公路工程道路监理中的智能化验收技术研究
庞平
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庞平,. 公路工程道路监理中的智能化验收技术研究[J]. 交通技术研究,202411. DOI:10.12721/ccn.2024.157107.
摘要: 随着科技的快速发展,公路工程验收工作逐渐向智能化方向转型。通过引入无人机航拍检测、智能传感器监测、三维激光扫描等先进技术,建立智能化验收平台,实现对路面平整度、压实度、强度等关键指标的快速检测与评估,智能化验收技术不仅提高了验收效率和精确度还降低了人工成本,减少了主观因素影响,基于大数据分析和云计算技术,构建验收指标评估模型,为工程质量控制提供数据支撑和决策依据,对提升公路工程施工质量具有重要意义。
关键词: 公路工程;智能化验收;无人机检测;传感器监测;数据分析
DOI:10.12721/ccn.2024.157107
基金资助:

引言:

公路工程验收是确保工程质量的关键环节,传统验收方式存在效率低、精度差、人为因素影响大等问题,智能化验收技术的应用为解决这些问题提供了新思路,通过融合多种先进检测技术,建立完善的验收管理体系,实现验收工作的智能化、标准化和规范化,智能化验收技术的研究和应用对提升验收工作效率、保障工程质量具有重要的现实意义。

一、智能化验收技术体系

(一)智能检测设备与技术应用

智能检测设备在公路工程验收中的应用主要包括无人机航测系统、三维激光扫描仪、智能传感检测设备等先进设备,无人机航测系统搭载高清相机和多光谱传感器,通过RTK定位技术实现厘米级精度测量对路面病害、沉降变形进行快速检测;采用倾斜摄影测量技术生成三维实景模型,完成路基边坡、路面裂缝等病害检测。三维激光扫描仪采用TOF测距原理,扫描频率可达100万点/秒,通过点云数据重建技术构建路面数字模型,实现路面平整度、横坡、纵坡等几何指标的精确测量,智能传感检测设备应用MEMS技术,将压力传感器、位移传感器、应变传感器等植入路面结构,实时监测路面受力状态、变形参数,采集路面结构层应力应变数据,为路面结构性能评估提供依据。

(二)数据采集与传输系统

数据采集与传输系统采用物联网架构,通过布设现场数据采集节点实现检测数据实时采集与上传,采集节点配备高性能处理器和大容量存储单元,支持多通道数据并行采集,采样频率最高可达1000Hz。数据传输采用4G/5G无线通信技术,建立可靠的数据传输通道;针对数据传输过程中的丢包、延时等问题,采用TCP/IP协议确保数据传输可靠性,应用数据加密技术保障数据传输安全,系统集成GPS/北斗定位模块,记录检测位置信息;配备太阳能供电系统,解决供电问题,数据采集软件采用模块化设计,支持多种检测设备数据接入,实现数据格式自动转换与标准化处理,通过建立分布式数据库采用数据分片存储技术,提高数据存储效率和查询性能,为后续数据分析提供基础支撑[1]

二、智能化验收平台构建

(一)平台架构设计与功能模块

智能化验收平台采用微服务架构,基于SpringCloud框架搭建,实现系统各功能模块解耦与独立部署,平台整体架构分为接入层、服务层、数据层三个层次。接入层负责对接各类智能检测设备,采用统一接口标准,支持设备即插即用,实现检测数据自动采集与上传,服务层是平台核心,包含验收管理、数据处理、质量评估、报告生成等功能模块,验收管理模块实现验收任务分配、进度跟踪、质量控制等功能;数据处理模块负责原始数据预处理、特征提取、数据融合等;质量评估模块基于评估模型完成工程质量自动评定;报告生成模块支持验收报告智能生成与归档管理。数据层采用分布式存储架构,结合关系型数据库MySQL与非关系型数据库MongoDB,实现结构化与非结构化数据统一管理,平台采用Docker容器技术实现微服务部署,通过Kubernetes进行容器编排与调度保障系统稳定运行,采用SpringSecurity框架实现身份认证与访问控制,确保平台安全性,前端采用Vue.js框架开发,实现响应式布局,支持多终端访问。

(二)数据处理与分析系统

数据处理与分析系统采用分布式计算框架Spark,结合机器学习算法实现数据智能分析。数据预处理阶段采用滤波降噪、异常值检测、数据补偿等算法,提高数据质量,通过小波变换进行信号分解提取时域、频域特征;采用主成分分析方法降低数据维度,提取关键特征参数,路面病害识别采用深度学习方法,构建基于改进YOLOv5的目标检测模型,实现裂缝、坑槽等病害自动识别与定位,检测准确率达95%以上。路面平整度评估采用三维点云配准技术,通过ICP算法实现多站点数据拼接构建完整路面模型;基于曲面拟合算法提取路面轮廓线,计算IRI指标,压实度检测基于多源数据融合技术,将核密度、无核密度、贯入阻力等检测数据进行综合分析,采用BP神经网络建立压实度预测模型,强度检测采用非破损检测方法,通过回弹波信号分析评估路面强度结合时频分析方法提取特征参数,建立强度预测模型。系统采用分布式并行计算技术,提高数据处理效率;通过增量学习方法实现模型持续优化,数据可视化采用ECharts框架,支持多维数据动态展示,包括检测数据趋势图、病害分布图、质量评估雷达图等多种可视化方式,系统集成WebGIS功能,实现检测数据空间化展示,支持多层次数据叠加分析,直观展现工程质量状况,通过建立标准化数据接口支持与其他系统数据交换,实现数据资源共享[2]

三、智能化验收应用效果

(一)验收效率与精度分析

智能化验收技术在某高速公路工程实际应用中取得显著成效,采用无人机航测系统进行路面检测,单次飞行覆盖面积达2平方公里,检测效率是传统人工方式的15倍。三维激光扫描技术测量路面平整度,单天完成10公里路段检测,数据采集效率提升80%,检测精度达到毫米级,智能传感监测系统实现路面结构性能24小时连续监测,采样频率1000Hz,捕获瞬态应力应变数据,为路面性能评估提供高精度数据支撑,数据处理方面,采用分布式计算技术,处理速度提升5倍,路面病害识别准确率达95.8%,漏检率低于3%。压实度检测采用多源数据融合技术,预测精度达到98.2%,较传统检测方法提升15%,强度检测采用非破损检测技术,检测效率提升200%,预测误差控制在5%以内,验收报告自动生成技术将报告编制时间从原来3天缩短至2小时,大幅提高工作效率,通过建立标准化验收流程减少人为因素干扰,验收结果一致性显著提高,验收质量稳定可控。

(二)经济效益与社会效益评估

智能化验收技术应用产生显著经济效益和社会效益,经济效益方面以100公里高速公路验收项目为例,采用智能化验收技术后,验收周期从传统45天缩短至15天,验收人员投入减少60%,直接节省人工成本150万元,设备投入虽然前期成本较高,达到280万元,但考虑到设备可重复使用,平均到每个项目的成本仅为35万元,投资回收期为2年。通过提高验收效率加快工程验收进度,减少施工单位窝工时间,间接经济效益达到200万元,采用非破损检测技术,避免传统破损试验对路面破坏,节省修复成本50万元,社会效益方面,智能化验收提高验收质量和准确性,降低路面病害发生率,延长路面使用寿命,减少后期维修费用,通过对路面结构性能实时监测及时发现潜在病害,采取预防性养护措施,降低养护成本30%。验收数据的标准化管理和共享应用,为道路管理决策提供科学依据,提升道路运营管理水平,智能化验收减少人工作业,降低安全事故风险,保障验收人员人身安全,标准化验收流程减少人为干预,提高验收工作透明度,有效预防腐败行为,智能化验收产生的经验数据为相关标准规范修订提供支撑,推动行业技术进步,通过提升验收质量确保公路工程质量,提高道路通行舒适性和安全性,产生良好社会效益[3]

结束语:

智能化验收技术在公路工程监理中的应用,显著提升了验收工作效率和准确性,通过建立完善的智能化验收体系实现了验收过程的规范化和标准化,未来应继续深化智能化技术研究,拓展应用领域,推动验收技术持续创新发展,为公路工程质量提供更有力的保障,集成创新将成为智能化验收技术发展的主要方向,促进公路工程建设质量全面提升。

参考文献

[1]周黎明,何刚,尹紫红,等.高速公路全要素智能建造关键技术及其工程应用[M].西南交通大学出版社:202105.334.

[2]江苏省级公交智能化监测平台通过验收[J].城市公共交通,2018,(09):6.

[3]曲辰飞,吴闻婧,王东林.大型绿色建筑群智能化工程验收检测方法[J].建筑电气,2018,37(05):105-108.