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摘要：当前，我国公路建设已开始向智能化转型，沥青路面施工质量控制面临参数波动、工艺离散性大等挑战，传统人工监控模式难以满足精细化施工需求。基于此，文章开发基于物联网的沥青路面施工质量动态实时监控系统，构建 "感知 - 传输 - 分析 - 决策" 四层技术架构，并依托某实体工程进行应用，应用结果表明：该系统显著提升施工质量管控水平，有力推动项目高效、优质建设，取得了良好的工程应用效果。

关键词：物联网；沥青路面；施工质量；实时监控

据相关行业统计数据显示，在全国范围内的公路及城市道路中，沥青路面占比已超 60%。传统沥青路面施工质量检测多采用事后抽检，抽样频率低且具有随机性。例如在某大型高速公路建设项目中，按常规抽检方式，每公里路面仅选取 3 - 5 个检测点，难以全面反映整段路面施工质量。该方式无法及时发现施工过程中的质量偏差，等到发现问题时，往往已造成大面积返工，不仅增加成本，还延误工期。

1 沥青路面施工质量动态控制系统

1.1 系统组成

本文所构建的沥青路面施工质量动态控制系统基于物联网与数字孪生技术构建智慧化管控平台，借助北斗卫星定位系统（精度 ±0.05m）、红外温度传感器矩阵（精度 ±0.5℃）及工业级边缘计算节点，实现施工全流程数据的实时采集与智能分析。技术人员在拌和站部署闭环控制系统，集成沥青混合料级配动态调整算法，建立配合比偏差控制图（控制限 ±0.3%）。运输管理子模块采用路径优化算法，结合历史数据预测模型，动态规划最优运输路线。摊铺管理系统配置激光摊铺机控制系统，通过多通道温度传感器（响应频率 10Hz）监测摊铺温度场分布，建立温度离析预警模型。压实管理子模块集成 GNSS 定位模块与加速度传感器矩阵，构建碾压遍数 - 速度 - 温度三维关系模型。管理人员可在领导驾驶舱内完成多源数据融合，采用数字孪生技术重建施工场景，实时查看各环节关键参数波动曲线。该系统采用微服务架构设计，各子模块均支持独立部署与协同工作。

对于施工过程的数据采集，该系统构建多模态传感器网络实现施工数据全域感知，在拌和站部署嵌入式数据采集终端，集成温度变送器（精度±0.5℃）与压力传感器（量程0-1MPa），实时获取沥青混合料级配参数。运输车辆配置北斗高精度定位模块（水平精度±2cm）与温湿度传感器，动态追踪运输路径与混合料温降曲线。系统通过工业级通信协议（RS485/Modbus）实现各个设备之间互联，采用5G/4G无线通信网络（时延≤20ms）完成数据实时传输。技术人员构建施工参数关联分析模型，结合控制图理论（X-bar-R控制图）进行质量判定，当检测到连续7点偏离中心线时自动触发预警。服务端依托Linux操作系统与MySQL数据库，具备数据存储与管理的功能。系统设计RESTful API接口，支持第三方系统无缝对接。

1.2 系统监控内容

本系统针对沥青路面面层施工全过程进行监控，具体监控指标如表1所示。

2 基于物联网动态监控的关键技术

2.1 施工过程质量信息的连续采集与传输

2.1.1 拌和站的数据采集

沥青混合料拌和质量直接影响路面结构耐久性，系统采用物联网动态监控技术构建拌和站智能感知体系。技术人员在拌和站控制室部署工业级数据采集终端，集成 4G/5G 通信模块（支持 LTE Cat.4 协议）与边缘计算节点，对生产数据进行实时采集与预处理。数据采集模块通过 RS485 总线与拌和站 PLC 控制系统互联，利用 Modbus RTU 协议获取沥青混合料配合比参数。本文开发多线程数据解析算法，同步采集沥青用量（精度 ±0.1%）、矿料级配（通过率偏差 ±1.5%）、拌和温度（175±5℃）及拌和时长（30-45s）等关键指标。边缘计算节点运行施工参数预警模型，当检测到油石比偏离设计值 ±0.3% 或矿料级配变异系数超过 5% 时，自动触发分级预警。技术人员利用控制图理论（X-bar-R 控制图）建立质量波动基准线，将实时数据推送至云端平台，管理人员可直观查看各热料仓集料分布状态。

2.1.2 施工现场的数据采集

对于野外作业基站及定位系统的安装，技术人员需依据地势开阔、视野良好的要求，合理确定基准站选址。将基准站安置于建筑物顶部，既便于接入电源和网线，又能凭借建筑物高度优势，高效地向 RTK 和 GIS 流动站传送 RTK 和 DGPS 数据，同时有利于构建大地控制网，为施工现场提供精准的定位基础。

在运输环节，施工团队会在运输车内安装车载 GPS，利用北斗定位系统、RFID 等数据采集设备，精准识别石料运输车辆相关信息，使系统具备石料溯源和运输监控功能，从而紧密衔接施工现场与料场，促使运输车在规定时间内及时到达施工现场并完成卸料作业。

摊铺阶段，施工人员将温度传感器、速度传感器、高精度卫星定位模块集成于特制的控制箱子内，随后将其稳固安装于摊铺机上。这些设备协同工作，能实时捕捉摊铺过程中的温度变化、行进速度以及精准位置信息，全方位记录摊铺作业动态。

碾压环节，技术人员采用类似方式，将各类传感器集成于控制箱子，安装在压路机上。如此，在压路机作业期间，便可实时采集压实过程中的温度、振动强度、行驶速度及位置等关键数据。最后，由这些终端采集到的摊铺与碾压数据，均会通过既定数据传输链路，统一传送至信息系统软件平台。

2.2 网络通讯

本系统选用智能型 GNSS 接收机 AI star-tra CM1，以此为核心构建网络通讯基础架构。该接收机具备卓越性能，可应用于厘米级精密定位服务系统，集高可靠性、高精度与小巧体积等优势于一身。其采用特殊材质与工艺制造，抗震等级颇高，材料硬度和抗冲击指标均达到较高标准，能良好适应野外复杂且恶劣的工程环境，保证在颠簸、震动频繁的施工场景中稳定运行。本系统进一步整合 BD/GPS 卫星定位系统，凭借该系统多星座定位能力，提升定位准确性。依托 GPRS/4G / 蓝牙无线通信网络，构建全方位的数据传输链路。其中，4G 网络在当前通信技术中占据重要地位，以中国移动 4G 无线网络为例，其具备广泛覆盖率，信号传输稳定性强，能够满足施工数据高速、稳定传输的要求，蓝牙技术则可实现设备间短距离的高效数据交互。此外，系统融入 ARM 嵌入式计算机技术，赋予系统强大的数据运算能力，使其拥有多系统 RTK 解算功能，可快速处理来自不同定位系统的数据。

2.3 施工过程质量信息的实时动态分析与判定

本系统引入基于统计学原理构建的施工生产过程控制图，用于对施工过程中的质量数据进行精准测定，有效管控施工质量。控制图包含中心线（CL）、上控制限（UCL）以及下控制限（LCL），为质量监控提供清晰的量化标准。本文基于统计过程控制（SPC）相关理论，研发施工关键指标动态控制体系。在施工期间，物联网设备负责采集施工过程中的各项数据，并上传至信息平台。信息平台接收到批次数据后，将其与控制图所设定的上下限进行对比分析。一旦发现数据超出控制限范围，系统立即启动质量实时监控机制，深入分析异常情况，并迅速生成详细的预警信息，以短信的形式发送至各施工环节负责人。负责人根据预警内容，动态调整施工参数以及施工工艺，保证施工质量符合标准要求，避免出现因质量问题导致的返工及工期延误等不良后果。

施工数据采集体系将质量参数划分为直接测量参数与衍生计算参数两类。直接测量参数包括拌和站矿料重量（精度 ±0.5%）、沥青拌和温度（175±5℃）、摊铺速度（1.5-3m/min）等可通过传感器直接获取的物理量；衍生计算参数则采用算法模型由基础数据推导生成，如油石比（OAC）、关键筛孔通过率（P2.36）及矿料级配曲线等。

技术人员针对传统休哈特控制图（Shewhart Control Chart）对小偏移不敏感的局限性，采用累积和控制图（CUSUM Control Chart）与休哈特控制图的联合监控策略，基于《公路沥青路面施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）建立质量控制标准，设定油石比控制限为 ±0.3%，关键筛孔通过率控制限为 ±2%。当检测到连续 3 个数据点超出休哈特控制限时，系统自动触发一级预警；若 CUSUM 统计量超过临界值，则启动二级预警。

3 工程应用效果

沥青路面施工质量动态控制系统在实际运用中，构建了基于权限分级的三层架构体系。系统管理员掌握最高权限，负责整体架构维护与用户权限分配；中层为技术监管人员，有权查看详细施工数据及初步分析结果；基层施工人员则依据权限，获取与自身工作相关的基础数据。该系统在某省高速公路在建项目中得以实践应用，实践证明，此系统显著提升施工质量管控水平，有力推动项目高效、优质建设，取得了良好的工程应用效果。

4 结语

本文构建基于物联网的沥青路面施工质量动态实时监控系统，采用多模态传感器网络实现施工全流程数据采集，建立权限分级的三层架构体系，取得了良好的工程应用效果，可为沥青路面施工质量控制提供创新解决方案。

参考文献：

[1]张招金，鲍雅军，方树君.物联网技术（沥青路面动态质量监控系统）在路面施工管理中的应用实践[J].中外建筑，2017，（08）：197-199.

[2]张宗兵，王思尧，王云，等.基于物联网的高速公路沥青路面施工质量动态实时监控[J].宜春学院学报，2022，44（03）：34-40+75.