基于GPS远程实时监控的公路路基碾压施工质量监控理论与应用研究

1、 分类号:?漾步大海硕士学位论文基于远程实时监控的公路路基碾压施工质量监控理论与应用研究杨学超张勤 教授导师姓名职称申请学位级别论文提交日期学位授予单位答辩委员会主席 李家权教授学位论文评阅人 李家权教授岳建利高工摘 要随着高速公路建设的快速发展,交通流量的快速激增,有关公路建设的质量问题也越来越引起公路建设者的广泛关注。路面达不到设计的使用寿命,出现早期破坏的事情时有发生,而路基压实程度不够是造成路面早期破坏的主要原因之一。但是传统的路基压实度检测方法如灌砂法,核子密度仪法和环刀法等,具有费工费时,破坏性大,影响施工等缺点。为此,研究出一种连续、准确、快速的路基施工质量检测设备,以便对路基压

2、实质量进行全面实时监控,对确保公路施工质量具有重要的现实意义。随着现代数据通讯技术、计算机技术、电子信息技术等高科技的迅速发展,将其与公路交通相结合,已广泛应用于工程领域的各个方面。除了传统意义上工程测量方面,技术可以在工程施工方面发挥重大作用。为此,研究与压路机相结合的压实质量测量系统,以实现对公路路基压实施工质量的连续、准确、快速的评价,该研究对路基压实质量进行全面实时监控具有重要的现实意义。本文首先介绍了振动压路机的工作原理及传统压实度评价方法,通过分析传统压实度检测方法的不足和缺陷,结合.在动态测量技术中的优越性,为碾压工艺中各项质量控制指标如:运行轨迹、运行速度、碾压遍数、平整度、层

3、厚和土方量检测提供理论依据。随后,以工程实例一山西运城绕城高速公路路基填筑工程,利用动态测量采集的数据,进行后处理分析,利用传统压实度的推导公式和数理统计方法,建立了压实度随碾压层厚度、湿密度、干密度、含水量变化的数学模型,为进一步实时获得压实度提供了可能性,并对其计算压实度的精度进行评定,对模型的准确性和可靠性进行了验证。本文的研究成果对填筑路基压实质量的快速、无损检测具有实际应用价值。利用实时监控系统,可以实时监测现场作业的工作区域、压路机的运行速度和轨迹,填筑的土方量和碾压层的压实度,掌握压实过程,避免漏检,使欠压、过压问题得以解决。关键词:压实度;公路路基;碾压施工;质量控制:回归分析

4、 , , .,. ,. . ., , , ,. ,., . . , , , , . , ,?, , , , ,.?., , , ., .,;: ; ;论文独创性声明本人声明:本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外,对论文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:杉豸筮力椤年/月,日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请

5、专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍然为长安大学。保密的论文在解密后应遵守此规定论文作者签名:物豸复.年占具、导师签名:年二盯日多旅勃长安人学硕:学位论文绪论第一章.问题的提出压实是道路施工作业的一个重要组成部分,压实质量对道路的安全与寿命有着决定性的影响。有效的压实能够显著的提高路基的承载能力和稳定性,防止渗透,消除沉陷。压实度是反映压实质量好坏的重要指标,其检测的准确性及实时性对工程质量的控制至关重要。路基压实程度不够是造成路面早期破坏的主要原因之一。公路路面的投资费用往往占工程总投资的/.%?,特别是高等级公路,其路面的投资比重更大。因

6、此,路面过早破坏在经济上造成的损失是非常巨大的。除了加强路面工程的管理,在技术上按标准要求控制路基、路面的压实是保证路面质量最经济有效的措施。实践证明,以高标准进行路基的压实,是保证路基应有强度和稳定性的一项最经济有效的技术措施。随着路基施工机械化水平的大幅度提高和先进的装运、摊铺、压实机械的使用,路基填筑速度不断提高,采用传统的压实质量检测方法往往难以满足及时指导施工的要求。由于振动压路机的压实功能强、激振力大、工作效率高、有效的压实程度大等特点,振动压路机已广泛用于路基填土和其他多种路基、路面材料的压实作业,可以说振动压路机是目前在路基压实作业中应用最为广泛的压实设备之一,但与之相匹配的压

7、实检测系统尚显落后。为此,国内外都在研究如何进行连续、实时、准确的压实度检测设备,达到对路基压实质量的进行全面监控的目的。因此,开发研制一种具有实时质量监控系统是很有必要的。.国内外压实度检测方法现状我国对压路机压实度计的研究要晚于国外。年以来,国内一些研究机构和厂家对机械式压实度计进行了研究,并在九十年代初期分别开发了几种类型压实度计。有代表性的压实度检测仪归纳起来大致有三种形式:由东南大学、徐州工程机械厂、宝应四明仪器三家合作研制的.密实度测量仪;水利水电科学研究院研制的.型压实度计;苏州交通设计研究院和江阴交通工程机械厂联合开发的压实度检测仪。第一章绪论徐州工程机械厂与宝应四明研制的一密

8、实度测试仪由传感器、测量分析仪、数据采集器和打印机等四部分组成。一是通过加速度传感器检取压路机振动轮上的振动信号,并转换为电信号,经放大电路放大后送入滤波电路。两个滤波器分别将信号中的基波和二次谐波分量选出,并且各自经过交直线性转换和压频转换,在经过除法电路由计数器显示出土壤的密实度。水利水电科学研究院研制的.压实度计工作原理与.一样,即利用时,采用了去平均值的方法。同时,根据振动压路机振动频率的工作范围,.型压实计设置恶劣“频率选择”开关,以满足不同振动频率的工作要求。苏州市交通研究所研制开发了型压实度比较仪,它是从力平衡角度分析振动压路机对土壤压实的工作原理.在土壤颗粒性质、直径、级配、含

9、水量等一定的条件下,土壤颗粒比较松软时,土壤强度比较低,其弹性模量比较小,对振动轮的反力比较小:反之,对振动轮的反力就比较大,加速度与振动轮反力有线性关系,而反力与土壤密实度有良好的相关关系,所以加速度的变化正是反映了土壤的压实程度。国外在道路工程中非常重视对路基路面的合理压实与压实度检测。西德等国家从世纪年代就开始研究利用振动轮震动加速度在压实时的变化规律,并寻找判定根据压实过程中作用路面压实的各种方法【】。德国公司的力的平衡关系,提出通过测量振动加速度传到压路机上的有效压实功率来判定压实度大小的方法公司推出一种全球定位监测系统,可以精确地确定压实位置和压实质量【。当压路机偏离正常压实区域时

10、,可以帮助驾驶员在保持行走状态下纠正错误,从而使压实质量得到%的提高。美国宾州州立大学 .教授研发出了基于土木学院的的路面胜实系统【】,已经投入到牛产实践。法国研究院的. 教授利用安置在压路机上的和传感器对压路机实时定位【】。美国威斯康辛大学.土木与环境学院的.教授针对沥青路面的碾压开发了系统【】可以对压路机实时导航。美国佛罗里达大学土木工程系的教授研发了基于的沥青碾压质量控制系烈。年,研究发现,振动轮在振动时轴心的运动轨迹接近于一椭圆曲线,并且椭圆的长轴随压实遍数的增加而变长,因而提出了用椭圆长轴的变化来判断压实度大小的理论。长安人学硕十学位论文多年来国外很多厂家和科研机构一直在根据相应的压

11、实度检测原理研制检测压实度的仪器。市场上压实度计的主流产品是德国的公司和瑞典的公司生产的。年,瑞典开发公司与公司合作,根据振动压路机的振动轮在压实过程中的动态相应,提出了以加速度的二次谐波与基波的比值来判定压实的方法【】。在以后的十年中,公司与公司经过不断完善和改进,推出了各自的压实度计。.研究意义及其主要内容本课题来源于交通部科教司的基于网络的单点精密定位及一机多天线技术合同任务书中的一个子项目,即“基于远程实时监控的公路路基压实质量控制系统”。使用远程实时碾压监控系统可以使工作人员在压实过程中实时检测压实状况、控制压实质量,从而保证路基路面在最少碾压遍数下得到充分压实,可有效地避免“欠压”

12、和“过压”等现象的发生。这样,既能节省人力、缩短工期,又可以在保证施工质量的基础上加快施工进度,具有明显的社会效益和经济效益。在学习国内外压实度测量技术的基础上,采用全球定位技术,实现压实度的连续快速检测,并提高压实度检测的实时性和准确性。本课题研究的内容包括:远程实时监控公路路基碾压系统研究的技术方法;比较全面地分析了现有压实度检测方法,研究并总结了碾压层厚度变化与土壤压实度的关系,为硬件系统设计和软件编程提供理论支持;利用语言,完成了系统压实度计算程序;结合具体实际工程进行碾压试验测试,研究其技术指标行车速度、行车轨迹、碾压遍数、碾压层厚度、压实度检测和适用性,研究解决系统监控中心、网络通

13、讯、现场分控站和移动远端监控系统的安装、调试及应用中的一系列技术难题;利用公式推导法、沉降率法、多元回归法和人工神经网络得到了压实度计算的数学模型。第一二章传统雎实柃测方泫和远程实时监控柃测方法理论第二章 传统压实度检测方法和远程实时监控检测方法理论.传统压实度检测方法理论.振动压路机的工作原理及压实过程振动压路机是工程施工的重要设备之一,振动压路机主要由发动机、传动系统、操作系统、行走装置振动轮和驱动轮以及机架等组成。传动系统包括两部分:液压行走驱动系统和液压振动系统。振动压路机后面两个轮胎是主动轮,通过内部的发动机产生马达来驱动,行驶速度取决于发动机的功率。振动轮是从动轮,也是滚动轮。由于

14、振动压路机采用了全液压传动技术,并且振动轮采用的是一种不平衡偏心块式结构。因此,当振动压路机在作业时,在振动轮自身重力及液压系统的作用下,振动轮带动偏心块高速旋转。振动压路机的振动轮在这个干扰力的作用下产生强迫振动,振动轮将振动作用传递到土壤上,这股冲击波使土壤由静止状态变成振动状态,急剧减小土壤颗粒间的内摩擦力和粘结力,使颗粒靠近,小的颗粒填充到大颗粒土的空隙中,土壤压实度增加,从而达到压实的目的。振动压实的特点是其表面应力不大,过程时间短,加载频率大,同时还可以根据不同的铺筑材料和铺层厚度,合理选择振动频率和振幅,以提高压实效果,减少碾压遍数。振动压实机械可广泛用于粘性小的砂土、土石填方、

15、沥青混合料和水泥混凝土混合料等的压实【】。.传统压实度评价方法从年美国研制出世界上第一台以蒸汽机为动力的自行式光轮压路机到今天,压实机械已经有了长足的发展。对压实结果的现场测试,经过几十年的研究,发明了许多测定路基压实度的方法。目前现场测定土壤的密实度普遍采用传统的方法。这些方法是:灌砂法、环刀法、水袋法、核子密度仪法等。.灌砂法所谓灌砂法就是用均匀颗粒或单一粒径的砂,由一定高度下落到一规定容积的筒或洞内,根据其单位质量不变的原理,来测量试洞的容积。用试洞的容积代表洞中取出材料的体积。采用灌砂法测量土的密实度,首先在拟测量密度的地点挖凿一个圆形试洞,洞身通常应等于粘压层的厚度。在挖洞过程中,应

16、使洞壁尽可能垂直,避免洞径上大下小。仔细收集洞中挖出的全部土或材料,勿使丢失,并采取措施保护其含水量不受损失。长安人学硕十学位论文及时称取洞中挖出的全部土或材料的质量朋。,单位:,并取部分有代表性的样品作含水量。,%试验用。剩下的重要一步是量测试洞的容积。密实度的具体算式为:几:堕 .亿,岛各¨式中:风一土的湿密度,/;风一量砂的单位质量,/岛一土的干密度,/;.。一填灌试洞所需的砂的质量,;灌砂法是当前国际上施工过程中最通用的方法,在很多国家的土工试验法和稳定土材料试验法中,都将灌砂法列为现场测定密度的主要方法。此方法表面上看来颇为简单,但实际操作时常常掌握不好,会引起较大误差;又

17、因为它是测定压实度的依据,故经常是质量检测部门与施工单位之间发生矛盾或纠纷的环节,因此应严格遵循试验规程的每个细节,以提高试验精度。.环刀法环刀法是我国最早应用于测定土的湿密度的一种方法。具体操作步骤为:采用环刀法测试前先清除干净试验地点表面未压实土层,并将压实土层铲平一部份;利用齿钉将定向筒固定于铲平的地面上,顺次将环刀、环盖放入定向筒内;根据土质干湿和紧密程度的不同,可采用直接压入法、落锤打入法或手锤打入法将环刀压入或打入土中;去掉锤和定向筒,用镐将环刀及土样挖出:轻取环刀上的环盖,用土刀削去环刀两端,放入与土及环刀等重的祛码,直接称出环刀与湿土重。单位:;擦净环刀外壁,在天平放码一端放入

18、与环刀等重的祛码,直接称出环刀重脚:单第二章传统压实榆测方法和远程实时监控检测方法理论位:;自环刀中取出具有代表性的试样测定其含水量%。采用环刀法测定土壤压实度的具体算式为:】.:?.岛斋赢式中:风一土壤湿密度,/;岛一土的干密度,/;一环刀体积,/。传统方法的优点是简单快捷地得到路面的压实度,但需要细心熟练的手工操作,如挖坑、称重和测量含水量等,因此存在费时、费工和破坏性等缺点,而且传统的方法仅能提供有限测试点上的数据,所以带有较大的随机性。同时,传统的方法也不能实时在线地获得压实度的信息,因而在压实不足时只能返工重压、在过压实时则造成能量的浪费。另一方面,传统方法的测试对象存在一定的局限性

19、,比如环刀法适于测定粘性土的密实度。.水袋法先在拟测量密实度的位置挖掘一个圆形试洞,对洞深的要求以及对称量洞中挖出的土或材料和取样品测量含水量的要求,均与上述灌砂法相同。测量试洞的容积时,将水袋法中使用的薄橡皮袋放入试洞内,在规定压力下将水压入橡皮袋中,使橡皮袋扩张到与试洞底和壁相接触,根据所用水量确定试洞体积。.核子密实度法核子密实度法是年代由国外引进的一种高效快捷的检测方法。它利用放射性射线穿过物质时要发生衰减,其衰减量的大小与物质的密度成正比,这样通过放射性射线的衰减量可以反推物质的密度,故又称射线法。核子密实度法的优点是:测量速度快,需要的人员少,方便,操作人员不必费力挖坑取大块试样称

20、重;无损,不破坏土的结构,一些无规律的测定值可立即发现并检验:可用于测量各种土包括冻土和路面材料的密度以及它们的含水量。虽然核子密实度法比传统方法的优点多,特别是在连续进行控制施工质量的工作中。但该方法价格高,使用环境条件要求高,此外放射性物质对人体有损害作用,一旦长安人学硕.:学位论义发生问题还对环境造成污染,使人们对射线放射性有恐慌心理,因此一时难以普遍推广使用。.传统压实度评价方法存在的不足通过上面对各种传统方法的简要介绍,可知用传统的方法检测压实度存在着以下问题:破坏性试验评定方法采耿样品时,需要熟练的手工操作如挖坑、称重等,会破坏土层结构,且费时费工:非破坏性试验评定方法一核子仪测定

21、会对工作人员的身体造成一定的损害,一旦发生问题还会造成严重的环境污染;用传统测定方法在压实过程中不能测量和评估压实状态,只能在压实结束后按照规定的标准进行;用传统测定方法只取少量的试样材料,常规实验只能给出有限测试点上的数据,代表性差。而公路筑路材料复杂,这样就极容易出现低质量路段漏检;用传统测定方法对压实结果的描绘比较粗糙;用传统测定方法做试验时需要做大量的工作,费用昂贵,时间较长。.实时监控方法理论. 测量的基本原理实时动态 ?贝量系统,是测量技术与数据传输技术相结合,而构成的组合系统。是测量技术发展中的一个新的突破。测量技术,是以载波相位观测量为根据的实时差分 测量技术。我们知道,测量工

22、作的模式有多种,如静态、快速静态、准动态和动态相对定位等【】。但是,利用这些测量模式,如果不与数据传输系统相结合,其定位结果均需通过观测数据的测后处理而获得。由于观测数据需在测后处理,所以上述各种测量模式,不仅无法实时地给出观测站的定位结果,而且也无法对基准站和用户站观测数据的质量,进行实时地检核,因而难以避免在数据后处理中发现不合格的观测成果,需要进行返工重测的情况。过去解决这一问题的措施,主要是延长观测时间,以获取大量的多余观测量来保障测量结果的可靠性。但这样以来,便显著地降低了测量工作的效率。实时动态测量的基本原理,如图.所示。在基准站上安置一台接收机,对所第二章传统肚实榆测方法和远程实

23、时监控榆测方法理论有可见卫星进行连续地观测,并将其观测数据通过无线电传输设备,实时地发送给用户观测站。在用户站上,接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电传输设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时地计算并显示用户站的三维坐标,其精度可达到厘米级。这样通过实时计算的定位结果,便可监测基准站与用户站观测结果的质量和解算结果的收敛情况,从而可实时地判定解算结果是否成功,以减少冗余观测,缩短观测时间。图. 原理不葸图. 测量系统的构成及其作业精度的影响因素.测量系统的构成【】测量系统主要由接收设备、数据传输系统和软件系统构成。接收设备在基准站和用户站上,分别设置双频接收机。由于双频

24、观测值不仅精度高,而且有利于快速准确地解算整周未知数。当基准站为多用户服务时,其接收机的采样率应与用户接收机采用率最高的相一致。数据传输设备数据传输设备也称数据链,由基准站的无线电发射台与用户站的接收机组成,其频率和功率的选择主要取决于用户站与基准站的距离、环境质量、数据的传输速度。软件系统支持实时动态测量的软件系统的质量和功能,对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性和精确性,具有决定性意义。这种软件系统突出的功能是能够快速解算整周未知数,能选择快速静态、准动态、和实时动态等作业模式,实时完成对解算结果的质量分析和评价。.作业精度的影响因素作业模式能否顺利进行,取决于数据链的稳定性与作

25、用距离,其中的关键是调长安大学硕十学位论文制解调器的配置与的数据处理,流程如图.所示。图.作业模式数据链示意由此信号流程图可知,影响数据链的稳定性进而影响作业精度的因素由以下几个方面】:卫星信号的接收;基准站的选址;基准站电台本身的发射性能;信号发射、接收天线的性能;设备的架设,尤其是天线与电台发射、接收天线的架设:.环境电磁信号的干扰。因此,在作业时一定注意:基准站的选址要具有一定的高度,且要远离干扰源。由于基准站电台采用高频发射,信号近直线传播,折射能力弱。为了避开遮挡信号的障碍物,如建筑物、大树等,基准站发射电台应尽可能高于接收机。卫星距地面高度大约,地面接受到的信号很弱,远离电磁干扰才

26、能保证信号的接受效果。电台的设置一定要符合规范。大于的电台的发射天线距接收机天线至少,晟好以上,避免它们之间相互干扰。实际操作时注意供电电缆、数据电缆造成的干扰。基准站信号发射天线与发射频率的匹配性。更改电台频率时,必要时调整发射天线长度。仪器出厂时,天线长度是按最小频率要求设置的,当发射频率增大时,要相第二章传统实伶测方法和远程实时船控榆测方法理论应调整天线的长度。调整解频器的配置。调整解频器的作用是高效保真地发射、接受定位信号,形成基准站和流动站之间的安全信号通道。调整解频器发送数据的格式有标准格式,各厂家也自行定义数据格式。.测量系统的应用定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,

27、已能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度【。在作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态。技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。测量可用于的主要测量工作:控制测量:技术可用于四等以下控制测量、工程程测量的工作。地形测量:采用技术,并配合一定的测图软件,可以测设各种地形图,如普通测图:线路带状地形图的测设:配合测深仪可以用于水下地形图;航海海洋测图等。外业可进行属性编码。还可以在定位导航、跟踪监控、指挥

28、调度、交通管制、地质勘探、城市规划及工程建设等领域广泛应用。.无线扩频通信技术简介扩展频谱通信 技术以下简称扩频通信,早在第二次世界大战期间就己提出,其发展也基本上是在军事领域随着电子对抗发展起来的。随着无线通信的广泛应用,无线频道变得非常拥挤,频道资非常源紧张,干扰繁多、严重。由于扩频通信技术有很多优点可以克服这些问题,并且可以提供更高的保密技术,因此,从年代末,美国联邦通信委员会规划了波段并批准扩频通信使用该频段来,扩频通信技术得到了快速的发展和广泛的应用。.扩频通信技术基本原理扩频通信的理论基础是仙农定理【】:/ .长安大学硕十学位论文式中:一信道容量,一传输带宽,/一信号功率/噪声功率

29、。由此可得:在信息速率一定时,可以用不同的信号带宽和相应的信噪比来实现传输,即信号带宽越宽则传信噪比可以越低,甚至在信号被噪声淹没的情况下也可以实现可靠通信。因此,将信号的频谱扩展,则可以实现低信噪比传输,并且可以保证信号传输有较好的抗扰干性和较高的保密性。目前常用的扩频通信实现方法主要有:直接序列扩频、跳频 、跳时 、宽带线性调频等方式。以上方法中最常用的是直接序列扩频和跳频。.直接序列扩频技术直序扩频使用伪随机码 对信息比特进行模加得到扩频序列,然后扩频序列去调制载波发射,由于码往往比较长,因此发射信号在比较低的功率上可以占用很宽的功率谱,即宽带低信噪比传输。码的长度决定了扩频系统的扩频增

30、益,而扩频增益又反映了一个扩频系统的性能。直序扩频系统的解扩采用相关解扩,这是它与常规无线通信解调方式的根本不同。在接收端,接收信号经过放大混频后,经过与发射端相同且同步的码进行相关解扩,把扩频信号恢复出窄带信号,再对窄带信号进行相干解调解出原始信息序列。用位码长的扩频码来说,直接序列扩频与解扩的过程简单说就是,如果采用的信源发出“”,则扩频调制为一个序列单元,如“”;信源发出“”,则扩频调制为一个反相的序列单元,如与上面对应的反相序列“”。在接收端,收到序列“”则恢复为“”,收到序列“”则恢复为“”。直序扩频技术的优点:.抗干扰能力强扩频解调器实际上是一个相关器,扩频信号通过相关器后能有效的

31、恢复,干扰信号包括瞄准性干扰和宽带干扰,由于与本地码不相关而被相关器抑制掉。具有强的抗多径干扰能力无线电波在传播的过程中,除了直接到达接收天线的直射信号外,还会有各种反射体如大气对流层、建筑物、高山、树木、水面、地面等引起的反射和折射信号被接收天线接收。反射和折射信号的传播时间比直射信号长,它对直射信号产生的干扰称为多径干扰。多径干扰会造成通信系统的严重衰落甚至无法工作。由扩频序列的自相关函数的特性知道,当两个接收信号序列相对时间超过码元宽度时,相关器输出只为码长的倒数,故被很大程度的抑制掉。直序扩频技术还一有一种更先进的接收技术,叫接收技术,它可以实现多径分集接收。即将各种路径来的信号,包括

32、直接、折射、反射绕射信号解扩后在相位上根据峰值校齐并进行叠加,使信号强度更高,不仅避免了多径干扰还增强了接收信号强度。但是接收技术的实现比较复杂且昂贵。.对其它电台干扰小,抗截获能力强由于信息信号经过扩频调制后频谱被大大扩展,使信号的功率谱密度大大降低,接收端接收到的信号谱密度比接收机噪声低,即信号完全淹没在噪声中,这样对其它同频段电台的接收不会形成干扰,信号也就不容易被发现,进一步检测出信号就更难,所以有非常高的隐蔽性,非常适合保密通信,特别适合应用于军事领域的通信。正因为有此特点,规定使用扩频通信机不必申请专用频率。.可以同频工作由于采用相关解调,只要每部通信机的扩频码不同,几部通信机就可

33、以使用同一载频而不会有相互干扰,只是增加多一点背景噪声而已。.便于实现多址通信由于不同的扩频码是正交或接近正交的,彼此相互影响很小,所以可以把不同的扩频码作为用户的地址码,则很容易实现码分多址通信。移动通信系统采用方式,理论上可以使通信容量比目前的蜂窝式通信容量提倍。.跳频扩频通信技术另一种常用的扩频技术是跳频扩频,其实现方法是载频信号以一定的速度和顺序,在多个频率点上跳变传递,接收端以相应的速度和顺序接收并解调。这个预先设定的频率跳变的序列就是码。在码的控制下,收发双方按照设定的序列在不同的频点上进行通信。由于系统的工作频率在不停的跳变,在每个频率点上停留的时间仅为毫秒或微秒级,因此在一个相

34、对的时间段内,就可以看作在一个宽的频段内分布了传输信号,也就是宽带传输。跳频通信系统的频率跳频速度反映了系统的性能,好的跳频系统每秒的跳频次数可以达到上万跳。安人学硕:学位论文跳频通信系统在每个跳频点上的瞬时通信实际上还是窄带通信。其中,跳频通信的关键部件是跳频器,它又频率合成器和跳频指令发生器两部分组成。频率合成器受跳频指令发生器的控制产生跳变的载频信号去调制信号或解调信号。跳频序列的同步是跳频通信的核心技术。跳频扩频技术的优点:.抗干扰能力强由于在实际通信中,通信频率一直是变化不定的,控制跳频的码序列其周期可以长达数年,跳变的频率可以达到成千上万个,因此对于干扰信号来说基本上不可能捕捉到传

35、输信号,对于固定频率干扰也可以跳变一个频点避开。相对于直序扩频,跳频技术具有更好的保密性和抗干扰性能。由于跳频通信本身也是属于宽带传输,按照仙农定理,它也可以实现低信噪比传输,即信号可以淹没在噪声里传输。.系统兼容性兼容性是指,跳频通信系统可以与一个不跳频的定频再带通信系统在莫个固定频点上进行通信。也可以在定频通信电台上增加跳频模块使其具有跳频通信能力而与跳频电台进行通信。.便于实现多址通信应用跳频通信可以很容易地组建一个多址网络,网络内的各个用户都被分配了一个互不相同的地址码,就象 号码一样。每个用户只能接收其他用户针对其地址码发送来的信息,对发送给其他用户的信息,则不会解调出来。表. 直序

36、扩频和跳频扩频的比较直序扩频 跳频扩频抗截获能力强,保密性好,通常不会 频谱利用率稍高。对其他通信设备造成干扰。抗干扰能优点力最强可以频率复用,但是相邻系统的背景 在近距离时,对其他窄带和直序扩频缺点噪声提高。 通信设备有干扰。由以上比较可以看出,跳频通信技术具有比较强的抗干扰能力,是特别适合于军事领域的通信手段。正是它的独特的优点使得它符合了现代信息战争中电子对抗的需求,因此在现代军事通信中成为重要的通信手段。在海湾战争中,多国部队就大量的使用了采用跳频通信技术的通信设备。第一二章传统压实柃测方法和远程实时船控榆测方法理论目前,跳频系统跳速基本水平是:短波电台.跳/秒,超短波电台.跳/秒。每

37、秒数千跳的扩频电台也已经问世,预计未来十年,跳频电台的发展可以达到每秒几万甚至几十万,上百万跳。目前,跳频系统的同步时间基本在几百毫秒的水平,今后也必将越来越短。同步时间越短,信息被地方发现、截获和测向的概率越低,通信的保密性、隐蔽性越好。当然通信干扰与反干扰是一对矛盾,互相制约又互相促进发展。跳频通信可以有效的避开单频干扰和多频干扰,但是现在电子对抗中的跟踪干扰是它的“天敌”,跟踪干扰的步骤是:侦听、处理、施放干扰。当本方截获到地方的跳频序列后,迅速以同样的跳频序列施放干扰,由于跳频序列相同,预先设定的跳频序列就无法实现正常通信,这时只有通过转换跳频序列才能恢复通信,但是又会被从新跟踪并干扰

38、。因此只有提高系统性能,提高跳频速度,防止被敌方侦听到跳频序列,才能达到反侦听目的,这又促进了研究更高速的跳频设备的竞赛。由于受到技术条件、元器件技术的限制,跳频速度也不可能不限制提高,今后的跳频通信应该会是跳频和直序扩频技术的综合,或者跳频直序扩频、跳时技术的综合。.无线扩频通信技术的应用扩频通信技术的发展和应用,为现代信息技术的发展提供了优质的无线传输手段。现代信息的技术发展需要高效率、高质量的传输手段来传输大量数据,就无线传输方式来说,传统的窄带微波传输由于抗干扰性,保密性,可靠性,频率占用、传输带宽等多方面的问题,已经很难适应现代信息技术的要求。而扩频通信技术的发展和应用及时有效的为这

39、个问题提供了解决手段。现代通信的新领域,数字蜂窝移动通信,专用网络通信,室内无线通信,移动通信,无线局域网,无线广域网,“蓝牙”短距离高速、互通式信息传输传输技术都是基于扩频通信体制的通信方式。扩频通信为人们提供了简洁、快捷、安全、经济的通信手段,不仅可以提供大容量的干线传输,还可以提供简单便捷的小容量接入。因此,不仅可以作为主传输通道,也可以作为有线干线的备份,还可以实现无线办公室。由于无线扩频通信技术具有十分显著的优越性,极大的推动了该技术及其产品在军用、民用领域的发展和应用。目前,应用了扩频通信技术的通用产品主要有两类,一是专门数据传输的扩频无线调制解调器,二是专门提供无线网络连接的无线

40、网桥、无线网卡、无线路由器。长安大学硕卜学位论文其中无线调制解调器能够提供透明的数据通道,根据需要配置终端设备,可以支持多种数据业务,如,话音、数据、网络、图象等。由于技术原因限制,还不能实现真正的话音点对多点业务,基本上都是依赖系统的叠加来实现。对于单独的数据业务或网络连接,如果数据延时没有特别严格的要求,可以采用轮询方式传输。无线网络类产品,都提供了高速的无线网络连接,可以广泛的应用于点对点或点对多点无线局域网、无线广域网连接或宽带无线接入。随着现代网络技术的发展和广泛应用,网络已经成为通信技术的重要应用领域,各种通信业务也都逐渐趋向于借助网络平台上实现。现在口 技术已经比较成熟,也得到了

41、广泛的应用,其传输质量也得到了好评。图象传输系统也由于传输效果比较好,设备简单,使用方便,已经得到了广泛的应用。因此,现代的网络技术为话音、数据、图象的综合业务提供了良好的平台。在此基础上,借助无线网络技术构建移动网络平台,便可以实现一种新的移动话音、数据、图象传输系统。这种移动的网络平台可以提供移动工作条件下的快速、灵活建立和应用,可以根据需要建立在节点限制数量内的任意点数之间的通信,还可以根据需要将网络设置成为无中心的网状工作模式,这种无中心的模式为战争、自然灾害水灾、地震等的工作需要提供了最好的支持。无线网络产品是扩频通信技术在数据通信领域一个典型应用,充分发挥了扩频通信技术的各种优越性

42、,为现代网络技术的广泛应用提供了更灵活、多样的解决手段。随着网络技术的发展和进一步应用,移动无线网络,漫游无线接入必将成为现实,话音、数据、图象的多业务移动应用也将得到巨大的发展和应用,这又将极大的促进扩频通信技术的快速发展。.本章小结随着现代土木工程施工机械化水平的不断提高,公路工程、农田水利工程和建筑工程地基的压实问题成为保证土木工程质量的一大关键,振动压路机被认为是各种工程基础施工中必要的压实设备,而工程压实质量的检测一直采用传统的、随机抽检的人工检测方式,压实质量的检查和控制成为进一步发展压实技术的一个重要而又紧迫的研究课题。当前,国内外现场测定土木工程基础材料密实程度的方法主要有:不

43、同类型的核子仪,它属非破坏性试验用仪器,它利用放射性元素,测量土木工程基础结构层材料的密度,利用中子测量其含水量。但核子仅需检验放射性是否超标,第二章传统压实榆测方法和远程实时腩控检测方法理论超标的放射性对人体有害。破坏性试验,是指在测量土层或基础材料层的密实度和含水量时,需要对被测量层进行一定程度的破坏,以采取样品,常用的方法有:灌砂法、水袋法、环刀法、蜡封法破坏性试验检测存在共同的缺点,例如;需要细心的手工操作,费时、费工、费用高;由于采样有限,存在以点代面的缺点,试验结果的重复性差,由于无法在压实过程中测量或估计压实程度,只能在碾压结束后检测,对压实不足地段很难及时补偿,从而引起返工、拖

44、延工期,而当压实次数过多时,又白白浪费机械台班与工时,甚至反而振松已压实的基础。实践证明,填方的压实不良将导致路基失稳,而压实标准、压实质量的检测与评价是保证路基良好压实的关键,也是收集路基填方压实施工质量数据,进行施工质量管理与评价和路面结构设计与施工服务的基本手段。目前这一问题已受到公路建设管理及施工等部门的普遍关注,亟待解决。为了及时、快速地监控路基填筑碾压施工质量,确保工程施工质量达到施工质控要求,研制开发出一套具有全天候、实时性、连续性、自动化、高精度等特点,适用于填筑工程碾压施工质量实时监控的系统,即填筑碾压施工质量实时监控系统非常必要必要的课题,它对提高路基碾压工程施工质量具有十

45、分重要的意义。长安大学硕上学位论文第三章 远程实时监控公路路基碾压系统设计.系统的组成本系统组成包括基准站、流动站和监控中心三部分,通常将基准站与系统监控中心安置在一起【】,系统组成框架如图.所示。基准站与监控中心结构示意图、流动站结构示意图分别见图.、图.所示。外无【天线 接收硎警串口服务器卢巡瓤接线线天叭幽线厂?茬再再葙 巴线【口外秘.系统的工作原理该系统主要利用技术,无线局域网【】等技术,通过基准站向各移动远端实时发播差分数据,同时也能够接受各移动远端的位置信息, 实现了基准站和现场分控站的无线数据传输,实时获得碾压工作面上每个点的高程,根据每一层碾压厚度的变化,通过安置在碾压车内的内置

46、专家系统,得到碾压层上每一个点的压实度。第一远程宴时:%拌公蹿?坫鞲:系绒垃监控中心是本系统的核,系统综合应用丁无线剐络传输和卫星定位系统,通过无线数挢:通讯方式,将的位置信息。在监控中心实时显示工作面上压路机的精确运行位置和状态信息如行车速度、碾压遍数、碾压层厚度、平整度、压实度等参数。系统基准站与监控中心如罔.所示。系统程序的主界面基准站是为了提高系统的监控精度而设置的。在一般情况,为便于供电、管理和维护,基准站应建立在监控中心。为确保监控精度,基准站与施工区的距离应控制在范围。摹准站与髓摔中心的天线与通信的备天线如图.所示。目上学位论. ,一专÷耋拶置安装在碾压机械上的流动站见

47、图 所示,主要由系统集成机箱、接收天线和无线通讯天线所组成。系统机箱集成了工业平板计算机、主机和无线通讯等主要设备。作为移动监测点,进行移动观测,其观测项目主要是碾压机械的运行轨迹、运行速度、碾压遍数和压实度,并将有效的观测结果连续、实时地反馈到监控中心。同时,后续研究可以实现在碾压机械驾驶室内的机箱中,平板计算机用图表方式实时反映碾压机械的运行工作状态,碾压机械的操作人员可通过显示屏查看自己的工作是否满足质量要求。压路机上流动站的天线与无线通讯天线如图.所示。警罄.系统设计的核心技术.碾压参数的连续实时监控通讯数据实现了真正意义上的双向实时传送。无论在监控中心、现场分控站,还是在移动远端,均

48、可实时显示碾压机械的运行轨迹和运行速度,在显示屏上实时反映系统采样率的三维位置信息。.工程化的移动远端监控系统研制科技含量高:将、通讯、电子、和计算机进行集成;抗干扰性强:抗振、散热、坚固;操作简便的人性化设计:适应长期稳定性工作;汽车电瓶供电:长时间的电源保障;保管方便:重量轻、体积小,安装与拆卸简便。.压实度分析评判系统的精度满足技术要求系统的数据解算采用的是.技术,其精度足以满足碾压施工平面位置的监控质量要求,可以有效地监控碾压机械的运行轨迹、运行速度和碾压遍数。而在高程方面,只要移动远端按照一定的操作方式,并采用合理的高程拟合模型,其高程精度能够满足碾压施工摊铺层厚度与平整度的控制需要

49、¨们,可达±。.多个移动远端全天候工作系统在同时使用个移动远端的情况下,其通讯速率不会低于 /,可支持点对点、点对多点以及网络中继应用。系统不受天气状况的影响,符合工程全天候 作业的需要。.经济、实用的无线通讯模式系统采用无线扩频通讯技术,解决了监控中心和现场分控站与多个移动远端之间的实时、双向、无线数据通讯技术难题。.实时监控系统无线扩频通讯网络的组建实时监控系统无线扩频通讯网络的组建是系统的技术难点。.无线扩频通讯网络中使用的通讯设备室外路由器、无线外接单该无线扩频通讯网络的通讯设型主要有元/和各种天线。二长安人学硕:学位论文中央室外路由器、路提供高速数据网络系统,该系

50、统包括远程室外路由器和室外路由器客户机。服务供应商可以利用这套工具创建一个建筑物内部的无线区域网络,支援、或固定网络无线卡的家庭客户提供了应用平台,并为采用软件和的接驳,范围最远达千米。此系统亦备有完善的动态轮询机制,避免空中拥塞,确保信息畅通无阻。无线外接单元黼是美国朗讯科技公司所属贝尔实验室推出的最新产品,它可将外部接口为以太网或.串口的设备接入无线局域网。有了无线外接单元,您就可以为原有的连接建立一个完整的无线局域网方案。也就是说,现在,您能把所有以太网或串口为外部接口的设备,都非常方便的无线连接到骨干无线局域网上。天线的类型一般有两种,分别是定向天线和全向天线。顾名思义,定向天线是指将信号向某一个特定的方向传输,而全向天线是将信号向四周传输。一般情况下,如果是点对点的传输,使用的是定向天线;如果是点对多点的传输,则使用全向天线。.无线扩频通讯网络的结构设计碾压施工质量实时监控系统组建了一个基于扩频技术的无线局域网,将各个节点监控中心和各移动远端当作局域网中的节点,它们之间通讯采用具有差错控制的/协议进行通过,系统中各移动节点移动远端以及总控中心节点通过无线局域网共享到的通讯带宽。对于每个节点来说均有一个唯一的口地址,当发送数据时将数据提交给,由操作