基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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馬路工程質(zhì)量全過程監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬路工程質(zhì)量全過程監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)0引言近年來，隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，建筑市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，工程質(zhì)量的檢測(cè)和監(jiān)控受到越來越多的重視。見證取樣與材料試驗(yàn)檢測(cè)是工程施工質(zhì)量操縱的重要手段，在工程質(zhì)量監(jiān)視中發(fā)揮著重要的作用。

一旦所取樣品的代表性和真實(shí)性無法保證，材料試驗(yàn)檢測(cè)會(huì)現(xiàn)嚴(yán)重問題，導(dǎo)致檢驗(yàn)數(shù)據(jù)無法真實(shí)反映工程質(zhì)量[1]。

近年來，在工程質(zhì)量投訴處理中察覺，實(shí)際工程所用材料與報(bào)告存在較大差異，往往使得報(bào)告成為遮掩實(shí)際工程材料的擋箭牌，這種現(xiàn)狀值得反思，并應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)轉(zhuǎn)變工程質(zhì)量的監(jiān)管思路?！督煌ㄟ\(yùn)輸部辦公廳關(guān)于印發(fā)工地測(cè)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)辦要點(diǎn)的通知》（廳監(jiān)[2022]200號(hào)）和《馬路試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告編制導(dǎo)那么》（JT/T828—2022）及釋義手冊(cè)的發(fā)布，為試驗(yàn)檢測(cè)推行信息化管理供給了根基，各馬路創(chuàng)辦工程參建單位可以通過逐步構(gòu)建統(tǒng)一的測(cè)驗(yàn)室信息化平臺(tái)，提高試驗(yàn)檢測(cè)工作效率，裁減人為誤差，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，以利于試驗(yàn)檢測(cè)的科學(xué)模范管理[2]。

在工程質(zhì)量檢測(cè)中，信息化技術(shù)得到了深入應(yīng)用，工作效率有了很大的提高。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成片面，其核心和根基是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)的根基上延遲和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)[3]。結(jié)合馬路工程質(zhì)量檢測(cè)行業(yè)現(xiàn)狀，利用構(gòu)成物聯(lián)的傳感器、智能標(biāo)簽、嵌入式系統(tǒng)3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)馬路工程從制取試件惟一性標(biāo)識(shí)、送檢、檢測(cè)試驗(yàn)過程自動(dòng)化操縱，到數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)試驗(yàn)報(bào)告智能標(biāo)簽防偽、試驗(yàn)數(shù)據(jù)正逆向溯源的全過程監(jiān)管[4]，為馬路工程質(zhì)量監(jiān)管決策供給科學(xué)依據(jù)。

1馬路工程質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)管技術(shù)架構(gòu)體系設(shè)計(jì)1.1技術(shù)架構(gòu)體系根據(jù)《馬路試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告編制導(dǎo)那么》（JT/T828—2022），基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的馬路工程質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)管的技術(shù)架構(gòu)應(yīng)主要由4片面構(gòu)成：智能標(biāo)簽、標(biāo)簽讀寫智能終端；

第三、四代移動(dòng)通信技術(shù)；

試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集傳感器[5]；

試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)操縱嵌入式系統(tǒng)與試樣破型拍攝設(shè)備[6]。

對(duì)馬路等級(jí)測(cè)驗(yàn)室和工地測(cè)驗(yàn)室在馬路工程試驗(yàn)檢測(cè)活動(dòng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及相關(guān)信息舉行采集、存儲(chǔ)、傳輸、判斷、分析、溯源全過程監(jiān)管。概括監(jiān)管平臺(tái)構(gòu)成如圖1所示。

由圖1可知，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)等信息技術(shù)，馬路工程質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)管系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)共分為3片面：施工現(xiàn)場(chǎng)、測(cè)驗(yàn)室、監(jiān)管部門。各片面有獨(dú)立的工作性能，概括說明如下。

（1）測(cè)驗(yàn)室主要工作是識(shí)別取樣樣品，檢測(cè)數(shù)據(jù)采集的來源，由萬能試驗(yàn)機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)、瀝青針入度儀、瀝青軟化點(diǎn)儀、瀝青馬歇爾穩(wěn)定度儀[7]等設(shè)備構(gòu)成。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和分析，生成馬路工程質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，由測(cè)驗(yàn)室數(shù)據(jù)服務(wù)器傳遞給路由器設(shè)備，再通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞給施工現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)管部門。

（2）施工現(xiàn)場(chǎng)將試驗(yàn)智能標(biāo)簽通過智能終端傳遞給無線基站，是整個(gè)技術(shù)架構(gòu)的源頭，負(fù)責(zé)傳遞和處理實(shí)時(shí)的工程質(zhì)量取樣信息。

（3）最終將采集的信息通過物聯(lián)網(wǎng)傳遞到監(jiān)管部門，在試驗(yàn)檢測(cè)監(jiān)管平臺(tái)舉行匯總、分析，為馬路工程質(zhì)量監(jiān)視人員與創(chuàng)辦工程質(zhì)量檢查人員供給決策依據(jù)。

1.2網(wǎng)絡(luò)傳輸層次為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)有效地傳遞，馬路工程質(zhì)量試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集所使用的傳感器，是通過基于MODBUS協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)模范[8]與試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集終端舉行數(shù)據(jù)通訊。數(shù)據(jù)采集終端與測(cè)驗(yàn)室本地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器、試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)之間采用ADSL、CDMA和LTE舉行通信。底層均為實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用層為規(guī)律數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸層次如圖2所示。

2試驗(yàn)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)模型共分為4個(gè)層次，從底層逐級(jí)向上分為設(shè)備傳感器、檢測(cè)取樣與試驗(yàn)檢測(cè)、馬路試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)集群和馬路試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，如圖3所示。馬路試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)與馬路試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)集群交換數(shù)據(jù)，試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集軟件通過基于TCP/IP協(xié)議通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集終端發(fā)起和應(yīng)答指令；

試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集終端上的嵌入式系統(tǒng)通過基于MODBUS協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備傳感器舉行通訊[9]。

2.1檢測(cè)取樣物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)依據(jù)馬路工程檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)取樣的管理要求，施工現(xiàn)場(chǎng)取樣監(jiān)管的關(guān)鍵因素有：見證取樣人員身份的真實(shí)性；

人員與取樣地理位置的真實(shí)性；

取樣時(shí)間戳；

樣品的真實(shí)性。

為保證取樣關(guān)鍵因素的真實(shí)性，檢測(cè)取樣的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)思路為：對(duì)智能終端與取樣員、見證員舉行生物特征識(shí)別的實(shí)名制管理；

通過智能終端對(duì)取樣工地、樣品與取樣人員、見證人員舉行GPS定位；

對(duì)樣品舉行智能標(biāo)簽惟一性標(biāo)識(shí)。

2.1.1監(jiān)管部門設(shè)計(jì)監(jiān)管部門在監(jiān)管平臺(tái)建立取樣員、見證員、試驗(yàn)員、建設(shè)工程質(zhì)量檢查人員、監(jiān)視員等從業(yè)人員的信息庫(kù)。信息庫(kù)包含上述各人員的指紋特征與對(duì)應(yīng)的智能終端編號(hào)，完成對(duì)智能終端的實(shí)名制管理，人員與終端的實(shí)名制管理處理過程如圖4所示。

2.1.2施工現(xiàn)場(chǎng)取樣設(shè)計(jì)取樣員在檢測(cè)取樣時(shí)通過指紋掃描識(shí)別完成身份驗(yàn)證；

將智能標(biāo)簽植入或綁定至檢測(cè)樣品，寫入強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋牌號(hào)、工程部位、樣品照片與人員照片等取樣信息至智能標(biāo)簽；

自動(dòng)定位取樣員的GPS位置信息，并通過無線基站與互聯(lián)網(wǎng)傳輸至監(jiān)管平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器；

見證員在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使用智能終端掃描或讀取智能標(biāo)簽，完成見證取樣的過程；

服務(wù)器自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)上傳的時(shí)間。施工現(xiàn)場(chǎng)見證取樣過程如圖5、6所示。2.2檢測(cè)設(shè)計(jì)2.2.1樣品送檢檢測(cè)樣品送至檢測(cè)機(jī)構(gòu)舉行囑托或留樣登記時(shí)，業(yè)務(wù)受理人員掃描樣品的智能標(biāo)簽，從監(jiān)管平臺(tái)獲取樣品信息，并寫入試驗(yàn)檢測(cè)管理軟件，樣品信息在軟件內(nèi)嚴(yán)禁修改。管理軟件按《馬路試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告編制導(dǎo)那么》（JT/T828—2022）要求，編號(hào)后流轉(zhuǎn)至樣品試驗(yàn)檢測(cè)流程。

2.2.2試驗(yàn)檢測(cè)（1）試驗(yàn)檢測(cè)流程設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)員通過掃描智能標(biāo)簽獲取樣品的規(guī)格信息與內(nèi)部流轉(zhuǎn)編號(hào)，完成當(dāng)前試驗(yàn)樣品與試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系對(duì)應(yīng)。對(duì)力學(xué)、瀝青針入度與軟化點(diǎn)、瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度的試驗(yàn)設(shè)備，加裝檢測(cè)數(shù)據(jù)采集傳感器與破型拍照設(shè)備，結(jié)合嵌入式自動(dòng)操縱系統(tǒng)，完成混凝土試塊的破壞荷載、鋼筋的極限拉伸荷載、屈服荷載、瀝青的針入度與軟化點(diǎn)、瀝青馬歇爾穩(wěn)定度、流值等試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。試件破型時(shí)，采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄破型時(shí)的照片，試驗(yàn)完成后自動(dòng)存儲(chǔ)試驗(yàn)過程曲線與破型照片，并通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸至檢測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)，隨后監(jiān)管平臺(tái)的數(shù)據(jù)接收端完成數(shù)據(jù)的解析與分類存儲(chǔ)。試驗(yàn)檢測(cè)流程如圖7所示。

（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)。

馬路試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)集群服務(wù)器使用端口8421監(jiān)聽試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集嵌入式系統(tǒng)，傳輸采用TCP/IP通信協(xié)儀。當(dāng)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)與采集終端連接時(shí)，即可舉行獨(dú)立雙向通訊，通訊消息幀設(shè)計(jì)如圖8所示。

（3）試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理與監(jiān)管平臺(tái)。

試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理軟件將傳輸內(nèi)容經(jīng)DES加密后，采用XML格式對(duì)數(shù)據(jù)包舉行封裝，通過數(shù)據(jù)包的形式傳遞，使用HTTP協(xié)議與SOAP協(xié)議上傳至檢測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)與完整。數(shù)據(jù)包包含的數(shù)據(jù)內(nèi)容如表1所示。

2.3智能標(biāo)簽2.3.1試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告智能標(biāo)簽防偽設(shè)計(jì)在試驗(yàn)完成后，試驗(yàn)檢測(cè)管理軟件自動(dòng)生成試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告，打印試驗(yàn)報(bào)告時(shí)將當(dāng)前試驗(yàn)報(bào)告的編號(hào)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)名稱、創(chuàng)辦工程名稱、施工單位、監(jiān)理單位、試驗(yàn)檢測(cè)參數(shù)名稱、試驗(yàn)結(jié)果、檢測(cè)結(jié)論等關(guān)鍵信息加密生成二維碼智能標(biāo)簽，成為試驗(yàn)報(bào)告的惟一標(biāo)識(shí)，對(duì)試驗(yàn)報(bào)告舉行有效防偽，同時(shí)具有溯源作用。加密數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)方法如圖9所示。

試驗(yàn)報(bào)告打印后，系統(tǒng)將試驗(yàn)報(bào)告對(duì)應(yīng)的原始記錄、試驗(yàn)曲線與試驗(yàn)報(bào)告的電子版附件通過網(wǎng)絡(luò)層傳輸至檢測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)。

試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)加密設(shè)計(jì)如下。

（1）機(jī)構(gòu)代碼（OrganizationCode）同監(jiān)視局下發(fā)的各檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)證書編號(hào)。

（2）試驗(yàn)報(bào)告關(guān)鍵內(nèi)容（KeyElements）包括：試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)名稱、創(chuàng)辦工程名稱、施工單位、監(jiān)理單位、試驗(yàn)檢測(cè)參數(shù)名稱、試驗(yàn)結(jié)果、2.3.2試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告智能標(biāo)簽溯源監(jiān)視員與工程部質(zhì)量檢查人員舉行日常質(zhì)量檢查時(shí)，通過智能終端對(duì)試驗(yàn)報(bào)告上的智能標(biāo)識(shí)舉行掃描，即可完成對(duì)試驗(yàn)報(bào)告的真?zhèn)悟?yàn)證，以及取樣過程溯源（見證員、取樣員信息、取樣時(shí)間、取樣地點(diǎn)），試驗(yàn)過程溯源（原始記錄信息、試驗(yàn)曲線信息）如圖10所示。

3結(jié)語（1）檢測(cè)取樣物聯(lián)網(wǎng)解決了檢測(cè)取樣過程中普遍存在的假試樣問題，保證了馬路工程質(zhì)量檢測(cè)試樣的真實(shí)性。

（2）試驗(yàn)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)力學(xué)、瀝青針入度與軟化點(diǎn)、馬歇爾穩(wěn)定度等關(guān)鍵試驗(yàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)自動(dòng)