一种基于物联网的公路工程质量管理系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于物联网的公路工程质量管理系统及方法，属于公路工程技术领域，包括：根据万能机数据库机构、沥青指标数据库结构和拌合站数据库结构，分别创建万能机、压力机和拌合站设备的通用数据源模板；把通用数据源模板集成到试验室和拌合站设备软件，将试验数据和拌合站生产数据写入到通用数据源中；部署采集客户端，在采集客户端中选择通用数据源，采集并同步试验数据和拌合站生产数据；利用数据分析工具，将试验数据和拌合站生产数据进行可视化展示。实现跨数据库平台，使访问数据库的速度更快，功能性更强，使空间数据应用更灵活，解决了采集客户端不能兼容、数据不能集成的问题。

说明书

技术领域

本发明属于公路工程技术领域，具体地，涉及一种基于物联网的公路工程质量管理系统及方法。

背景技术

高速公路的建设涉及路基、路面、桥梁和隧道等工程，这些工程建设的好坏将决定整个告诉公路工程建设水平的高低，为了提高公路工程建设的质量，亟需一种能够通过物联网技术来监测路基坚固程度、路面厚度平整度、以及钢箱梁牢固度等指标的公路工程质量管理系统。

传统的公路工程质量管理系统，针对现场管理的设备进行监控通常会存在以下两个问题：一是单片机无法通过联网监控，只能在单台试验机、拌合站设备中执行数据采集，无法将现场各种传感器、GPS定位仪、RFID等物联网设备的数据进行互联互通，因此无法实现联网监控；二是不同厂家的设备存在不同试验机测试软件和拌合站设备智能控制软件，无法做到兼容采集，在试验室和拌合站的建设中，不同标段，采购的万能机、压力机、拌合站设备等的生产厂家也都不尽相同，而设备自带的试验测试软件和拌合站设备智能控制软件也不相同，无法实现一套数据采集客户端同时适配所以试验测试软件和拌合站智能控制软件。

现有专利CN109302487A中公开了一种基于云平台的公路工程质量管理信息化系统，该发明通过运用云平台，将联网集成软件，数据采集设备，路面施工监控设备以及远程视频监控集成设备连接在一起，实现协同管理。但是该发明未能解决因设备厂家不同，导致采集客户端不能兼容的问题；也没有解决因现场各种传感器、GPS定位器数据不能集成的问题。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的因设备厂家不同，导致采集客户端不能兼容的问题，并且因现场各种传感器、GPS定位器数据不能集成的问题技术问题，本发明提供了一种基于物联网的公路工程质量管理方法，包括以下步骤：

根据万能机数据库机构、沥青指标数据库结构和拌合站数据库结构，分别创建万能机、压力机和拌合站设备的通用数据源模板；

把通用数据源模板集成到试验室和拌合站设备软件，将试验数据和拌合站生产数据写入到通用数据源中；

部署采集客户端，在采集客户端中选择通用数据源，采集并同步试验数据和拌合站生产数据；

利用数据分析工具，将试验数据和拌合站生产数据进行可视化展示。

进一步的，所述把通用数据源模板集成到试验室和拌合站设备软件，将试验数据和拌合站生产数据写入到通用数据源中，具体包括以下步骤：

把通用数据源模板，重命名为DatabaseCommon.mdb,并把重命名的数据源模板文件放到设备软件数据目录下；

根据通用数据源模板的结构说明文档把设备数据实时写入到DatabaseCommon.mdb文件。

进一步的，所述在采集客户端中选择通用数据源，采集并同步试验数据和拌合站生产数据，具体包括以下步骤：

启动采集客户端，选择对应的设备，并选择对应的设备选择相应的设备数据通用数据源模板；

选择DatabaseCommon.mdb文件作为数据源路径；

自动采集并同步数据到数据处理中心。

进一步的，所述通用数据源为关系型数据库，所述关系型数据库结合空间数据库引擎对数据进行管理。

进一步的，所述关系型数据库管理数据中的属性数据表，所述空间数据库引擎组织管理数据中的空间数据。

本发明还提供一种基于物联网的公路工程质量管理系统，执行前述的一种基于物联网的公路工程质量管理方法，包括：

采集客户端、数据处理中心、物联网设备服务器和数据库服务器、站点服务器和用户终端，所述采集客户端与试验室设备和拌合站连接，其中：

试验室设备包括万能机、压力机、养护箱和沥青指标设备；

所述拌合站包括水泥拌合站、水稳拌合站和沥青拌合站；

所述物联网设备服务器和物联网设备连接，所述物联网设备包括：路面管控设备、钢箱梁自动焊接机器人、环保水保设备和张拉压浆设备、智能隧道设备、改性沥青是生产与运输设备、桩机设备和试验室视频监控设备。

进一步的，所述采集客户端嵌入所述试验室和拌合站设备的微机中，同时采集并同步试验室设备和拌合站设备的实时数据。

进一步的，所述数据处理中心针对采集客户端和物联网设备传输回来的数据，进行统计分析和预警判断，从而生成设备状态数据、统计数据和预警信息。

进一步的，所述桩机设备包括管桩和搅拌桩，通过流量传感器、倾角传感器、深度传感器、电流传感器，将管桩和搅拌桩施工过程中的深度、流量、压力、密度、电流、垂直度和时间，自动上传到数据处理中心，再经过判断分析，生成管桩和搅拌桩的数据报表，以及预警信息。

进一步的，所述钢箱梁自动焊接机器人包括喷砂机器人、喷漆机器人、横隔板焊接机器人、顶板U肋内焊机器人、底板U肋外焊机器人和顶板U肋外焊机器人，机器人内安装有温湿度传感器，流量压力传感器以及电流电压传感器，用于采集喷砂气压，喷漆流量，运行速度，温度，湿度，电流，电压的指标值，通过判断指标值是否在规定的范围内，实现对钢箱梁喷砂、喷漆以及焊接质量的监控。

本发明的有益效果：

本发明公开的一种基于物联网的公路工程质量管理方法通过创建万能机、压力机和拌合站设备的通用数据源模板，并且使用关系型数据库作为数据的容器，结合空间数据库引擎对数据进行管理，空间数据库引擎在本申请中充当数据进出关系型数据库的转换工具，从而实现跨数据库平台，使访问数据库的速度更快，功能性更强，使空间数据应用更灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于物联网的公路工程质量管理方法的方法步骤流程图；

图2为本发明一种基于物联网的公路工程质量管理系统的整体工作原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于物联网的公路工程质量管理系统，通过加强公路工程建设设备的信息化，打通各设备之间的数据壁垒，实现数据互联互通，并实时以短信和微信公众号的方式，向客户反馈设备状态、预警等信息，并且，本申请实施例还提供一种公路工程质量管理新系统数据采集方法，方便用户对接不同厂商设备的数据，实现一次开发，多处通用、简化操作，提高数据采集效率的效果。

如图2所示，一种基于物联网的公路工程质量管理系统包括采集客户端、数据处理中心、物联网设备服务器和数据库服务器、站点服务器和用户终端，所述采集客户端与试验室设备和拌合站连接，其中：

试验室设备包括万能机、压力机、养护箱和沥青指标设备；

所述拌合站包括水泥拌合站、水稳拌合站和沥青拌合站；

所述物联网设备服务器和物联网设备连接，所述物联网设备包括：路面管控设备、钢箱梁自动焊接机器人、环保水保设备和张拉压浆设备、智能隧道设备、改性沥青是生产与运输设备、桩机设备和试验室视频监控设备。

通过将采集客户端嵌入到试验室和拌合站的设备微机，从而同时实现了采集并同步试验室和拌合站设备中的实时数据。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，通过5G技术，射频识别技术，传感器技术，全球定位技术，智能嵌入等技术，把运输车，摊铺机，压路机，自动焊接机器人，环保水保监测器，张拉压浆控制器，隧道人员与车辆，改性沥青生产控制器与运输车，管桩与搅拌桩监测器，试验室视频监控器有序地连接并集成，实现数据的互联互通。

针对采集客户端和物联网设备传输回来的数据，经过统计分析、预警判断，从而生成设备状态数据、统计数据和预警信息，进而将上述数据保存到数据库中。

用户终端包括手机、PC电脑和大屏端，所述用户终端可以展示各种公路工程建设设备的运行状态、生产数据和统计数据，以及预警信息。

进一步的，在本申请实施例中，所述试验室设备、拌合站设备以及采集终端，包括试验室内的万能机、压力机、养护箱、沥青指标设备，试验室设备具体还包括：沥青针入度仪、沥青软化点仪、沥青延度仪、马歇尔稳定度仪、沥青混合料燃烧炉、沥青混合料车辙仪和土工合成材料试验机；

拌合站设备分为沥青拌合机，水泥拌合机和水稳拌合机；采集客户端是自主研发的采集软件，实现了无人值守，自动采集实时的设备数据，并实时传输到数据处理中心，也实现了一次部署，后续自动升级的功能。

进一步的，在本申请实施例中，所述物联网设备及数据传输，包括路面管控设备、钢箱梁自动焊接机器人、环保水保设备、张拉压浆设备、智能隧道设备、改性沥青生产与运输设备、桩机设备和试验室视频监控设备。

为实现对拌合站设备的管控，在本申请实施例中，将温度传感器安装在拌合机出料口上，将RFID标签和GPS定位器安装在拌合料运输车上，将红外温度传感器、速度传感器和GPS定位器安装在摊铺机和压路机上。

通过RFID标签，可以记录拌合料运输车开始接料的时间和到达摊铺现场的时间；通过红外温度传感器，可以实时采集拌合机出料口的温度，摊铺机摊铺时混合料的温度和压路机工作时路面混合料的温度；通过速度传感器，可以获取摊铺机和压路机的行驶速度。通过GPS定位器，记录运输车辆，摊铺机和压路机实时坐标，用于生成运输车辆的轨迹，判断运输车辆是否偏航，同时也可以生成摊铺机和压路机的行驶轨迹，用于绘制摊铺和碾压的路线，以及计算碾压的遍数。

进一步的，在本申请实施例中，钢箱梁自动焊接机器人分为喷砂机器人、喷漆机器人、横隔板焊接机器人、顶板U肋内焊机器人、底板U肋外焊机器人和顶板U肋外焊机器人。机器人内安装有温湿度传感器，流量压力传感器以及电流电压传感器，用于采集喷砂气压，喷漆流量，运行速度，温度，湿度，电流，电压等指标值，通过判断指标值是否在规定的范围内，实现对钢箱梁喷砂、喷漆以及焊接质量的监控。

环保水保设备包括环境监测设备和水质监测设备。环境监测设备通过传感器，将PM2.5,PM10,扬尘TSP,噪声，温度，温度，风速，风力和气压值，传输到数据处理中心。水质监测设备通过传感器，实时上传水体的PH值和NTU浊度值，并在数据处理中心对上传的指标值进行分析判断。

张拉压浆设备包括梁体张拉监测设备和梁体压浆监测设备，通过GPRS无线通信技术、传感技术、计算机网络技术，对智能张拉压浆过程进行实时数据采集，做到张拉压浆施工质量管理的智能控制、动态验收、及时补救等，确保施工质量和设备安全。

智慧隧道关联的设备包括智能安全帽、基站、人员和车辆RFID标签等。通过人员和车辆RFID标签，记录人员车辆进出隧道的时间；通过在隧道内部署基站，实现隧道内的无线网络全覆盖以及隧道内的数据传输；通过配备定位型智能安全帽，采集隧道施工人员的实时位置，实现位置管控和危险预警。

改性沥青生产与运输设备包括：改性沥青生产设备和改性沥青运输车辆。通过温度传感器，实时获取沥青溶胀罐和沥青成品罐内的温度；通过液位传感器，监控出料前液位和出料后液位，从而获取每次出料的液位高度；同时，也可以通过安装在改性沥青运输车辆上的RFID标签和GPS定位器，获取送料开始时间、送料结束时间以及运输车辆的运输轨迹，实现运输车辆轨迹实时监控。

桩机设备包括管桩和搅拌桩，通过流量传感器、倾角传感器、深度传感器、电流传感器，将管桩和搅拌桩施工过程中的深度、流量、压力、密度、电流、垂直度和时间等参数，自动上传到数据处理中心，再经过判断分析，生成管桩和搅拌桩的数据报表，以及预警信息。

试验室视频监控设备，是安装在公路工程建设工地试验室内的摄像机以及数据传输设备，通过互联网，实现试验过程的抓拍和录像，并能够识别试验室内吸烟，不戴安全头盔等危险的行为，并发出预警。

进一步的，本申请公开的数据处理中心，能够接收采集客户端和物联网设备提交过来的数据，也能够向采集客户端返回其请求的信息。通过采集客户端和物联网设备，能够将试验室、拌和站以及各种物联网的数据，按照设定的间隔时间，自动地上传到数据处理中心，并在数据处理中心，经过统计，分析判断，得到设备状态、生产、统计数据，以及预警信息，最终在用户手机、PC电脑或者大屏端中进行展示。同时，采集客户端执行用户登录时，会向数据处理中心发送一条登录请求数据，数据处理中心验证登录信息，并向采集客户端返回登录成功或失败的消息，如果登录成功，还会返回该用户关联的项目、标段、试验室、设备类型，设备名称等信息。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，所述用户终端包括手机、PC电脑和大屏端。用户通过终端，实时查看试验数据，拌和生产数据，以及各种物联网设备数据和视频监控数据，可以在终端查看试验室试验数据与试验过程视频的集成界面，通过短信和微信公众号的方式，在手机上查看预警信息。

进一步的，在本申请实施例中，所述通用数据源为关系型数据库，所述关系型数据库结合空间数据库引擎(SpatialDatabaseEngine，简称SDE)对数据进行管理。属性数据表由传统关系型数据库管理，空间数据由独立于数据库之外的SDE来组织管理。当用户需要访问数据时，系统再调用SDE从关系型数据库中取出数据，数据经过转换提供给用户使用。对于空间数据来说，关系型数据库是容器，而SDE是进出容器的转换工具。

空间数据库引擎是一种用于处理空间数据的数据库引擎。它可以对空间数据进行存储查询、分析和可视化等操作，并提供相应的工具和方法。空间数据库引擎通常包括以下几个方面的功能：

空间数据存储：可以将空间数据以空间对象的形式存储在数据库中。空间对象可以是点、线、面等地理要素也可以是更复杂的地图、图层等。

空间数据查询：可以对数据库中的空间数据进行各种类型的查询，如范围查询、距离查询、属性查询等。查询结果可以是空间对象本身，也可以是相应的地图、图层等。

空间数据分析：可以对空间数据进行各种分析操作，如空间统计分析、空间插值分析等，分析结果可以用于制定工程规划、生态环境保护等方面的决策。

空间数据可视化：可以将空间数据以地图、图层等形式进行可视化展示，帮助用户更好地理解和使用空间数据。可视化展示可以采用种地图服务，如GoogleMaps、BaiduMaps等。

空间数据管理：可以管理数据库中的空间数据，包括数据导入、数据备、数据更新、数据维护等操作。同时，可以对数据的权限进行管理限制不同用户对空间数据的访问和修改权限。

具体的，一种基于物联网的公路工程质量管理系统的整体工作原理如下：

所述公路工程质量管理系统，集成了采集客户端和各种公路工程建设物联网设备，汇总了采集客户端自动采集的数据，以及传感器、GPS定位器、RFID标签等物联网设备传输的数据，并通过数据处理中心，将汇集的数据，集中进行统计分析，计算判断，得到统计报表，生产数据，预警等信息，保存到数据库服务器。物联网设备服务器，是物联网设备与数据处理中心的桥梁，收集物联网各种设备数据，并传递给数据处理中心，实现了各种不同类型不同接口物联网设备与数据处理中心的互联互通。采集客户端用于采集试验室内万能机、压力机、养护箱、沥青针入度、沥青延度、沥青软化点、沥青混合料车辙、沥青混合料烧热炉、马歇尔稳定度和土工合成材料试验的试验数据，以及水泥拌合站、水稳拌合站和沥青拌合站的拌合生产数据。然后，再由数据处理中心，将物联网设备服务器和采集客户端采集回来的数据汇集到一起，再通过数据库服务器，把数据处理中心汇集并处理过的数据保存起来，然后，再通过站点服务器，把数据库服务器中的数据，分类分功能模块进行处理。最后通过手机、PC电脑和大屏端，向用户展示。

另外，为解决背景技术中提出的试验室和拌合站不同设备厂家、不同数据源结构的问题，本申请实施例还公开一种基于物联网的公路工程质量管理系统数据采集方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤S1、创建万能机、压力机和拌合站设备的通用数据源模板；

数据源模板是一种用于存储和管理数据的模板，定义了数据源的结构和属性，并提供了操作和管理数据的方法，在本申请实施例中，数据源模板包含以下部分：数据结构、数据属性和数据操作、管理方法。具体的，数据结构定义了数据源的结构，包括字段名称、数据类型和长度等，数据结构决定了数据源中可以存储的数据类型和格式；所述数据属性定义了数据源的属性，例如数据的访问权限、数据的可见性、数据的更新方式等，数据属性决定了数据源可以提供给其他系统或应用程序的功能和限制；数据操作、管理方法定义了对数据源进行操作和管理的逻辑，包括数据的输入规则、查询逻辑、更新条件和数据删除等，数据操作、管理方法决定了对数据源进行各种操作的能力和限制。

此外，数据源模板可以统一和规范数据源的结构和属性，使数据在不同系统和应用程序之间的交互更加方便和灵活，数据源模板还可以提高数据的安全性和可维护行，减少数据错误和冗余。

进一步的，在本申请实施例中，使用关系型数据库模板作为万能机、压力机和拌合站设备的通用数据源模板，关系型数据库模板可以提供高度可靠的数据存储和管理能力，在公路工程质量管理中，数据源模板可以定义以下内容：

主要实体，主要包括试验室设备、拌合站设备和物联网设备，将各个设备的具体信息和属性存储于关系型数据库中；

还可定义公路工程的实施进度数据，包括施工计划和实际施工情况等；

此外，还定义问题和整改数据，用于存储工程中出现的问题和整改情况，包括问题描述、整改措施和整改反馈等信息；

还包括报告和文档：用于存储各类报告和文档，包括工程验收报告、质量评估报告等文档。

通过关系型数据库模板，可以建立各个实体之间的关联关系，方便进行数据查询和分析。同时，可以定义数据的访问权限和数据的更新方式，确保数据的安全性和完整性。

除了关系型数据库模板，也可以考虑使用其他数据源模板，如NoSQL数据库模板或文件系统模板，根据具体需求选择适合的数据源模板。

进一步的，在本申请实施例中，步骤S1还包括以下步骤：

步骤S110、根据万能机(钢筋原材拉伸试验、钢筋焊接试验、钢筋机械连接试验)数据库结构，创建万能机部分的通用数据源；

步骤S120、根据压力机(水泥混凝土抗压试验，水泥胶砂抗压抗折试验，水泥净浆抗压抗折试验，建筑砂浆试验)数据库结构，创建压力机部分的通用数据源；

步骤S130、根据沥青三大指标(针入度，延度，软化点)数据库结构，创建沥青三大指标部分的通用数据源；

步骤S140、根据拌合站(水泥拌合站，水稳拌合站，沥青拌合站)数据库结构，创建拌合站部分的通用数据源。

步骤S2、把通用数据源模板集成到试验室和拌合站设备软件，试验数据和拌合站生产数据写入到通用数据源中；

进一步的，在本申请实施例中，步骤S2还包括以下步骤：

步骤S210、把通用数据源模板，重命名为DatabaseCommon.mdb,并把该文件放到设备软件数据目录下；

步骤S220、把通用数据源模板的结构说明文档发送给设备厂家技术员，厂家技术员把设备数据实时写入到DatabaseCommon.mdb文件。

步骤S3、部署采集客户端，在采集客户端中选择通用数据源，采集并同步数据。

进一步的，在本申请实施例中，步骤S3还包括以下步骤：

步骤S310、打开采集客户端，选择对应的设备，比如压力机，则选择压力机通用版；

步骤S320、数据源路径，选择DatabaseCommon.mdb文件；

步骤S330、安装服务，自动采集并同步数据到数据处理中心。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-onlymemory)、随机存取存储器(RAM，randomaccess memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。