一种基于远程控制的道路性能智能监测系统
阅读说明：本技术 一种基于远程控制的道路性能智能监测系统 (Road performance intelligent monitoring system based on remote control ) 是由 赵伟 程浩 陈元培 赵磊 邵长江 韩成博 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于远程控制的道路性能智能监测系统,在将数据采集与传输系统布置在待测区域后,通过远程控制显示模块发送采集数据采集指令,集成化的数据采集及传输系统收到指令后,启动数据采集模块进行道路结构性能数据采集,采集到的海量数据经数据传输模块发送至数据处理模块,该模块收到数据文本后,根据事先设计好的算法对数据进行梳理并将处理结果发送至远程控制显示模块,在远程控制显示模块执行道路结构性能。本发明提出了道路性能智能检测系统,提高了道路结构监测效率及准确性,有利于对监测对象的发展演化规律做出更为准确的判断。(The invention discloses a road performance intelligent monitoring system based on remote control, which is characterized in that after a data acquisition and transmission system is arranged in a region to be detected, a data acquisition instruction is sent through a remote control display module, after an integrated data acquisition and transmission system receives the instruction, the data acquisition module is started to acquire road structural performance data, acquired mass data are sent to a data processing module through the data transmission module, after the data processing module receives a data text, the data are combed according to a pre-designed algorithm, a processing result is sent to the remote control display module, and the road structural performance is executed on the remote control display module. The invention provides an intelligent detection system for road performance, which improves the monitoring efficiency and accuracy of a road structure and is beneficial to making more accurate judgment on the development and evolution rules of a monitored object.)
技术领域
本发明属于道路监测领域，涉及一种道路结构智能综合监测系统，尤其涉及一种基于远程控制的道路性能智能监测系统。
背景技术
道路运营的过程中，由于交通荷载和环境等因素的影响，经常会出现车辙、水损害、拥包、裂缝、翘曲等道路病害，严重影响道路服役性能与交通安全。如何准确监测道路结构内部性能变化并及时采取养护措施，对于提高道路服役性能与行车安全具有重要的意义，现有的道路性能检测方法存在以下问题：
（1）无法做到对道路性能的实时监测。现有的车载或人工道路检测方法往往在一定的检测频率下对相应道路性能进行检测，无法实时反映道路的性能变化，导致无法对可能发生的道路病害做出及时有效地处理。
（2）检测的准确率较低。一般的道路检测方法，如雷达检测测、表面波检测方法，通过向道路表面发射一定的雷达波或激发震源，获取光波在道路内部的反射或折射情况，来判断道路可能产生的病害。这类方法无法直接过去道路内部的性能变化，且影响因素较多，导致其准确率往往较低。
（3）无法全面表征道路的性能变化。一般的检测方法往往只能获取道路内部的一项或几项参数变化，无法全面表征影响道路结构性能的参数。
（4）监测成本往往较高。一般的有线监测方法往往通过在道路内部埋设光纤或其它类型的传感器，但在外部荷载或环境作用下往往造成传感器的损害，且不易维修。而一般的无线监测方法往往因电池供能原因无法做到长期有效的监测。
（5）对道路长期服役性能产生不利影响。传统的埋置式传感器其外部形状、强度等参数往往与道路材料差别较大。在外部荷载作用下往往对结构的受力产生不利的影响。
（6）不同类型的传感器间信号干扰较大。一般的集成化监测设备其不同类型的传感器间往往相互干扰，对信号的质量产生不利的影响。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于远程控制的道路性能智能监测系统。
本发明采用如下技术方案：
一种基于远程控制的道路性能智能监测系统，其特征在于，包括数据采集模块、防干扰控制模块、数据传输模块、无线供电模块、外部结构模块、时间记录模块、数据转换模块、数据处理模块和远程控制显示模块。
作为本发明的进一步改进，所述数据采集模块包括三轴应力采集模块、三轴应变采集模块、三轴加速度采集模块、温度采集模块、PH值采集模块、姿态标定模块，通过不同的数据采集模块感知由于外部荷载或环境变化引起的道路结构性能的变化信息。
作为本发明的进一步改进，所述防干扰控制模块通过将不同类型的传感器错层摆放以及改变不同传感器的相位角防止信号发生内部反射，在一定程度上抑制了信号间的相互干扰。此外，改变不同传感器的采集频段，将不同类型传感器分配在不同的采集频段上，在一定程度上抑制了不同传感器信号间的干扰。
作为本发明的进一步改进，所述数据传输模块通过设定好的传输频率，将数据采集模块采集到的信息传输给数据转换模块。
作为本发明的进一步改进，所述无线供电模块包括高性能主供电模块和能量转换模块，高性能主供电模块负责数据采集模块、数据传输模块与时间记录模块的供能，所述能量转换模块能将传感器感知到的动能、热能、化学能转换为电能，保证数据采集模块、数据传输模块、时间记录模块的运行。
作为本发明的进一步改进，所述外部结构模块是采用高强度、耐高温、导热系数高的材料3D打印而成，例如：硅酸钙板、聚四氟乙烯，PAN 聚酰亚胺材料等材料，可根据道路结构中集料的大小定制打印，其形状、大小、表面纹理可最大限度的做到与周围材料相似。
作为本发明的进一步改进，所述时间记录模块能实时标定与数据采集模块获取信息对应的时间，从而实现对整个道路结构信息四维监测。
作为本发明的进一步改进，所述数据转换模块包括数据预处理装置和微波通信装置，数据预处理装置是将数据采集模块与时间记录模块中的数据按照预先指定的格式进行转换并排版，并通过微波通讯装置将数据文件传输给数据处理模块。
作为本发明的进一步改进，所述数据处理模块为一云端数据处理系统，可通过远程控制端对其进行算法构建、数据调用、数据处理等功能。
作为本发明的进一步改进，，所述三轴应力采集模块在外部结构的两两垂直的三个面上分别装有高精度应力片，可准确感知x、y、z三个不同方向的应力变化；所述应变采集模块通过感知外部结构模块x、y、z三个方向的变形情况来估测应变大小；所述三轴加速度采集模块，包含一个9自由度的惯性测量单元，能够每秒测量3000个样本数据，并可调节采样频率，以适应不同工况需求；所述温度采集模块与PH值采集模块均嵌置在外部结构模块中，能够直接感知外部道路结构环境中的温度与酸碱度变化；所述姿态标定模块包括三轴陀螺仪和三轴磁力计，其可以同时测定上、下、左、右、前、后等六个方向，最终可判断出设备的移动轨迹，并且能够实时记录外部荷载及环境作用下引起的传感器的旋转角度、旋转方向、绝对坐标与相对坐标的变化。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明提出了一种基于远程控制的道路结构性能智能监测系统，外部结构由高强度的材料3D打印而成，能偶保证内部数据采集模块与数据传输模块不会在荷载及外界环境的作用下发生损坏。外部结构的形状和大小可最大限度的模拟道路结构内部真实材料，不会对道路结构的受力等性能产生负面影响。此外，通过在外部结构模块内部安装有集成化的传感模块并埋置在道路结构内部，可直接测得道路结构在外部荷载及环境作用下的应力、应变、温度、运动、PH变换等参数，能够直接、全面、准确地判断道路结构性能的变化。通过无线传输模块将监测到的数据实时传输给数据处理端与远程控制显示模块，用户可实时监测到道路结构的性能状况，无需人工现场检测，极大节约了人力和物力支出，同时也最大限度的保证了道路结构的持续健康运营。
2.本发明提出通过无线供电模块将动能、热能、化学能等能量转换为电能，能够保证保证改智能检测系统持续有效工作，最大程度真实地反映所监测区域的道路性能随时间的变化特征及规律，最大程度上节约了监测成本。
3.本发明提出了一种防干扰控制模块。通过将不同类型的传感器错层摆放以及改变不同传感器的相位角防止信号发生内部反射，在一定程度上抑制了信号间的相互干扰。此外，改变不同传感器的采集频段，将不同类型传感器分配在不同的采集频段上，在一定程度上抑制了不同传感器信号间的干扰。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明系统总体架构框图。
图2是本发明集成化传感器结构图。
其中，1、外部荷载；2、道路结构；3、集成化数据采集与传输系统；4、数据传输模块；5、数据处理模块；6、远程控制显示模块；7、三轴应力采集模块；8、三轴应变采集模块；9、防干扰控制模块；10、三轴加速度采集模块；11、时间记录模块；12、PH值采集模块；13、数据传输模块；14、外部结构模块；15、姿态标定模块；16、无线供电模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图所示，本发明的目的在于提供一种连续实时道路性能智能监测系统，具体包括能够实现综合数据采集的集成化监测系统，包括数据采集模块、防干扰控制模块、数据传输模块、无线供电模块、外部结构模块、时间记录模块、数据转换模块、数据处理模块和远程控制显示模块，其中：所述数据采集模块包括三轴应力采集模块、三轴应变采集模块、三轴加速度采集模块、温度采集模块、PH值采集模块和姿态标定模块，通过不同的数据采集模块感知由于外部荷载或环境变化引起的道路结构性能的变化信息。所述防干扰控制模块通过将不同类型的传感器错层摆放以及改变不同传感器的相位角防止信号发生内部反射，抑制信号间的相互干扰；并通过改变不同传感器的采集频段，将不同类型传感器分配在不同的采集频段上，抑制不同传感器信号间的干扰。所述数据传输模块通过传输频率将数据采集模块采集到的信息传输给数据转换模块。所述无线供电模块包括高性能主供电模块和能量转换模块，高性能主供电模块负责数据采集模块、数据传输模块与时间记录模块的供能，所述能量转换模块能将传感器感知到的动能、热能、化学能转换为电能，保证数据采集模块、数据传输模块、时间记录模块的运行。所述外部结构模块采用高强度、耐高温、导热系数高的材料3D打印而成。所述时间记录模块实时标定与数据采集模块获取信息对应的时间，实现对整个道路结构信息四维监测。所述数据转换模块包括数据预处理装置和微波通信装置，数据预处理装置将数据采集模块与时间记录模块中的数据按照预先指定的格式进行转换并排版，并通过微波通讯装置将数据文件传输给数据处理模块。所述数据处理模块为一云端数据处理系统，通过远程控制端对其进行算法构建、数据调用、数据处理功能。
在本实施例中，所述三轴应力采集模块在外部结构的两两垂直的三个面上分别装有高精度应变篇，可准确感知x、y、z三个不同方向的应力变化；所述应变采集模块通过感知外部结构模块x、y、z三个方向的变形情况来估测应变大小；所述三轴加速度采集模块，通过感知外部振动荷载作用下引起的材料振动，来记录道路结构的振动加速度情况；同时，可通过远程控制端与数据传输段调节采集频率，实现不同道路性能状态下不同频率的加速度信号采集；所述温度采集模块与PH值采集模块均嵌置在外部结构模块中，能够直接感知外部道路结构环境中的温度与酸碱度变化；所述姿态标定模块能能够实时记录外部荷载及环境作用下引起的传感器的旋转角度、旋转方向、绝对坐标与相对坐标的变化。
本发明的实际工作流程如下：
1.首先将集成化数据采集与传输系统埋置在目标结构层，数据传输模块安装在距离智能传感系统小与50m的范围内，通过远程控制显示模块校对网络及标定数据采集模块的初始位置，设置数据采集频率、采集模式及数据处理方法，即可进行数据采集。
2.数据采集模块将采集到的应力、应变、加速度、温度、PH值等信息经预处理后，经数据传输模块传输给云端数据处理模块。
3．云端数据处理模块通过实现设定的算法对接收到数据进行处理，得到响应的目标值并传输给远程控制显示模块。
4.远程控制显示模块可视化道路结构信息，并对道路性能状况进行评价，及时调整采集方法或指导采取下一步的道路养护措施。
作为一种典型实施方式，如图1所示，一种基于远程控制的道路性能智能监测系统。它包括集成化数据采集与传输系统3、数据传输模块4、数据处理模块5、远程控制显示模块6。
所述集成化数据采集与传输系统3，如图2所示，包括三轴应力采集模块7、三轴应变采集模块8、防干扰控制模块9、三轴加速度采集模块10、时间记录模块11、PH值采集模块12、数据传输模块13、外部结构模块14、姿态标定模块15、无线供电模块16。本发明在该系统布置在现场后，启动数据采集与传输系统3，开始采集道路结构中的应力、应变、温度、PH、加速度等信息，无线供电系统16负责整个集成化数据采集与传输系统3的供电需求，其可以将外部的动能、热能、化学能转为电能，从而保证整个传感系统的有效运行。
所述数据处理模块5接收经数据传输模块4传输的反映道路结构性能的数据信息，经预先设计好的算法对数据进行整合处理，计算结果发送至远程控制显示模块6。项目管理者可通过远程控制显示模块6实时了解道路性能状况。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
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