【關鍵詞】瀝青攤鋪厚度監(jiān)測；高精度傳感器選型；實測效果

引言

在現(xiàn)代道路建設中，瀝青攤鋪的質(zhì)量直接影響到道路的使用壽命和行車安全。其中，攤鋪厚度作為關鍵指標之一，其精確控制至關重要。然而，在實際施工過程中，由于環(huán)境因素復雜多變，傳統(tǒng)監(jiān)測方法難以滿足高精度要求。隨著傳感器技術的發(fā)展，采用高精度傳感器進行實時監(jiān)測成為提升攤鋪質(zhì)量的新途徑[1]。本文將探討適用于瀝青攤鋪厚度監(jiān)測的傳感器選型依據(jù)與方法，并通過實測方案驗證其效果。通過對不同類型的傳感器進行分析比較，旨在為工程實踐提供科學指導，以實現(xiàn)更加精準、高效的攤鋪厚度監(jiān)測，從而保障道路工程質(zhì)量。

一、瀝青攤鋪厚度監(jiān)測需求分析

（一）瀝青攤鋪施工工藝特點

在道路施工建設中，瀝青攤鋪施工是非常關鍵的環(huán)節(jié)，其施工流程主要包含瀝青混合料的拌和、運輸、攤鋪和碾壓等多個緊密相連的環(huán)節(jié)。在瀝青混合料拌和階段中，需要對集料、瀝青、礦粉等原材料根據(jù)準確的配合比，在高溫環(huán)境中進行均勻充分的攪拌，從而保證瀝青混合料符合質(zhì)量要求。然后，通過專用運輸車輛將熱拌瀝青混合料及時運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，在運輸過程中需要采用保溫以及防離析等措施，保證混合料的溫度和均勻性。

在瀝青混合料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場之后，通過攤鋪機實施攤鋪。攤鋪機沿著預先設定的基準線，在道路基層上將瀝青混合料均勻地攤鋪，形成具有一定厚度和寬度的瀝青層。在攤鋪當中，攤鋪機的行駛速度以及振搗頻率、螺旋布料器的轉(zhuǎn)速等因素，對攤鋪厚度都會產(chǎn)生一定的影響。攤鋪機若是行駛速度較快，就會造成瀝青混合料的攤鋪不充分，從而產(chǎn)生厚度不足的狀況；振搗頻率比較低，很難使得混合料充分密實，可能導致攤鋪厚度不均勻；螺旋布料器轉(zhuǎn)速不當，則會引起混合料分布不均，進而影響攤鋪厚度的一致性。

最后，通過壓路機對攤鋪后的瀝青層實施碾壓，使瀝青混合料充分密實，將路面的強度以及平整度提升。在碾壓中碾壓過程對于攤鋪厚度也會產(chǎn)生二次影響，如果碾壓工藝不科學，例如，碾壓遍數(shù)不足或碾壓速度過快，可能導致瀝青層壓實度不夠，厚度出現(xiàn)偏差[2]。

（二）攤鋪厚度監(jiān)測的技術要求

在瀝青攤鋪施工過程中，攤鋪厚度監(jiān)測的技術要求很嚴格。在精度要求方面，按照有關規(guī)范和工程需求，瀝青攤鋪厚度監(jiān)測的允許誤差范圍通?？刂圃凇? mm以內(nèi)。對于高等級公路，一些項目甚至要求將誤差控制在±3 mm，以保證路面平整度和承載能力符合設計標準。

實時性要求是確保攤鋪質(zhì)量的關鍵。瀝青攤鋪施工具有一定的連續(xù)性，若攤鋪厚度出現(xiàn)偏差而未能及時發(fā)現(xiàn)和調(diào)整，就會造成大面積的返工，從而導致工期延誤和成本增加。因此，實時監(jiān)測攤鋪厚度，能夠使施工人員根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整攤鋪機的各項參數(shù)，保證攤鋪厚度始終保持在規(guī)定范圍內(nèi)。

可靠性要求主要應對惡劣環(huán)境。瀝青攤鋪施工現(xiàn)場存在高溫（攤鋪溫度可達140℃～180℃）、強烈振動、大量粉塵等不利因素。傳感器自身具有良好的耐高溫性能，在高溫環(huán)境中可以穩(wěn)定性的工作，不發(fā)生性能衰減或損壞；具有抗振動能力，確保攤鋪機在持續(xù)振動中，測量數(shù)據(jù)的準確性不受影響；同時具備防塵、防潮功能，避免粉塵和水汽侵入傳感器內(nèi)部，影響其正常運行。

二、高精度傳感器類型與工作原理

（一）激光位移傳感器

激光位移傳感器基于光學三角測量原理或激光回波分析原理工作。采用光學三角測量原理時，傳感器發(fā)射激光束到被測物體表面，物體表面反射的激光束通過透鏡聚焦到光電探測器上，按照激光束在探測器上的成像位置，與已知的光學幾何關系結(jié)合起來，對物體與傳感器之間的距離進行計算。而基于激光回波分析原理的傳感器，通過測量激光束從發(fā)射到接收反射光的時間差，按照光速計算出物體的位移。該傳感器特點為高精度以及高分辨率和非接觸測量等，測量精度能夠達到微米級，能夠滿足瀝青攤鋪厚度高精度監(jiān)測的需求。其非接觸測量方式不會對瀝青攤鋪表面產(chǎn)生破壞，響應速度較快，可以實時獲取測量數(shù)據(jù)[3]。

（二）超聲波傳感器

超聲波傳感器主要通過超聲波在介質(zhì)中傳播時遇到障礙物反射的特性進行距離測量。傳感器內(nèi)部的超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波，當超聲波遇到被測物體時發(fā)生反射，反射波被超聲波接收器接收。通過測量超聲波從發(fā)射到接收的時間間隔，結(jié)合超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，對傳感器與被測物體之間的距離計算出。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單且成本較低，對被測物體表面的平整度以及顏色等要求不高，能夠很好的應對多種工況。但是測量精度容易受到環(huán)境溫度以及濕度等因素影響。比如，溫度變化會導致超聲波傳播速度改變，從而對測量結(jié)果的準確性產(chǎn)生影響；在濕度比較大的環(huán)境中，水汽可能吸收或散射超聲波，降低測量精度。

（三）雷達傳感器

雷達傳感器通過發(fā)射高頻電磁波并接收反射波進行距離和速度測量。當電磁波遇到被測物體時，部分電磁波被反射回傳感器，傳感器根據(jù)反射波的時間延遲計算出物體的距離，依據(jù)多普勒效應，通過反射波的頻率變化確定物體的運動速度。雷達傳感器穿透性比較強以及測量范圍大，可以在高溫以及粉塵、煙霧等復雜的環(huán)境當中穩(wěn)定性的工作，不會受到光照條件對其的限制。其可實現(xiàn)非接觸式連續(xù)測量，實時性好，適用于瀝青攤鋪厚度的動態(tài)監(jiān)測。然而這種設備的成本一般比較高，在一些小型施工項目的應用中會受到限制[4]。

（四）其他類型傳感器

紅外傳感器基于物體的熱輻射特性工作，通過檢測被測物體發(fā)出的紅外輻射能量，計算物體的溫度和距離。在瀝青攤鋪厚度監(jiān)測中，可利用其非接觸測量和快速響應的特點，但測量精度相對較低，易受環(huán)境溫度和物體表面發(fā)射率的影響。

光纖傳感器利用光在光纖中傳輸時的物理特性變化進行測量，其具有抗電磁干擾能力強、靈敏度高、可實現(xiàn)分布式測量等優(yōu)點，但安裝和調(diào)試較為復雜，成本也相對較高。

三、高精度傳感器選型依據(jù)與方法

（一）選型依據(jù)

監(jiān)測精度要求是傳感器選型的首要考慮因素。按照瀝青攤鋪厚度監(jiān)測精度指標，應優(yōu)先選擇測量精度能夠滿足±5 mm甚至更高精度要求的傳感器。例如激光位移傳感器和部分高精度雷達傳感器，能夠滿足高等級公路對于攤鋪厚度高精度監(jiān)測的需求。

在施工環(huán)境適應性方面，需要對施工現(xiàn)場的高溫、振動、粉塵等條件進行充分考慮。應選取耐高溫性能良好、抗振動能力強、防塵防水等級高的傳感器。例如，一些工業(yè)級雷達傳感器和經(jīng)過特殊防護設計的激光位移傳感器，能夠在復雜施工環(huán)境下穩(wěn)定運行。

在成本效益的分析中，需要對傳感器的購置成本、安裝調(diào)試成本、維護成本和使用壽命綜合考量。在對監(jiān)測精度和環(huán)境適應性滿足的基礎上，優(yōu)先選擇性價比高的傳感器。比如，超聲波傳感器成本較低，對于一些對精度要求不是特別高的普通道路施工項目，具有較好的成本優(yōu)勢。

和既有設備的兼容性也非常重要。選取的傳感器應能與攤鋪機的控制系統(tǒng)或其他監(jiān)測設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和集成，便于施工人員實時獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)對施工參數(shù)進行調(diào)整[5]。例如，支持標準通信協(xié)議（如RS485、以太網(wǎng)等）的傳感器，可方便地與攤鋪機控制系統(tǒng)進行連接。

（二）選型方法

文獻調(diào)研階段，廣泛查閱相關科研文獻和技術資料，了解不同類型傳感器在瀝青攤鋪厚度監(jiān)測領域的應用案例、研究進展和技術優(yōu)缺點。通過分析文獻中的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論，初步篩選出具有應用潛力的傳感器類型。

市場調(diào)研時，對市場上的傳感器產(chǎn)品進行全面調(diào)查，收集各品牌傳感器的性能參數(shù)、價格、用戶評價等信息。與供應商溝通，了解產(chǎn)品的技術特點、售后服務和應用案例，進一步縮小傳感器的選型范圍。

實驗室測試環(huán)節(jié)，對候選傳感器進行初步性能測試。在模擬的瀝青攤鋪溫度和環(huán)境條件下，評估傳感器的精度、重復性、穩(wěn)定性等基本性能指標，排除性能不達標或存在明顯缺陷的傳感器。

現(xiàn)場模擬測試是搭建模擬瀝青攤鋪施工的試驗平臺，將傳感器安裝在攤鋪機上，模擬實際施工過程。觀察傳感器在真實施工環(huán)境下的工作狀態(tài)和測量效果，對比不同傳感器的測量數(shù)據(jù)，最終確定最適合的傳感器。

四、高精度傳感器實測方案設計與實施

（一）實測場地選擇

在實測場地選擇中，應選取具有代表性的瀝青攤鋪施工路段。優(yōu)先選擇交通流量大以及基層情況比較復雜的路段，例如，城市主干道或高速公路互通立交區(qū)域。這些路段通常對瀝青攤鋪要求高，施工條件復雜，可以全面檢驗傳感器在實際工程中的性能。同時，確保實測場地具備穩(wěn)定的施工環(huán)境和必要的施工條件，例如，施工空間充足、電力供應穩(wěn)定、通常網(wǎng)絡良好等，以保證傳感器的安裝、調(diào)試和數(shù)據(jù)采集工作順利進行。

（二）傳感器安裝與調(diào)試

按照傳感器工作原理和要求，確定安裝位置及方式。相對于激光位移傳感器和雷達傳感器，一般在攤鋪機的熨平板前方或后方安裝，保證傳感器的測量光束或電磁波能夠垂直照射到攤鋪表面。安裝時通常需要使用專用支架和固定裝置，確保傳感器安裝牢固，在攤鋪機振動過程中不發(fā)生位移。傳感器安裝完成后進行調(diào)試工作，校準傳感器的零點和量程，使其測量數(shù)據(jù)與實際攤鋪厚度準確對應；設置測量參數(shù)，例如，采樣頻率、數(shù)據(jù)傳輸間隔等，以滿足實時監(jiān)測的需求[6]。

（三）實測數(shù)據(jù)采集

制定科學合理的實測數(shù)據(jù)采集計劃。確定數(shù)據(jù)采集的時間間隔為1～5秒，以保證能夠?qū)崟r反映攤鋪厚度的變化；按照攤鋪寬度和長度，合理設置采集點數(shù)量，確保測量數(shù)據(jù)能夠全面覆蓋整個攤鋪區(qū)域；并合理明確數(shù)據(jù)采集頻率，保證攤鋪機在不同的行駛速度下能夠獲得充足的數(shù)據(jù)信息。通過高精度數(shù)據(jù)采集設備實時采集傳感器的測量數(shù)據(jù)，并同步記錄相關的施工參數(shù)，例如，攤鋪機的行駛速度、攤鋪溫度、振搗頻率等。為保證數(shù)據(jù)的完整性和準確性，采用雙備份存儲方式，將數(shù)據(jù)同時存儲在本地存儲設備和遠程服務器上。

（四）實測過程質(zhì)量控制

建立完善的實測過程質(zhì)量控制體系。加強數(shù)據(jù)采集以及記錄、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)的嚴格管理，安排專業(yè)人員對數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控和檢查，及時發(fā)現(xiàn)并糾正數(shù)據(jù)異常情況。對傳感器定期進行檢查和維護，包括清潔傳感器表面、檢查連接線路、校準測量精度等，保證傳感器在整個實測過程中正常工作。

五、實測效果評估與分析

（一）實測數(shù)據(jù)整理與預處理

對所采集的數(shù)據(jù)信息進行整理，通過設定合理的數(shù)據(jù)閾值，識別并去除異常數(shù)據(jù)。采用數(shù)字濾波算法（如卡爾曼濾波、均值濾波等）對數(shù)據(jù)進行平滑處理，將噪聲干擾有效去除，以此提升數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。

（二）精度評估

計算傳感器測量值與實際攤鋪厚度（通過人工精確測量獲?。┲g的絕對誤差和相對誤差，評估傳感器的測量精度。繪制測量誤差分布曲線，分析誤差的分布規(guī)律，確定誤差產(chǎn)生的主要因素，如傳感器自身精度限制、環(huán)境因素影響等。

（三）穩(wěn)定性評估

通過長時間連續(xù)監(jiān)測（不少于8小時），觀察傳感器測量數(shù)據(jù)的變化趨勢，判斷是否存在漂移現(xiàn)象。計算測量數(shù)據(jù)的標準差和變異系數(shù)，評估數(shù)據(jù)的離散程度，量化傳感器的穩(wěn)定性。

（四）可靠性評估

對傳感器在實測過程中出現(xiàn)的故障次數(shù)以及故障類型進行統(tǒng)計，分析故障原因，例如，傳感器硬件損壞、軟件故障或環(huán)境因素導致的性能下降等。計算傳感器的無故障工作時間和故障率，為傳感器的日常維護和更換提供科學依據(jù)。

（五）與傳統(tǒng)監(jiān)測方法對比分析

將傳感器的實測結(jié)果與傳統(tǒng)的人工插釬法或無核密度儀法的測量結(jié)果進行對比。在測量精度方面，傳感器通常具有更高的測量精度和一致性；在實時性上，傳感器可實現(xiàn)連續(xù)實時監(jiān)測，而傳統(tǒng)方法需人工間斷測量，時效性差。然而傳感器在設備成本以及安裝復雜性等方面存在相應的劣勢。通過對比分析，全面總結(jié)傳感器在瀝青攤鋪厚度監(jiān)測中的優(yōu)勢和不足，為其推廣應用提供參考。

結(jié)語

通過對瀝青攤鋪厚度監(jiān)測需求的分析，以及對多種高精度傳感器的選型、實測方案設計與實施、效果評估等一系列研究，全面了解不同傳感器在瀝青攤鋪厚度監(jiān)測中的性能表現(xiàn)。結(jié)果表明，合理選型的高精度傳感器在精度、實時性、穩(wěn)定性等方面有顯著優(yōu)勢，從而提升攤鋪質(zhì)量。隨著技術的發(fā)展，還需要將傳感器技術不斷優(yōu)化，降低成本，有效提升綜合性能。在此基礎上，加強與施工設備的深度融合，推動瀝青攤鋪施工向智能化、精準化方向發(fā)展，為道路建設高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。

參考文獻：

[1] 劉紅衛(wèi).瀝青攤鋪機使用控制關鍵點研究[J].交通世界，2023（17）：198200.

[2] 朱偉串.公路路面施工過程中瀝青攤鋪施工技術[J].黑龍江交通科技，2021，44（06）：156157.

[3] 李以任.混凝土箱梁瀝青攤鋪溫度場及其效應的實測分析[D].重慶：重慶交通大學，2021.

[4] 劉東海，夏謝天.基于便攜測溫測厚儀的瀝青攤鋪質(zhì)量可視化實時管理[J].河海大學學報（自然科學版），2018，46（05）：438444.

[5] 金磊.瀝青混凝土攤鋪溫度效應下的鋼橋面板——鋪裝系交互作用研究[D].南京：東南大學，2017.

[6] 潘增建.瀝青路面松鋪厚度測量儀[D].西安：長安大學，2013.