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

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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