沥青路面结构信息监测数据分析系统开发及应用

发布时间：2020-07-08 10:54

【摘要】：路面结构作为典型的外部结构,在服役过程中受复杂环境因素影响和车辆荷载反复作用,会出现路用性能下降、开裂、车辙等多种病害。传统路面性能检测方法多为不连续的人工检测,只有在路面出现表面病害后才能被检测修复,不能及时了解路面的使用性能状态和潜在的损伤发展状况。考虑到季节性冻土地区长期的冻融循环、高低温交替、紫外线辐射强度高等恶劣自然条件状况,路面更易产生车辙、开裂等结构性病害,通过在吉林省通化地区建立沥青路面结构信息监测系统,获取沥青路面服役过程中的相关力学指标与环境参数。监测项目至今已经积累了海量的数据,如果没有适宜的数据处理方法,海量的数据则会成为研究的掣肘。为此引入了数字信号处理方法和信息数据处理工具,分析路面动力响应数据的信号特征,研究信号异常的处理方法,并基于MATLAB平台实现数据处理方法的编译集成,结合处理后实测数据对沥青路面温度状况进行分析预测,对沥青路面使用性能状况进行评价预估。主要研究内容和成果如下:首先,介绍了项目的沥青路面结构信息监测系统的构建过程,包括传感器的选型、确定及现场埋设;分析已有原始数据存储格式,基于选定的Oracle数据库管理系统建立了存储用原始数据库;并从数据组织策略角度考虑,分析原始数据储存格式中存在的不足之处,提出符合关系数据库规范化要求的沥青路面结构信息综合数据库建设规划。其次,针对沥青路面结构监测系统采集信号存在的数据异常、数据量过大等问题,结合后续的分析需求,基于数字信号处理的方法理论基础,分析路面动力响应数据中实际采样信号与噪声的特征区别,研究编译信号降噪、荷载作用下有效信号判断、峰值提取的算法;在MATLAB/GUI平台编译集成相关数字信号处理的方法工具,设计公路沥青路面动力响应监测数据处理及分析软件,提供峰值密度函数、相关性分析等时频分析窗口,并为后续的沥青路面性能分析预留了相关接口。再次,基于项目现场实测的数据进行沥青路面温度场分布规律,对比研究了降雨等特殊气候条件下的温度场变化状况;总结归纳了现有的两类沥青路面温度预估方法模型,考虑到预估模型存在较大的地区差异,利用实测数据回归拟合已有的经验预估模型,通过决定系数、残差平方和、回归平方和等等统计学指标分析了现有温度预估模型的优缺点;结合路面传热学原理,修订建立了适宜于季冻区沥青路面结构温度场的多元回归模型和神经网络模型。最后,分析了不同轴数、不同温度、不同结构等工况下沥青路面动力响应时程曲线规律;针对沥青路面疲劳开裂和永久变形两类典型破坏,调研总结国内外主流设计方法中的沥青路面性能预测模型,基于项目实测信息和室内试验结果,建立基于实测信息的沥青路面疲劳损伤模型和车辙损伤模型;结合已有软件预留接口,基于MATLAB/GUI完成实测荷载信息轴损伤界面设计,并在损伤模型中考虑温度的影响,结合损伤计算结果分析季冻区四类沥青路面结构的适用性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.217
【图文】：

-14-c) 水平向应变传感器 d) 应变传感器标定图2-1 传感器标定沥青路面是用沥青混合料分层铺筑在路基上供车辆行驶的层状构造物，结构信息监测系统的传感器也是分层铺设在沥青路面中的，其中传感器布设大体的示意图如图 2-2 所示。图2-2 传感器布设示意图沥青路面结构信息监测系统中不同结构中传感器埋设方案大体一致，下面将以长寿命沥青路面为例，介绍传感器的布置情况。路面监测方案包括 16 个水平向传感器，其中 12 个均分为 4 排布置于道路左侧轮迹带中心线的沥青面层层底，1、

信息监测系统的传感器也是分层铺设在沥青路面中的，其中传感器布设大体的示意图如图 2-2 所示。图2-2 传感器布设示意图沥青路面结构信息监测系统中不同结构中传感器埋设方案大体一致，下面将以长寿命沥青路面为例，介绍传感器的布置情况。路面监测方案包括 16 个水平向传感器，其中 12 个均分为 4 排布置于道路左侧轮迹带中心线的沥青面层层底，1、

离光缆将传感器与通化县高速公路管理局下属的鹤大高速专用机房里解调仪相连，后期连接服务器与解调仪，设置采样频率开始路面结构信息的实时采集。图2-4 传感器现场布设流程图2.2 沥青路面结构信息数据库本节研究主要基于 Oracle 数据库管理系统，针对项目现有的监测数据建立了适用的原始数据库，同时按关系模式要求深入分析结构信息监测各项实体间的关系，基于关系数据库范式要求，提出了符合三大范式要求的沥青路面结构信息监测的综合数据库。常用数据库管理系统传统结构信息监测项目将采集数据以文本形式存储在硬盘中，分析软件通过读取文件进行数据分析，这一方法使得系统运行效率受限于文件读取效率，限制了监测软件处理海量数据的能力。数据库技术作为用于存储、传输、管理大量数据的工具，利用关系表格来分类存储、检索数据，数据库是信息时代处理大量数据的一种有效工具。数据库（DataBase）自上世纪六十年代发展至今，从最初的数据存储工具到现在数据的综合管理工具

【参考文献】

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本文编号：2746450