一种路基碾压施工动态过程实时监控方法与流程

本发明属于工业设备检测领域，具体涉及一种路基碾压施工动态过程实时监控方法。

背景技术：

路基施工是一个非常复杂的过程，一般按照初压、复压、终压的工序进行压实。初压采用静力压实，使松散的被压材料相对稳定，并且能够获得一定的承载力。复压可以通过压路机的振动冲击作用使被压材料的颗粒重新组合，使材料相互填充，互相靠近挤密，从而获得足够的密实度和强度。路基的压实度是路基工程施工质量管理的重要内在指标，对路基碾压施工过程的实时监控是保证路基压实质量的关键因素。

目前，传统道路压实度检测方法大致分为破环性试验检测方法和非破坏性试验检测方法。破坏性试验主要有灌砂法和环刀法。灌砂法是利用均匀颗粒的砂去置换试洞的体积，该方法采样随机性强，称量次数较多，受人为因素影响大。环刀法测得的密度是环刀内土样所在深度范围内的平均密度，该方法不能代表整个碾压层的平均密度，使用面积较窄。非破坏性试验主要有核子仪法，它是利用放射性元素测量土或路面材料的密度和含水量，该方法缺点是放射性物质对人体有害，另外需要打洞的仪器，在打洞过程中使洞壁附近的结构遭到破坏，影响测定的准确性。这些传统压实度检测方法都具有检测结果分析滞后于压实过程，无法实时的监测路基碾压过程和提供压实信息。国内外出现了一些新的路面质量检测，如基于振动响应的路面压实检测以及智能压路机等，使得压实质量的连续自动检测和监控成为可能，但这些方法没有综合考虑众多的碾压过程质量控制因素以及诸多的不确定因素，监控指标单一，如基于密实度、模量或者刚度等的单一质量监控方法，而单一指标的压实过程控制必然具有一定的片面性，不能对压实质量进行实时可靠、全面的综合监控。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于，提供一种路基碾压施工动态过程实时数据监控的方法，用于对路基碾压质量实现连续的在线实时监控。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术解决方案：

一种路基碾压施工动态过程实施监控方法，包括以下步骤：

步骤一：在道路施工现场设置多台压路机，压路机在道路施工现场中运行；每台压路机上安装一个移动站，施工现场中还设置一个基准站；空间中设置有多个GPS卫星；

步骤二：多个GPS卫星实时发射卫星信号，卫星信号中包含基准站和每个移动站的定位信息；基准站接收多个GPS卫星发射的卫星信号，将卫星信号通过3G通信模块实时传输到每个移动站；

步骤三：每个移动站接收基准站传输来的卫星信号，并接收GPS卫星传输来的卫星信号，移动站对接收到的两种卫星信号通过载波相位动态实时差分技术计算出移动站所在的压路机的实时的三维位置坐标信息I1；

步骤四：每个压路机的实时的三维坐标信息I1通过3G网络服务器传输到监控中心中，监控中心包括数据坐标转换子系统、数据过滤与保存子系统和多参数三维可视化实时显示监控平台；数据坐标转换子系统将每个压路机的实时的三维坐标信息I1转换为与路基坐标系一致的实时的三维坐标信息I2；

步骤五：利用数据过滤与保存子系统对每个压路机的实时的三维坐标信息I2进行数据过滤，得到数据过滤后的每个压路机的实时的三维坐标信息I3；

步骤六：针对每个压路机的所有的三维坐标信息I3，分别求取每个压路机的多个碾压参数，碾压参数包括碾压速度、行驶轨迹、在每个地面位置处的平整度、在每个地面位置处碾压某一层的压实高度、在每个地面位置处的碾压遍数；

步骤七：针对每个压路机，利用多参数三维可视化实时显示监控平台，对该压路机碾压动态过程中的多个碾压参数分别进行实时三维可视化显示，进行实时监控。

具体地,所述步骤四中的数据坐标转换子系统包含地理位置坐标信息表，所述数据坐标转换子系统将每个压路机的实时的三维坐标信息I1转换为与路基坐标系一致的三维坐标信息I2，具体包括以下步骤：

数据坐标转换子系统根据地理位置坐标信息表，利用七参数算法和高程拟合法，分别将每个压路机对应的三维位置坐标信息I1转换为与路基坐标系一致的三维坐标信息I2。

具体地,所述步骤五中的利用数据过滤与保存子系统对每个压路机的三维坐标信息I2进行数据过滤，得到数据过滤后的每个压路机的实时的三维坐标信息I3，具体包括以下步骤：

以任一压路机为例进行描述：

压路机的三维坐标信息I2，包括多个坐标数据(x,y,z)，某一坐标数据为(x,y,z)，该坐标数据前一个时刻的坐标数据为(xl,yl,zl)，阈值T为0.5m，若则将坐标数据(x,y,z)由三维坐标信息I2中去除，若则保存当前坐标数据(x,y,z)到数据库中；保存至数据库(6)中的坐标数据形成数据过滤后的该压路机的实时的三维坐标信息I3。

具体地,所述步骤六中的针对每个压路机的实时的三维坐标信息I3，分别求取每个压路机的碾压速度、行驶轨迹、在每个地面位置处的平整度、在每个地面位置处碾压某一层的压实高度、在每个地面位置处的碾压遍数；具体包括以下步骤：

以任一压路机为例进行描述：

压路机的实时的三维坐标信息I3包括多个坐标数据中，相邻的两个坐标数据为(x1',y1',z1'),(x2',y2',z2')，两个坐标数据的采集时间间隔为t，则该压路机的碾压速度v为

压路机的多个坐标数据中的每个地面位置的坐标(x',y')连接，形成该压路机在水平地面上的行驶轨迹；

该压路机的数据坐标为(x',y',z')，则该压路机在数据坐标(x',y',z')处的平整度用z'坐标表示；

在坐标为(x',y')的地面位置处，该压路机碾压上一层的坐标数据为(x',y',z0')，则对应的在坐标为(x',y')的地面位置处，该压路机碾压当前层的压实高度为z'-z0'；

划分施工道路路面地理信息为网格集合，保存每个网格的四个点坐标(x1',y1'),(x2',y2')，(x3',y3')，(x4',y4')，若坐标数据(x',y',z')与网格中心点坐标((x1′+x2′+x3′+x4′)/4，(y1′+y2′+y3′+y4′)/4)的距离小于其中，NW表示每个网格宽度，则数据坐标(x',y',z')属于此网格，对应的网格坐标为(x',y')的地理位置上碾压遍数加1。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明采用了高精度GPS-RTK动态定位技术实时采集压路机机械的空间三维数据信息，其动态定位水平精度达到1cm，高程精度达到2cm，能对压路机机械的行驶速度、压实高度、平整度和碾压遍数等多参数进行三维可视化信息显示，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”和“过压”等现象的发生，节省了人力、缩短了工期，又可以在保证施工质量的基础上加快施工进度，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的方法采用的监控装置；

图2为本发明的方法流程图；

图3为采集压路机机械三维地理坐标数据流程图；

图4为监控中心对碾压遍数三维可视化信息显示图；

图5为监控中心对压实高度三维可视化信息显示图；

图6为监控中心对平整度三维可视化信息显示图；

下面结合附图和具体实施方式对本发明的方案作进一步详细地解释和说明。

具体实施方式

本发明的路基碾压施工动态过程实时监控方法，通过高精度GPS-RTK动态定位技术采集压路机机械的三维地理位置坐标数据，通过对数据分析处理，实现对压路机机械的行驶速度、压实高度、平整度和碾压遍数等多参数进行三维可视化信息实时显示。参见图1-3，具体包括以下步骤：

步骤一：在道路施工现场设置多台压路机，压路机在道路施工现场中运行；在每台压路机上均安装一个高精度GPS-RTK系统的移动站2，在施工现场中信号相对较强的地方安装一个高精度GPS-RTK系统的基准站3；空间中设置有多个GPS卫星1。

步骤二：多个GPS卫星1发射卫星信号，卫星信号中包含基准站3和每个移动站2的定位信息；基准站3接收GPS卫星1发射的卫星信号，将卫星信号通过3G通信模块4实时传输到每个移动站2；在整个监控过程中，基准站3需始终保持开机状态；

步骤三：每个移动站2接收基准站3传输过来的卫星信号，并接收GPS卫星1传输来的卫星信号，移动站2对接收到的两种卫星信号通过载波相位动态实时差分技术计算出该移动站2所在的压路机的实时的三维位置坐标信息I1；每个移动站2对应的压路机的实时的三维位置坐标信息I1包括多个坐标数据(X,Y,Z)，每个坐标数据(X,Y,Z)代表一个时刻的压路机的三维位置坐标。坐标数据(X,Y,Z)动态定位水平精度达到1cm，高程精度达到2cm。

步骤四：每个压路机的实时的三维位置坐标信息I1通过3G网络服务器5传输到监控中心7中，监控中心7包括数据坐标转换子系统、数据过滤与保存子系统和多参数三维可视化实时显示监控平台。其中，数据坐标转换子系统内包含地理位置坐标信息表，数据坐标转换子系统根据地理位置坐标信息表，利用七参数算法和高程拟合法，分别将每个压路机对应的三维位置坐标信息I1转换为与路基坐标系一致的三维坐标信息I2，三维坐标信息I2包括多个坐标数据(x,y,z)；

步骤五：因压路机碾压过程是间歇性的，连续静止的坐标数据是无效的，需针对每个压路机，利用监控中心7中的数据过滤与保存子系统，对每个压路机的三维坐标信息I2进行数据过滤，得到数据过滤后的每个压路机的实时的三维坐标信息I3；具体包括以下步骤：

以某一压路机为例对数据过滤的步骤进行描述：

某一压路机的三维坐标信息I2中的多个坐标数据(x,y,z)中，假设某一坐标数据为(x,y,z)，该坐标数据前一个时刻的坐标数据为(xl,yl,zl)，阈值T为0.5m，若则将坐标数据(x,y,z)由三维坐标信息I2中去除，若则保存当前坐标数据(x,y,z)到数据库6中，供各种终端进行访问；采用上述方法，保存至数据库(6)中的坐标数据形成数据过滤后的该压路机的实时的三维坐标信息I3，包括坐标数据(x',y',z')，

针对每一个压路机均采用上述方法进行过滤，得到数据过滤后的每个压路机的实时的三维坐标信息I3，包括多个坐标数据(x',y',z')。

步骤六：针对每个压路机的实时的三维坐标信息I3，分别求取每个压路机的碾压速度、行驶轨迹、在每个地面位置处的平整度、在每个地面位置处碾压某一层的压实高度、在每个地面位置处的碾压遍数；

具体实现方法如下：

以某一压路机为例进行描述：

某压路机的实时的三维坐标信息I3中包括的多个坐标数据中，相邻的两个坐标数据为(x1',y1',z1'),(x2',y2',z2')，两个坐标数据的采集时间间隔为t，则该压路机的碾压速度v为

该压路机的多个坐标数据中的每个地面位置的坐标(x',y')连接，形成该压路机在水平地面上的行驶轨迹；

该压路机的数据坐标为(x',y',z')，则该压路机在数据坐标(x',y',z')处的平整度用z'坐标表示；

在坐标为(x',y')的地面位置处，该压路机碾压上一层的坐标数据为(x',y',z0')，则对应的在坐标为(x',y')的地面位置处，该压路机碾压当前层的压实高度为z'-z0'；

设道路施工长度RH为500m，每个压路机的作业宽度RW为2.15m，划分整个施工道路路面地理信息为网格集合，单个网格宽度NW为0.2m，保存每个网格的四个点坐标(x1',y1'),(x2',y2')，(x3',y3')，(x4',y4')，若当前坐标数据(x',y',z')与网格中心点坐标((x1′+x2′+x3′+x4′)/4，(y1′+y2′+y3′+y4′)/4)的距离小于则数据坐标(x',y',z')属于此网格，对应的网格(x',y')坐标的地理位置上碾压遍数加1，依次类推，得出每个地面位置的碾压遍数；

针对每一个压路机，均采用上述方法进行处理，得到所有压路机的上述各个参数。

步骤七：针对每个压路机，利用多参数三维可视化实时显示监控平台，对该压路机在碾压动态过程中的碾压速度、行驶轨迹、在每个地面位置处的平整度、在每个地面位置处碾压某一层的压实高度、在每个地面位置处的碾压遍数分别进行实时三维可视化显示，进行实时监控，从而对施工设备作业情况进行质量评价。

实施例：

监控中心实现了对东乡至昌傅高速公路的碾压动态过程多参数三维可视化显示，图4是监控中心对碾压遍数三维可视化信息显示的情况，图5是监控中心对压实高度三维可视化信息显示的情况，图6是监控中心对平整度三维可视化信息显示的情况。图6中数字①为每种颜色代表平整度；图6中数字②为路基路面平整度；图6中数字③为显示当前时间和碾压信息；图6中数字④为碾压过程的层数；图6中数字⑤为平整度的剖面图；图6中数字⑥为压实高度或平整度的横切面图。