CN107169041A - 基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置及方法 - Google Patents

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张志祥
陈李峰
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Abstract

本发明公开了一种基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置及方法，装置包括RTK测量单元、基站服务器、数据服务器、数据库处理器、机载处理器、机载终端和监控终端，基站服务器的数据输出端与RTK测量单元相连接，RTK测量单元的数据输出端与数据服务器的数据输入端相连接，基站服务器、数据服务器的数据输出端均与数据库处理器、机载处理器的数据输入端相连接，数据库处理器的数据输出端与监控终端相连接；机载处理器的数据输出端与机载终端相连接。本发明能够根据实际的道路线性信息建立的道路线性模型，将道路以栅格底图的形式展现出来，根据栅格内的不同属性值，保证工程的建设质量，具有良好的推广应用前景，与良好的经济效益。

Description

基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置及方法
技术领域
本发明涉及公路工程路基路面检测技术领域，具体涉及一种基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置及方法。
背景技术
公路工程的路基路面压实是公路建设中的重要一环，路基路面压实度是保证路基路面成功投入使用的重要组成部分。为了保证路基路面施工质量，工程建设中对于压实遍数有着严格的要求，压实遍数的差异将直接影响路基路面的压实度、碾压均匀度。
传统的施工作业中，为了控制路基路面的压实遍数满足要求，需要安排专门的人员进行现场指挥压实机群的作业。压实机械的操作人员对于压实质量的影响较大，需要依赖之前积累的经验。但由于施工现场的复杂性，以及操作人员经验水平的不一，路基路面的压实度、碾压均匀度都会大大折扣，从而不能保证路基路面施工的质量。
为了克服上述的问题，孙志林在《全球定位智能交通应用系统开发与研究》(黄河水利出版社，2005.12)中提出了将现代定位技术与交通建设相结合的需求，将路基路面施工与线性模型相结合的理论。但在实际的应用中存在一些较大的问题，如现代定位技术在压路机上的使用能够帮助获取压路机运动的位置信息，但是无法通过位置信息获取实际生产应用的工作面积，即对于道路而言，还需要掌握横向的压实分布情况，才能进行压实遍数的评价。
基于实际工作中的需要，以及存在的问题，如何准确的实时监测路基路面的压实遍数，是当前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有的监测路基路面的压实遍数所存在的问题。本发明的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置及方法，能够根据实际的道路线性信息建立的道路线性模型，将道路以栅格底图的形式展现出来，根据栅格内的不同属性值，更加直观的反映出现场压实的数据，可切实避免碾压作业中出现的碾压遍数不足，碾压速度不足等问题，提高施工质量，简化管理工作，保证工程的建设质量，具有良好的推广应用前景，与良好的经济效益。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：包括
RTK测量单元，安装在路基路面压实的压路机上，用于测量、记录压路机运动的数据信息，并发送压路机运动的数据信息到数据服务器中，并接收基站服务器发送的位置定位数据；
基站服务器，用于根据压路机本身提供实时的数据差分对RTK测量单元进行位置定位，并发送位置定位数据信息给RTK测量单元；
数据服务器，用于记录和存储RTK测量单元测量的压路机运动的数据信息；
数据库处理器，用于获得所述基站服务器得到的RTK测量单元位置定位数据信息、所述数据服务器记录的压路机运动的数据信息，并计算出压路机运动各项参数数据，所述压路机运动各项参数数据，包括压路机运动的碾压轨迹、压实遍数、碾压工作范围和速度数据信息；
机载处理器，用于获得所述基站服务器得到的RTK测量单元位置定位数据信息、所述数据服务器记录的压路机运动的数据信息，并计算出压路机运动各项参数数据，所述压路机运动各项参数数据，包括压路机运动的碾压轨迹、压实遍数、碾压工作范围和速度数据信息；
机载终端，用于读取与显示所述机载处理器处理后的压路机运动各项参数数据；
监控终端，用于读取与显示所述数据库处理器处理后压路机运动各项参数数据；
所述基站服务器的数据输出端与RTK测量单元相连接，RTK测量单元的数据输出端与数据服务器的数据输入端相连接，所述基站服务器、数据服务器的数据输出端均与数据库处理器、机载处理器的数据输入端相连接，所述数据库处理器的数据输出端与监控终端相连接；所述机载处理器的数据输出端与机载终端相连接。
前述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：所述基站服务器为网络GPS基站，所述RTK测量单元用于接收所述基站服务器发出的发送位置定位数据信息，所述RTK测量单元安装在身份与所记录SN号相匹配的压路机上。
前述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：所述数据服务器为后台数据库。
前述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：所述数据服务器、基站服务器、数据库处理器、机载处理器至少集成在一台计算机上。
前述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：还包括通讯单元，所述通讯单元包括GPRS天线和网络通信模块，所述RTK测量单元通过GPRS天线提供的网络信号与网络通信模块进行通信，所述网络通信模块分别与数据服务器、基站服务器相连接，并进行数据信息传输。
前述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：所述数据库处理器、机载处理器均连接有显示终端设备，所述显示终端设备用于显示压路机运动各项参数数据。
基于栅格图形的路基路面压实遍数监测方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(A)，建立栅格图形化的道路模型；
步骤(B)，在压路机上安装RTK测量单元，获得压路机当前作业的实时位置信息，并对地理定位数据进行处理，生成压路机的实时位置坐标数据；
步骤(C)，根据压路机的实时位置坐标数据，计算在栅格图形化的道路模型内绘制出压路机的轨迹点阵；
步骤(D)，根据栅格图形化的道路模型内绘制出压路机的轨迹点阵，通过两边对称的原则，计算绘制出压路机的压实遍数、碾压轨迹、碾压工作范围与面积；
步骤(E)，根据压路机的压实遍数、碾压轨迹、碾压工作范围，在栅格图形化的道路模型中绘制出带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M；
步骤(F)，将带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，反馈到机载终端上以便供操作人员及时做出相应的操作调整；
步骤(G)，将带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，反馈到监控终端上，以便供管理人员及时做出相应的操作调整。
前述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测方法，其特征在于：步骤(A)建立栅格图形化的道路模型，包括以下步骤，
(A1)通过载波相位差分方法获取道路信息的控制点坐标信息，建立相应的道路线性模型；
(A2)将通用的WGS-84坐标系统转换为施工单位的工程坐标系；
(A3)将建立的道路线性模型，根据图形栅格化原理，生成栅格图形化的道路模型。
前述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测方法，其特征在于：所述道路线性模型是根据道路的曲线要素相结合而建立，所述栅格图形化的道路模型是根据道路的线性模型与图形栅格化方法相结合而建立。
前述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测方法，其特征在于：步骤(E)在栅格图形化的道路模型中绘制出带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，能够表示压路机运动各项参数数据，包括压路机运动的碾压轨迹、压实遍数、碾压工作范围和速度数据信息。
本发明的有益效果是：本发明的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置及方法，能够根据实际的道路线性信息建立的道路线性模型，将道路以栅格底图的形式展现出来，根据栅格内的不同属性值，更加直观的反映出现场压实的数据；通过信息网络，一方面采集的数据是动态的、真实的；另一方面将计算的结果实时传输给操作人员与管理人员，可操作性更强；计算得出的数据，向机载终端与监控终端表示时，可切实避免碾压作业中出现的碾压遍数不足，碾压速度不足等问题，提高施工质量，简化管理工作，保证工程的建设质量；所采用的GPS位置信息采集与数据成图显示技术较为成熟，便于适用于压路机的路基路面压实，安装简单，成本较低，具有良好的推广应用前景，与良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置的系统框图；
图2是本发明实施例的道路线性模型图；
图3是本发明实施例的道路线性模型的总体框架图；
图4是本发明实施例的图形栅格化的线性模型图；
图5是本发明实施例的图形栅格化的道路模型图；
图6是本发明实施例的1秒内压路机走过的轨迹图；
图7是本发明实施例的方格属性值变化模式图；
图8是本发明实施例的压路机碾压后的效果图；
图9是本发明实施例的方格颜色属性的示意图(无颜色渲染)。
附图中标记的含义如下：
1：RTK测量单元；2：基站服务器；3：数据服务器；4：数据库处理器；5：机载处理器；6：机载终端；7：监控终端；8：通讯单元。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，包括
RTK(Real-time kinematic载波相位差分技术)测量单元1，安装在路基路面压实的压路机上，用于测量、记录压路机运动的数据信息，并发送压路机运动的数据信息到数据服务器3中，并接收基站服务器2发送的位置定位数据；
基站服务器2，用于根据压路机本身提供实时的数据差分对RTK测量单元1进行位置定位，并发送位置定位数据信息给RTK测量单元1；
数据服务器3，用于记录和存储RTK测量单元1测量的压路机运动的数据信息；
数据库处理器4，用于获得所述基站服务器2得到的RTK测量单元1位置定位数据信息、所述数据服务器3记录的压路机运动的数据信息，并计算出压路机运动各项参数数据，所述压路机运动各项参数数据，包括压路机运动的碾压轨迹、压实遍数、碾压工作范围和速度数据信息；
机载处理器5，用于获得所述基站服务器2得到的RTK测量单元1位置定位数据信息、所述数据服务器3记录的压路机运动的数据信息，并计算出压路机运动各项参数数据，所述压路机运动各项参数数据，包括压路机运动的碾压轨迹、压实遍数、碾压工作范围和速度数据信息；
机载终端6，用于读取与显示所述机载处理器5处理后的压路机运动各项参数数据；
监控终端7，用于读取与显示所述数据库处理器4处理后压路机运动各项参数数据；
所述基站服务器2的数据输出端与RTK测量单元1相连接，RTK测量单元1的数据输出端与数据服务器3的数据输入端相连接，所述基站服务器2、数据服务器3的数据输出端均与数据库处理器4、机载处理器5的数据输入端相连接，所述数据库处理器4的数据输出端与监控终端7相连接；所述机载处理器5的数据输出端与机载终端6相连接。
优选的所述基站服务器2为网络GPS基站，所述RTK测量单元1用于接收所述基站服务器2发出的发送位置定位数据信息，所述RTK测量单元1安装在身份与所记录SN号相匹配的压路机上。
优选的所述数据服务器3为后台数据库。
优选的所述数据服务器3、基站服务器2、数据库处理器4、机载处理器5至少集成在一台计算机上。
本发明的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，还包括通讯单元8，所述通讯单元8包括GPRS天线和网络通信模块，所述RTK测量单元1通过GPRS天线提供的网络信号与网络通信模块进行通信，所述网络通信模块分别与数据服务器3、基站服务器2相连接，并进行数据信息传输。
所述数据库处理器4、机载处理器5均连接有显示终端设备，所述显示终端设备用于显示压路机运动各项参数数据。
根据本发明的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置的路基路面压实遍数监测方法，包括以下步骤，
步骤(A)，建立栅格图形化的道路模型，包括以下步骤，
(A1)通过载波相位差分方法获取道路信息的控制点坐标信息，建立相应的道路线性模型；
(A2)将通用的WGS-84坐标系统转换为施工单位的工程坐标系；
(A3)将建立的道路线性模型，根据图形栅格化原理，生成栅格图形化的道路模型；
所述道路线性模型是根据道路的曲线要素相结合而建立，所述栅格图形化的道路模型是根据道路的线性模型与图形栅格化方法相结合而建立；
步骤(B)，在压路机上安装RTK测量单元1，获得压路机当前作业的实时位置信息，并对地理定位数据进行处理，生成压路机的实时位置坐标数据；
步骤(C)，根据压路机的实时位置坐标数据，计算在栅格图形化的道路模型内绘制出压路机的轨迹点阵；
步骤(D)，根据栅格图形化的道路模型内绘制出压路机的轨迹点阵，通过两边对称的原则，计算绘制出压路机的压实遍数、碾压轨迹、碾压工作范围与面积；
步骤(E)，根据压路机的压实遍数、碾压轨迹、碾压工作范围，在栅格图形化的道路模型中绘制出带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，能够表示压路机运动各项参数数据，包括压路机运动的碾压轨迹、压实遍数、碾压工作范围和速度数据信息；
步骤(F)，将带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，反馈到机载终端6上以便供操作人员及时做出相应的操作调整；
步骤(G)，将带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，反馈到监控终端7上，以便供管理人员及时做出相应的操作调整。
下面根据本发明的基于栅格图形的的路基路面压实遍数监测方法，介绍一具体实施例，
S1.建立栅格图形化的道路模型
(1)通过使用GPS-RTK(载波相位差分方法)进行道路控制点进行测量，与道路的曲线要素表相结合，绘制出与道路坐标系相一致的道路的线性模型，线性模型，如图2所示；
(2)在此线性模型中，K0+0和K20+400两点为该道路线性模型的两端的最远点，则分别以K0+0和K20+400两点分别做竖直的垂线L1,L2，如图3所示,总体框架将线性模型整体包含，K0+0和K20+400则是该矩形的两个端点；
(3)根据矩形的宽，均分n个7毫米长的等间距线，在L1和L2上也均分出n个7毫米的等间距线，将该矩形平分成若干7*7毫米的小方格，如图4所示，图形栅格化的线性模型；
(4)线性模型经过图像栅格化后，整条道路都会由若干个小方格组成，并且在这条道路线性中，以不同的属性值来定义这条道路在栅格图中的走向，如图5所示，在图5中，道路的线性模型将方格圈出一片，定义为1，则这片区域为道路的数。道路的线性将方格切割开，有得包含的栅格的面积大于1/2，有得小于1/2，根据面积占优法，则定义面积大于1/2的方格赋值1，面积小于1/2的方格不赋值；
(5)在建立道路线性模型时，可知道路中线的全部坐标数据，在根据平移原理，则可推出道路全部的坐标数据，所有的道路模型数据都基于项目的当地坐标系，此处以WGS-84坐标为例，A点(X1，Y1)为中线上的某一点，B(X2，Y2)、C(X3，Y3)点则分别平移的点，根据公式(1)和(2)，
求出对应的点的坐标，根据公式(1)、(2)，则可求出栅格地图中各个方格的坐标，从而得到栅格图形化的道路模型；
S2.在压路机上安装RTK测量单元，获得压路机当前作业的实时位置信息，并对地理定位数据进行处理，生成压路机的实时位置坐标数据；
S3.根据压路机的实时位置坐标数据，计算绘制出压路机的轨迹点阵；
S4.根据计算在栅格图形化的道路模型内绘制出压路机的碾压轨迹，通过两边对称的原则，计算绘制出压路机碾压的工作范围与面积Si；
(1)由于压路机行驶的过程中，不会一直是直行的状态，所以运行的轨迹不会一直是规则的矩形。RTK采集的频率为1秒，因为时间很短，所以当t＝1时，我们可以认为在1秒的时间内，压路机走过的轨迹为规则的矩形，如图6所示；
(2)矩形的四点分别为压路机轮轴的两边点，则我们可以判断这块矩形的工作区域覆盖了方格的面积为多少，最后，根据面积最大占优法决定该区域内哪些方格的面积被覆盖大于或小于1/2，如图7所示，面积大于等于1/2的方格，定义该方格的定义值为2，小于1/2的区域的方格定义值不变，依旧为1，
(3)面积占优法的定义是占用面积与本身面积的比较。计算面积依旧使用坐标点的计算，因为采集的时间较短，可以认为矩形的宽是一条直线，所以方格会被规则的分割成三角形或者梯形，根据公式(3)
求得碾压轨迹的宽度，再通过计算由轨迹的宽和范围内的方格组成的图像的面积与方格的面积做比较；
S5.根据计算获得的压实遍数、碾压轨迹以及碾压工作范围，在栅格图形化的道路模型中绘制出带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M；
(1)当栅格中的方格属性值变化过一次，则可以认为此区域的压实遍数为1，经过连续不断的轨迹工作面覆盖方格面，如图8所示，方格中的属性值也会随着变化，若这时的方格属性值为n，属性值的变化数则为n-1，相应的压实遍数N，根据公式(4)得到，
(2)在统计各个属性值的方格之后，整条道路会有若干个带有不同属性值的方格组成，属性值是由碾压的情况决定，所以不同的属性值的代表的就是不同的压实遍数，如图9所示，方格的属性值为3，它对应的方格的压实遍数为1遍，颜色属性可为为蓝色，属于颜色较深的部分，方格的属性值为7，它对应的方格的压实遍数为3，颜色属性可为红色，属于颜色较鲜艳的部分所以，方格中的颜色越鲜艳，代表该区域的压实遍数越多；
S6.将带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，反馈到机载终端6上以便供操作人员及时做出相应的操作调整；
S7.将带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，反馈到监控终端7上，以便供管理人员及时做出相应的操作调整。
综上所述，本发明的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置及方法，具有以下优点：
(1)本发明能够根据实际的道路线性信息建立的道路线性模型，将道路以栅格底图的形式展现出来，根据栅格内的不同属性值，更加直观的反映出现场压实的数据；
(2)本发明借助信息网络技术，一方面采集的数据是动态的、真实的；另一方面将计算的结果实时传输给操作人员与管理人员，可操作性更强；
(3)本发明计算得出的数据，向机载终端与监控终端表示时，可切实避免碾压作业中出现的碾压遍数不足，碾压速度不足等问题，提高施工质量，简化管理工作，保证工程的建设质量；
(4)本发明所采用的GPS位置信息采集与数据成图显示都已经广泛的得以运用，便于适用于压路机的路基路面压实上，安装简单，成本较低，具有良好的推广应用前景，与良好的经济效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：包括
RTK测量单元，安装在路基路面压实的压路机上，用于测量、记录压路机运动的数据信息，并发送压路机运动的数据信息到数据服务器中，并接收基站服务器发送的位置定位数据；
基站服务器，用于根据压路机本身提供实时的数据差分对RTK测量单元进行位置定位，并发送位置定位数据信息给RTK测量单元；
数据服务器，用于记录和存储RTK测量单元测量的压路机运动的数据信息；
数据库处理器，用于获得所述基站服务器得到的RTK测量单元位置定位数据信息、所述数据服务器记录的压路机运动的数据信息，并计算出压路机运动各项参数数据，所述压路机运动各项参数数据，包括压路机运动的碾压轨迹、压实遍数、碾压工作范围和速度数据信息；
机载处理器，用于获得所述基站服务器得到的RTK测量单元位置定位数据信息、所述数据服务器记录的压路机运动的数据信息，并计算出压路机运动各项参数数据，所述压路机运动各项参数数据，包括压路机运动的碾压轨迹、压实遍数、碾压工作范围和速度数据信息；
机载终端，用于读取与显示所述机载处理器处理后的压路机运动各项参数数据；
监控终端，用于读取与显示所述数据库处理器处理后压路机运动各项参数数据；
所述基站服务器的数据输出端与RTK测量单元相连接，RTK测量单元的数据输出端与数据服务器的数据输入端相连接，所述基站服务器、数据服务器的数据输出端均与数据库处理器、机载处理器的数据输入端相连接，所述数据库处理器的数据输出端与监控终端相连接；所述机载处理器的数据输出端与机载终端相连接。
2.根据权利要求1所述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：所述基站服务器为网络GPS基站，所述RTK测量单元用于接收所述基站服务器发出的发送位置定位数据信息，所述RTK测量单元安装在身份与所记录SN号相匹配的压路机上。
3.根据权利要求1所述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：所述数据服务器为后台数据库。
4.根据权利要求1所述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：所述数据服务器、基站服务器、数据库处理器、机载处理器至少集成在一台计算机上。
5.根据权利要求1所述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：还包括通讯单元，所述通讯单元包括GPRS天线和网络通信模块，所述RTK测量单元通过GPRS天线提供的网络信号与网络通信模块进行通信，所述网络通信模块分别与数据服务器、基站服务器相连接，并进行数据信息传输。
6.根据权利要求1所述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测装置，其特征在于：所述数据库处理器、机载处理器均连接有显示终端设备，所述显示终端设备用于显示压路机运动各项参数数据。
7.基于栅格图形的路基路面压实遍数监测方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（A），建立栅格图形化的道路模型；
步骤（B），在压路机上安装RTK测量单元，获得压路机当前作业的实时位置信息，并对地理定位数据进行处理，生成压路机的实时位置坐标数据；
步骤（C），根据压路机的实时位置坐标数据，计算在栅格图形化的道路模型内绘制出压路机的轨迹点阵；
步骤（D），根据栅格图形化的道路模型内绘制出压路机的轨迹点阵，通过两边对称的原则，计算绘制出压路机的压实遍数、碾压轨迹、碾压工作范围与面积；
步骤（E），根据压路机的压实遍数、碾压轨迹、碾压工作范围，在栅格图形化的道路模型中绘制出带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M；
步骤（F），将带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，反馈到机载终端上以便供操作人员及时做出相应的操作调整；
步骤（G），将带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，反馈到监控终端上，以便供管理人员及时做出相应的操作调整。
8.根据权利要求7所述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测方法，其特征在于：步骤（A）建立栅格图形化的道路模型，包括以下步骤，
（A1）通过载波相位差分方法获取道路信息的控制点坐标信息，建立相应的道路线性模型；
（A2）将通用的WGS-84坐标系统转换为施工单位的工程坐标系；
（A3）将建立的道路线性模型，根据图形栅格化原理，生成栅格图形化的道路模型。
9.根据权利要求8所述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测方法，其特征在于：所述道路线性模型是根据道路的曲线要素相结合而建立，所述栅格图形化的道路模型是根据道路的线性模型与图形栅格化方法相结合而建立。
10.根据权利要求8所述的基于栅格图形的路基路面压实遍数监测方法，其特征在于：步骤（E）在栅格图形化的道路模型中绘制出带有颜色属性与面积属性的新碾压轨迹M，能够表示压路机运动各项参数数据，包括压路机运动的碾压轨迹、压实遍数、碾压工作范围和速度数据信息。
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