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基于Android平台的连续压实监测系统设计

时间:2017-03-10 20:25来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是电力工程论文,本课题主要研发一整套压路机施工过程的信息采集系统,该系统能采集压路机施工过程中的各个状态信息,然后计算并反馈当前施工压实质量信息给施工人员。
第一章 绪论
 
1.1 课题研究背景
自改革开放以来,中国经济飞速发展,道路建设成为了社会的发展的一个重要的标志,数据显示,2014 年全年我国完成铁路公路水路固定资产投资 25259.51 亿元,比 2013年增长 12.6%,占全社会固定资产投资的 4.9%。其中,高速公路建设完成投资 7818.12亿元,增长 7.1%[1]。经济的发展推动道路建设的不断发展,同时也对道路的质量提出越来越高的要求。尽管我国公路施工建设水平不断提高,公路施工的质量也得到显著的改善,但公路在前期遭到损坏的例子屡见不鲜,这主要是部分施工单位缺乏责任心,公路建设项目周期短,同时缺乏对施工项目质量的监控手段,导致存在质量不达标的公路在压实后并未进入自然下沉便投入使用,出现沉陷、开裂、坑洼和水毁等损坏现象。压实普遍应用于道路施工、城市扩建、机场建设、港口建设和铁路建设等关键的公共基础建设之中,通过压路机压实施工,使得路基与路面材料的刚度和密度得到提高,压实材料的稳定性和不透水性得到显著改善。有效的施工压实是保证工程质量的重要一环。实践证明,对于路基等基础工程,压实度每增加 1%,其承载力能增加 10%,对于沥青路面,压实度每增加 1%,其承载力和使用周期能增强 10%至 15%[2]。发达国家对压实机械的研发投入了大量的精力。压路机可分为振动压路机、静作用压路机、冲击式压路机。相比之下,振动压路机生产效率高,压实效果明显,在相同的压实遍数下,振动压路机的压实质量最好,同时其振动轮只为精作用压路机质量的一半,耗油量少。由于振动压路机的施工振动频率可调,适合于各种类型的压实材料,振动压路机被广泛应用于压实施工的各个领域。
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1.2 连续压实技术的发展
连续压实控制(Continue Compaction Control)是指在路基压实施工过程中,根据振动压路机与压实材料之间的相互作用和土体振动压实机理,通过连续测量施工中振动轮竖向振动响应信号,建立土体振动响应信号与压实质量之间的相关关系模型,同时建立检测和反馈控制机制,实现对施工路段路基压实质量的实时测量与控制。早在上世纪 60年代,美国学者提出利用振动压路机施工过程中的振动响应信号来测量和评定压实施工质量的想法。在 1975 年,瑞典的 DYNAPAC 与 GEODYNAMIK 公司联合开发了一种压实计产品,压实计可以在振动压路机碾压过程中采集和测量振动响应信号,在压路机施工过程中对压实质量检测和反馈,初步实现了连续压实检测与控制。80 年代后,欧洲一些国家开始重视连续压实技术,并从量测设备、方法原理、处理软件和标准等多个方面进行了深入的研究,在 90 年代正式提出“连续压实控制”概念,并应用到了实际上的一些工程项目之中。90 年代开始,欧洲一些国家把连续压实技术纳入相关标准之中,如瑞典的 BYA92、ATB Vg2004,德国的 ZTVE-St B-93,芬兰的TIelaitos91 等[3]。进入 21 世纪,连续压实控制技术的研究重点主要向智能化控制、压路机振动自动调频调幅方向发展。在实际项目中,连续压实技术被应用于各种施工实践之中。在 90 年代后,由于连续压实技术得到标准化和规范化,连续压实技术在国外得到广泛应用,如德国的后勤中心,其占地 102000 平方米,采用震动压路机对地基土进行碾压改良,在施工过程中使用连续压实技术有效地消除了欠压和过压现象,较传统方法降低了燃料和工时[4]。2004年 12 月,美国联邦公路局公布了一个“FHWA 智能压实战略计划”,这个计划建立一整套方法,通过利用计算机技术和数学模型,对压实设备进行智能化控制,以改善工序、减少人员、使路面压实性能更优、对压实质量提供评估等目的[2]。
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第二章 振动压实原理和连续压实技术
 
2.1 土体的压实
土体的压实是对土或建筑材料施加外作用力,使其内部材料更加紧密,拥有更高的刚度,密度和稳定性。土体的压实广泛使用于工程结构物基础、堤坝和路面铺装层的施工中。压实材料在来自外部施加的作用力时,内部材料破碎、掺合和相对滑移后,相对位置发生了改变,减少之前的间隙,更加土体的密度。压实事土体降低渗透性,获得良好的承重能力和稳定性。土体是由固体、液体和气体组成,水和空气填充土壤的内部空隙,在压实机械的冲击作用下,土体内部的颗粒重新排列分布,使得土体体积减少,刚度争强。在各种压实机械的连续冲击下,土体内部压实过程中表现出以下的现象:在压实机械的冲击中,土体内部的空气和水排出,减少土体内部的间隙,减少土体体积;土体内部的固体颗粒重新排列分布,小颗粒填充在各个大颗粒之间的空隙中;土体中部分大块固体颗粒被碾碎或发生形变,从而是土体内部排列更加紧致。
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2.2 振动压实原理
振动压路机的工作装置如图 2-1 所示,当压路机作业时,激振轮带着偏心块高速旋转,是振动轮产生周期性上下振动,形成振动轮-土体的振动系统,振动轮振动作用在压实材料上,相当于作用一个周期性往复冲击作用,振动轮每冲击一次,就在压实材料上产生冲击波,冲击波在横向和纵向上引起作用。压实材料在受迫振动中,内摩擦力减少,内部颗粒相互运动填充,材料整体密度增大,压实度提高。所谓共振学说,是指当激振机械的振动频率与土体的固有频率相一致时,振动压实的效果最好[4]。从实践来看,共振的效果是明显的,当土体与振动机械产生共振,土体内部颗粒快速作用,移动到相对稳定的位置。然而对于不同的压实材料,物理特性变化范围广,而在同一压实材料下处于不同压实程度对应不同的共振频率,需要激振机械的振动频率可调已达到最好的压实效果。
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第三章 信号采集模块硬件设计........17
3.1 系统总体设计............17
3.2 处理器模块及其电路........17
3.3 蓝牙模块及其电路............ 19
3.4 方向信号采集传感器及其电路.........21
3.5 其他传感器选取及其电路.........26
3.6 本章小结........... 29
第四章 信号采集与处理软件设计............ 30
4.1 软件总体设计............30
4.2 信号采集与处理........31
4.3 通信协议设计............34
4.4 本章小结........... 36
第五章 Android 平板上信息管理与显示模块软件设计............37
5.1 Android 平台环境.......37
5.2 系统需求分析............40
5.3 系统总体设计............43
5.4 系统功能模块设计与实现.........49
5.5 软件界面设计与实现........55
 
5第五章 Android 平板上信息管理和显示模块软件设计
 
Android 系统是目前在移动平台上广泛应用的操作系统,考虑到系统开发效率、开发成本和可维护性多方面,连续压实检测系统选择 Android 平台作为数据管理和数据可视化平台,通过开发压路机信息管理和显示应用,把信号采集和处理模块采集得到的测试数据进行可视化呈现和数据有效管理,保证压路机施工过程的实时监控和进度管理。在测试过后通过互联网把测试数据上传到服务端,保证的永久性和可用性。本章首先介绍 Android 系统的基本特性和系统编程框架,然后详细地介绍压路机信号显示和管理系统应用的设计、开发与实现。
 
5.1 Android 平台环境
Android 是一种基于 Linux 的自由及开放源代码的操作系统,主要使用于移动设备,如智能手机和平板电脑[20]。Android 在系统层面上提供许多良好特性,其应用基于针对优化的 Dalvik 虚拟机,使用 Java 语言进行程序开发,内嵌了基于 Webkit 引擎的手机浏览器,提供嵌入式 Sqlite 数据库等功能,其应用编程框架扩展性好,组件替代性强,便于编程人员进行快速应用开发。应 用 程 序 框 架 为 应 用 开 发 提 供 了 四 大 组 件 , 分 别 是 Activity 、 Service 、Broadcast Receiver、Content Provider[20],每个组件实现不同的功能。其中 Activity 最为常用,Android 应用程序通常包含多个组件。Activity 是 Android 应用中负责与用户交互的组件,每个应用程序包含一个或多个Activity,系统为应用提供 Activity 栈以管理用户界面切换,当前活动的 Activity 位于栈顶。Service 与 Activity 类型,但运行在后台,一般不用于用户交互。Service 有自己独立的生 命周 期, 通常 用于 其他 组件 提供 后台 服务 或监 控其 他组 件的 运行 状态 。Broadcast Receiver 是应用程序中另一重要组件,主要用于组件间消息广播传递,可看作消息接收器。开发人员继承和实现 Broadcast Receiver 后,即可窃听感兴趣的事件,实现事件异步处理。Content Provider 主要用与不同 Android 应用间实现数据交换,系统为数据交互提供统一标准,应用通过 URI 访问其他应用数据。
.........
 
总结
 
随着我国经济的发展,社会的进步,道路建设的需求越来越大,对道路建设的质量的要求也越来越高。路基压实作为工程施工重要的一环,对压实质量的检测和压实施工项目的管理必不可少。本课题基于连续压实检测技术,通过设计与实现压路机施工过程的连续压实检测系统,对压实施工状态进行检测、显示与管理,实现了对压实施工项目进度管理和对项目压实整体质量情况报告。本文的工作主要包括如下几个方面:
(1)结合目前压实施工的现状和背景,通过对传统压实度检测方法存在不足问题的分析,引出连续压实检测理论,对国内外连续压实理论的发展进行论述。
(2)通过分析土体压实的物理过程、压实度定义和振动压实的影响因素,结果目前学术界主要的振动压实理论,论述了土体压实的原理和振动压实的机理。
(3)通过建立“振动轮-土体”模型,结合振动压实的机理,对模型中的参数进行假设,建立动力学方程组,并通过对数学模型的求解,得出振动加速度与压实效果之间的关系。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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