测试步骤

4.2数据采集

4.3数据处理与分析

4.3.1坐标系转换

4.3.2碾压数据计算

4.3.3碾压速度计算

4.3.4碾压遍数计算及统计

4.3.5平整度及三维拟合分析

4.3.6碾压层厚及填土方量计算

4.3.7压路机行车轨迹图

4.3.8高程精度分析

4.4本章小结

第五章GPS远程实时监控公路路基碾压系统压实度计算数学模型研究

5.1路基压实标准

5.2现行压实度计算模型

5.3系统压实度计算数学模型的建立

5.3.1模型一：利用压实率计算压实度

5.3.2模型二：公式推导法

5.3.3模型三：多元回归法

5.4三种模型的比较分析

5.5本章小结

第六章 基于BP人工神经网络的路基压实度预测

6.1人工神经网络简介

6.1.1人工神经网络的概念

6.1.2人工神经网络的应用及研究方向

6.1.3 BP神经网络模型及基本原理

6.1.4 BP算法的实现步骤

6.2路基压实度BP模型建立及预测

6.2.1数据预处理

6.2.2网络的层数

6.2.3网络节点数

6.2.4网络收敛极小值的确定

6.3路基压实度变化预测

6.3.1输入因子的选择

6.3.2预测模型的建立及实现

6.4三种模型与BP模型的预测结果相比较

6.5本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢