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关于高速公路质量动态管理监控平台的研究
李英勇，李广艺，丁凯
中国山东省阿济南市交通局路局
中国山东省巴济南市奥联信息技术有限公司
中国山东省巴济南市红旗信息技术有限公司
摘要：高速公路质量动态管理监控平台通过集成视频图像无线传输技术、车牌识别、GPS、GPRS无线传输和自动实时监控，可以采集、分析、比较原材料生产、运输、摊铺、检测的数据和重点工程现场情况的数据，并给出相应的预警。这个平台成功地实现了监控和闭环控制，有效地提高了公路管理的质量和动态效率的控制。在本文的研究里，质量动态管理模型是一种高速公路技术管理和智能电子信息技术的创新结合。这个模型填补了中国公路建设管理理念和监测手段的空白，这对大型的、复杂的公路工程实践有重要的意义。
1.介绍
因为公路建设具有多点、长度、宽度的特点，所以工程建设管理机构就面临着许多的质量监督问题。在大型公路建设过程中，施工管理机构与施工单位、监理单位距离较远，同时各单位之间的信息交换也很少。因此这样很容易造成管理问题和效率低下。如果施工单位按照传统方式来进行现场检查，那么要掌握现场情况就费时间而且还花费昂贵。施工的资源变换频繁，因此，施工过程就具有很强的动态性和广泛的管理范围。因为无法实现对原材料运输车辆和停留时间的无缝监管，所以就容易出现以次充好的现象。在拌合站，许多人为因素影响着生产配合比，因此就不能保证质量波动完全在控制之中。除此之外，由于现场施工控制手段现代化程度低，而且主观因素对监控措施影响很大，施工质量就无法得到有效的保证。
近十年来，随着多媒体和信息技术的飞速发展以及在社会各部门的普及应用，人类社会正在逐步进入一个数字化、高速化的信息时代。在交通工程建设领域中， 已经完成了从以往的文件提交、审核、发布、流转等办公自动化向体现质量控制的动态管理信息展示平台的转变。网络摄像机等硬件设备的需求日益增长，是因为项目平台提供了友好的人机界面、专业的业务设计，并且充分地发挥了媒体和信息技术的作用。这就大大地降低了项目管理的成本，还提高了管理效率。
为了加强现场质量监督，通过现代信息技术实现专业化、规范化、精细化和信息化，并且有效落实交通运输部和山东省交通厅的要求，笔者以山东省某高速公路建设为依托，开发了一个公路质量管理的动态管理平台。本文旨在贯彻项目管理的理念和思想，降低管理成本，提高管理效率，实现现代信息技术对项目质量管理的动态智能控制。
1.1市场需求分析
党的十七届五中全会对下一个时期我国经济社会发展的国内形势作出了科学的总结，“十二五”时期既是全面建设小康社会的关键时期，也是深化改革开放的关键时期，也是加快转变经济发展方式的关键时期。中国经济和社会仍处在一个抓住大量重要战略机遇期。这一结论是一项非常重要的战略判断，而且对于深刻认识交通运输发展趋势，推动交通运输科学发展，按照协调发展多种运输方式的原则实施适度推进和保持适当的交通基础设施建设规模和速度有重要意义。除此之外，它还加快了网络升级整体结构的优化，进一步提高了服务水平。
在施工质量动态管理方面，目前国内一些工程的拌合站或重点工程施工现场采用视频监控技术，即通过现场视频监控，远程获取现场施工进度。有的项目采用水泥混凝土搅拌站自动化实时监控技术和GPRS无线传输技术，即通过实时搅拌站生产数据采集和无线传输，远程获取搅拌站的生产状态。但是，对于本工程或全过程中关键环节的内部质量控制，如原材料运输、混合料拌合生产、施工配合比、进出拌合站的材料转运车识别称重、道路摊铺、碾压混凝土等其他的数据采集，以及为了实现信息技术和工程施工控制技术的现代化的数学统计和分析仍是一片空白；尤其是国内施工规范和项目管理的概念。因此，对工程施工过程质量进行动态智能管理将成为一种新的趋势。现代信息技术的应用不仅促进了技术创新，而且加强了信息技术在公路建设中的发展。它满足了日益增长的市场需求，具有广阔的市场前景。
1.2用户需求分析
这里举一个例子。山东青州至山东临沭高速公路（青林公路）主线全长约2.8公里，全线建设双向六车道公路，以达到国家公路标准。这条公路路基宽34.5米，设计限速120km/h，一级公路汽车荷载，全线设置沥青拌合站20个，路面工程228km，7866k㎡，特大桥1座，大桥36座，中桥25座，小桥50座，涵洞298个，隧道2条，全长820米，全线有16个互通式立交，34个独立互通式立交，278个通道和97座人行天桥。该项目设有3个项目办公室，2个主任办公室，9个驻地办公室和24个科室。参加建设的单位太多，难以管理，路面工程的管理数据也很复杂。因为这个项目在时间和空间上跨度较大，对项目管理就提出了更高的要求，特别是如何降低管理成本，实现绿色、智能化的管理。
公路质量动态管理监测平台是根据交通部加强公路质量管理的需要，按照国际质量管理标准和交通部技术标准设计开发的专业平台。这个高度集成、晋升和创新的平台根据青林公路工程建设，借鉴电气工程技术，采用类似于“点线平面”的分阶段研发和实施的思想，通过增加网络通信设备和有效利用现有硬件资源建立了青林公路工程质量动态管理机构。该平台构建了完整的工程质量动态监控系统，突破了传统的工程质量监控平台，提高了施工管理效率，有效地控制了质量，通过融合搅拌站或重点工程施工现场的视频监控技术和自动化实时生产数据监控技术，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，简称SPC）等二次数据挖掘和统计分析的重要手段。
1.3平台结构
基于J2EE标准体系，公路质量动态管理平台采用流行的Browser/Server（简称B/S）结构，为公路质量控制动态管理平台搭建了一个工作平台，有效地实现了施工质量的动态监控，建立了多用户立体化管理模型。
根据业务需求，平台结构如下图1所示。
项目管理系统或门户
安全系统的实施
统计分析查询系统
车辆管理系统
路面施工监控系统
路面施工数据库
搅拌站生产数据库
车辆管理信息数据库
信息安全系统
公路质量管理监测平台
图1：平台结构
业务工作流程（见图2）
现场碾压
出入拌和站
运输至施工现场
车辆识别
GPRS数据采集与传输
GPRS数据采集与传输
场地铺砌
沥青路面
商品沥青运输炉
GPS车辆定位监测
沥青混合料拌和站
图2：业务工作流程图
1.4平台组成
这个平台科学地确定了主要设备的技术参数和施工规范。随着物资转运车安装了GPS定位设备，平台测试了向远程服务器传输定位数据的稳定性，将定位数据显示在地图上，以确定物资转运车的当前位置、先前位置和行驶方向，它要求设置无线网桥和网络摄像机，根据搅拌站、关键构筑物、道路施工等各段现场情况，来配置网络，测试现场视频网络传输。人们将数据采集机和无线传输机安装在搅拌站的上位机上，并在关键位置安装红外传感器，通过数字信号处理系统和GPRS无线传输实时监测生产搅拌参数等信息。另外，为了实现闭环控制，人们还安装了称重设备和车牌识别装置来采集运输车辆的数据、混合生产数据和摊铺数据。此外，人们在摊铺机和碾压机上安装红外传感器，通过数字信号处理系统对现场道路施工的每一个温度进行监测和报警。
该平台分为软件和硬件两部分。软件的主要工作是通过无线采集和有线传输的方式，将车辆GPS定位数据、拌和站、关键路段及现场施工视频数据、沥青混合料生产数据、车辆识别及重量数据等终端数据传输到项目数据中心的服务器。根据本平台收集数理统计、收集和分析各类业务数据的结果，绘制了质量分析图和高斯分布图。通过互联网平台，业主、厂长、驻场人员和其他负责人可以按照权限查询监控点的实时数据，达到全方位的质量控制目的。硬件的主要工作是从搅拌站的搅拌设备、工控机和称重设备的工业序列中读取实时数据。
该平台由六个系统组成，如下图3所示。
1.视频监控系统
2.车辆管理系统
3.搅拌站生产监控系统
4.路面施工监控系统
5.统计分析系统
统计分析查询系统
路面施工监控系统
搅拌站生产监控系统
车辆管理系统
视频监控管理系统
公路质量动态管理监测平台
图3：平台组成结构
2.关键技术
公路质量动态管理监测平台的创新之处在于，将视频图像无线传输、车牌识别、GPS、GPRS无线传输、自动实时监控等技术高度集成到一个单一的系统平台中，成功地实现了对公路施工质量全过程的封闭控制和管理。在前面提到的技术中，以下三项技术是系统的关键支撑技术。
搅拌站生产数据实时动态采集技术。由于施工单位搅拌站设备型号不同，使得搅拌站数据采集复杂，采集方式多样化。青临高速公路各路段拌合站生产数据主要通过以下三种方式收集。
1.直接从混合设备的485工业序列中采集数据。
2.从搅拌站的工业PC机序列中收集数据。
3.采集搅拌站工控机实时监控画面，通过OCR软件识别图像特征，采集数据。
现场道路施工温度数据实时采集技术。本系统根据规范要求，通过数字处理和转换，并通过GPRS无线传输到远程服务器，该系统利用红外测温装置，以质量控制图和数据模式，动态、实时、清晰地显示道路施工数据，实时读取和分析现场道路施工数据。实时监控图及数据如图4所示。
路面施工温度实时监测
摊铺温度
转移温度
施工时间
GPS车辆定位技术。该平台要求物资转运车配备GPS定位装置，设置定位频率和编号。该设备采集车辆的经纬度，并通过设计的相应数据接口上传到远程服务器。服务器将数据保存在数据库中，同时激活系统相应的地图模块，分别显示物资转运车的当前位置、先前位置和行驶方向的定位数据。
3.结论
公路质量动态管理监测平台将GPS定位技术应用于沥青转运车上，实时监控行驶方向，清晰掌握每辆车的状态和每次运输的实施情况，有效消除管理盲点，提高运输的规范性和透明度。通过对监测点的合理选择，平台可以实时监控、拍摄搅拌站、料场、重点工程、道路建设等现场情况，捕捉各类违规行为，充分利用高科技手段，为今后的质量管理提供有力的证据。公路质量动态管理监测平台利用GPRS无线传输技术，实时采集并上传沥青拌和站生产原料、生产指标、道路施工温度指标等数据。借助该平台，人们及时了解施工质量状况，有效控制核心数据，确保质量稳定。公路质量动态管理监测平台利用车牌识别技术，对物资转运车辆进行识别、统计、保存到专用项目服务器，生成报表图表。借助该平台，人们能够及时了解进出搅拌站的物料转运车的动态信息，并将信息提供给相关管理部门进行访问和检查。
质量动态管理平台的开发具有很强的实用性和创新性。该平台有效地监控和指导搅拌站生产和道路建设，实现了公路质量控制的动态管理，实现了与传统公路建设管理相结合的先进信息技术的实施。此外，该平台是公路工程智能化、信息化的创新。公路质量动态管理监测平台具有广阔的市场前景和极高的推广价值。
参考文献
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