CN110376611B - 一种自动识别压路机碾压遍数的方法和装置 - Google Patents

一种自动识别压路机碾压遍数的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动识别压路机碾压遍数的方法和装置，通过坐标转换和对转换后的坐标数据进行筛选和处理，计算出各个车道的碾压遍数，同时，通过GPS对压路机进行精确定位，将压路机的位置实时传输给监控中心进行实时监控，以便确定出压路机的实时位置。本发明通过及时确定出压路机的实时位置以此来反映出压路机的碾压遍数。通过检测中心对路面实时监控，减轻了员工的工作负担，并且提高了监管质量。

Description

一种自动识别压路机碾压遍数的方法和装置
技术领域
本发明属于道路施工技术领域，具体涉及一种自动识别压路机碾压遍数的方法和装置。
背景技术
如今，随着我国经济的发展，中国是世界上公路里程数最多的国家。此发展趋势也对道路施工领域提出了更高的要求，其中如何提高压路机碾压效率，高效自动识别出碾压遍数是道路施工过程中迫切需要解决的问题。
在传统道路施工中，确定压路机的碾压遍数是通过人员观察，操作者需要一直关注本条道路的碾压情况，包括行走距离、行走速度、碾压宽度等，在此过程中，经常会出现由于操作者疏忽、操作不规范或特殊情况，使得在路面压实过程中出现路面碾压遍数不足、路面漏压、过压等情况，这样的结果使路面没有严格按照标准工艺要求进行，会对公路的施工质量产生较大的影响，特别是施工后的公路会留下严重的安全隐患。所以仅仅依靠人员的监督不能满足现代化高质量施工要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种自动识别压路机碾压遍数的方法和装置，确保碾压遍数准确，提高压路机碾压过程的效率。
为达到上述目的，本发明所述一种自动识别压路机碾压遍数的方法包括以下步骤：
步骤1、以设定的时间间隔采集压路机的原始坐标数据，将采集到的压路机的原始坐标数据转换为工程实际中公路自建坐标系中的坐标数据；
步骤2、根据步骤1得到的工程实际中公路自建坐标系中的坐标数据确定车道的碾压遍数，包括以下步骤：
S1、将步骤1得到的所有的工程实际中公路自建坐标系的坐标数据，按照横坐标值分成C组，同一组坐标中，坐标数据所代表的压路机的位置位于同一车道中；
S2、依次计算各车道的碾压遍数，每个车道的碾压遍数计算包括以下步骤：
S21、从同一组坐标数据中，筛选出起始点和终止点，记为D0，D1，D2，……Dn，其中偶数下标表示起点，奇数下标表示终点；
S22、以起始点和终止点将同一车道上的所有坐标数据分割成不同的区间，记为：A1,A2，A3,……，An-1；
S23、逐一筛选出每个区间内数据纵坐标的最大值，记为A1max,A2max,A3max,……，A(n-1)max；
S24、设碾压遍数的初始值N＝0，依次判断A1max,A2max,A3max,……，A(n-1)max是否属于(H1-σ，H1+σ)，若判断结果为是，碾压遍数N＝N+1；若判断结果为否，则输出该区间的纵坐标最大值ymax，碾压遍数的计数不变；
S3、输出各个车道的碾压遍数N。
进一步的，步骤S21中，在筛选出起始点和终止点之前，先筛选掉歧义点，所述歧义点为采集时间相邻且采集时间间隔小于0.2秒的两个坐标数据。
进一步的，在步骤S21和步骤S22之间，删除掉在误差范围外的点，具体为：给定距离误差σ，判断D0，D1，D2，……，Dn的纵坐标的值,是否属于区间(0，σ)，若判断结果为是，则保留该点；若判断结果为否，则将对应点删除。
进一步的，在步骤S24中，计算碾压遍数N时，计算有效区间个数M，所述M等于N。
进一步的，在步骤S3中，统计有效区间个数M及每个区间对应的车型，不同压路机上安装的GPS接收机都有其自带的身份信息，通过GPS接收机自带的身份信息确定其采集的数据是哪一个车型的压路机上的。
进一步的，步骤1包括以下步骤：
S1：将GPS接收机接收到的WGS-84压路机的原始坐标数据转化为WGS-84空间直角坐标数据；
S2：将WGS-84空间直角坐标数据转换为当地80空间坐标数据，通过布尔莎坐标转换模型实现两个空间直角较坐标系的转换；
S3：将当地80空间坐标数据转换为当地80大地坐标数据；
S4：将当地80大地坐标数据转化为平面坐标数据；
S5：平面坐标数据转为工程实际所需坐标数据。
一种自动识别压路机碾压遍数的装置，包括监控中心，以及存储在所述监控中心中并可在所述监控中心上运行的计算机程序，所述监控中心执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述方法的步骤。
进一步的，自动识别压路机碾压遍数的装置还包括显示终端，所述显示终端用于显示监控中心计算得到的各个车道的碾压遍数。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
采用先进的GPS卫星定位系统；通过坐标转换算法将GPS接收机接收到的原始WGS-84坐标信息转化为道路工程中的实际坐标系；通过研究压路机的碾压特征，确定了通过距离来自动识别其碾压遍数的方法；同时，通过GPS对压路机进行精确定位，将压路机的位置实时传输给监控中心进行实时监控，以便确定出压路机的实时位置。通过及时确定出压路机的实时位置以此来反映出压路机的碾压遍数。
通过检测中心对路面实时监控，减轻了员工的工作负担，并且提高了监管质量；对于碾压过程中的突发情况，特别是中途熄火暂停、未到达指定距离等情况都能实时通过轨迹显示在显示屏幕上；以距离为检测参数，通过对距离的实时检测在屏幕显示车道的碾压遍数，同时还能显示不同型号压路机，使压实施工工艺更加准确清晰。
进一步的，步骤S21中，在筛选出起始点和终止点之前，先筛选掉歧义点，所述歧义点为采集时间相邻且采集时间间隔小于0.2秒的两个坐标数据，在步骤S21和步骤S22之间，删除掉在误差范围外的点，具体为：给定距离误差σ，判断D0，D1，D2，……Dn的纵坐标的值,是否属于区间(0，σ)，若判断结果为是，则保留该点；若判断结果为否，则将对应点删除。提高计算结果的准确性。
进一步的，在步骤S24中，计算碾压遍数N时，计算有效区间个数M，所述M＝N，还需统计有效区间个数M及每个区间对应的车型。通过有效区间检测，可以直观看出道路碾压工程是否合格，防止出现漏压、过压、碾压遍数不够等情况。同时，在压路机碾压道路过程中，同一条道路由不同型号的压路机碾压，包括单钢轮压路机、双钢轮压路机、胶轮压路机等，不同压路机上安装的GPS接收机都有其自带的身份信息，通过GPS接收机自带的身份信息确定其采集数据的压路机车型，保证了碾压工艺的准确。
附图说明
图1为系统组成基本框架；
图2为公路施工平面坐标系；
图3为数据点时间分布图；
图4为压路机位移-时间图；
图5为施工开始时，由1车首先进入车道1进行车道1的碾压示意图；
图6为2车进入车道1进行碾压示意图；
图7为2车退出车道1后，再依次在车道2和车道3上进行碾压示意图；
图8为公路施工平面坐标系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种自动识别压路机碾压遍数的方法，包括以下三大过程：
为达到精准测定压路机碾压遍数，就必须对压路机在动态碾压过程中进行精确定位。其总体框架为：建立GPS远程实时监控系统，包括卫星星座，GPS流动站以及监控中心三部分,如图1所示。
一：监控系统建立
在将GPS技术引用到公路施工过程中，建立一个监控中心对压路机的实时位置进行监控。流动站通过GPS接收机接收压路机的原始位置坐标信息，将压路机的实时原始坐标数据反馈给监控中心，监控中心将所接收的原始坐标数据转化为道路相对位置坐标信息并将其显示在道路系统的显示屏幕上。
这样，通过移动端设备(GPS接收机)实时向监控中心发送差分数据，并将差分数据转化为道路工程实际位置信息，实现了监控中心和现场道路系统的无线数据传输，实时获得施工场地工作面上的每个点的平面经纬度，根据每个数据点的经纬度，确定压路机在地球上的具体位置。
二：坐标系转换过程
S1：将GPS接收机接收到的WGS-84压路机的原始坐标数据转化为WGS-84空间直角坐标数据，过程如下：
Figure GDA0002949401020000061
公式中，
Figure GDA0002949401020000062
其中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b椭球的长短半径，f椭球扁率，X1为WGS-84空间直角坐标系中横坐标，Y1为WGS-84空间直角坐标系中纵坐标，Z1为WGS-84空间直角坐标系中竖坐标，B1为纬度坐标，L1为经度坐标，H1为高程。
S2：将WGS-84空间直角坐标数据转换为当地80空间坐标数据，通过布尔莎坐标转换模型实现两个空间直角较坐标系的转换。
旋转矩阵为：
Figure GDA0002949401020000063
其中α为x轴旋转角，β为y轴旋转角，γ为z轴旋转角；当旋转角较小时，即α与sinα之差0.0005弧度以内(同理β、γ类似)时,转换公式表示为:
Figure GDA0002949401020000064
式中：m为一般情况下两个坐标原点不重合时存在的尺度比例因子，X1为WGS-84空间直角坐标系中横坐标，Y1为WGS-84空间直角坐标系中纵坐标，Z1为WGS-84空间直角坐标系中竖坐标，x＇当地80空间坐标横坐标，y＇当地80空间坐标纵坐标，z＇当地80空间坐标竖坐标。
S3：将当地80空间坐标数据转换为当地80大地坐标数据；
Figure GDA0002949401020000071
式中：e′为椭球的第二偏心率，
Figure GDA0002949401020000072
上式中，B2为当地纬度坐标，L2为当地经度坐标，H2为当地高程,x＇当地80空间坐标横坐标，y＇当地80空间坐标纵坐标，z＇当地80空间坐标竖坐标。
S4：将当地80大地坐标数据转化为平面坐标数据
对于我国而言，常采用的地图投影是高斯—克吕格投影，其投影平面坐标称为高斯—克吕格平面直角坐标,其投影的基本原理是:设想用一个椭圆柱横套在地球椭圆体外面,并与某一个子午线相切(此子午线称为中央子午线),椭圆柱中心轴通过地球椭圆体中心,将中央午线两侧一定经差(例如6°或3°)范围内的椭圆柱面沿着通过南极和北极的母线展开,就成了高斯投影平面高斯投影正算公式：
Figure GDA0002949401020000073
式中：B为投影点的大地纬度；l＝L2-L0，L为经度，L0为轴子无线的大地经度；N为卯酉圈曲率半径t＝：tanB2η＝e′cosB2；e为椭球的第一批偏心率，e′为椭球第二偏心率，X为从赤道沿子午线到具有纬度B的一点的子午线弧长，其中，B2、L2均为当地大地坐标系的经纬度，x2、y2为当地平面坐标系的横纵坐标。
X＝a(1-e2)(A0B2+A2sin2B2+A4sin4B2+A6sin6B2+A8sin8B2)
Figure GDA0002949401020000081
Figure GDA0002949401020000082
Figure GDA0002949401020000083
Figure GDA0002949401020000084
Figure GDA0002949401020000085
S5：平面坐标数据转为工程实际所需坐标数据。
Figure GDA0002949401020000086
即：
Figure GDA0002949401020000087
式中：X3、Y3为工程实际中公路自建坐标系横纵坐标，x2、y2为大地平面坐标系横纵坐标，x0、y0为平移参数(原坐标系原点，安装GPS接收机必须在工程现场安装基站，此基站点(x0、y0)就是相对于道路工程需要平移的位置点)，m为尺度参数，α为平面坐标系到道路工程实际坐标系的旋转角度。
三、压路机群碾压遍数确定，要确定碾压遍数，就必须知道压路机的碾压轨迹，碾压轨迹的形成就需要通过GPS接收机进行数据接收形成轨迹，并显示在道路系统的显示屏幕。
具体的流程算法如下：
S1：根据车道的不同(三车道为例)，将步骤二得到的工程实际中公路自建坐标系的坐标数据按照横坐标所在位置分成三组，特定时间段内数据，横坐标位于同一车道中。
S2：利用每个数据点的特定参数，根据时间筛选出相邻两个点时间差大于0.2秒的点,另外筛选出起始点和终止点，即D0，D1，D2，……Dn。
S3：给定距离误差σ，判断D0，D1，D2，……Dn的纵坐标的值,是否属于区间(0，σ)，若判断结果为是，则进行下一步；若判断结果为否，则将对应点删除，如下例图4中的D11，D12均不属于区间(0，σ)所以将对应点D11和D12删除。
S4：以剩余的起始点和终止点为分界点，将同一车道生上的所有数据分割成不同的区间，记为：A1,A2，A3,……，An-1。
S5：逐一筛选出每个区间内数据纵坐标的最大值，max{y1,y2……yn,}记为A1max,A2max,A3max,……，A(n-1)max。
S6：设碾压遍数的初始值N＝0，设有效区间个数的初始值M＝0，依次判断A1max,A2max,A3max,……，A(n-1)max是否属于(H1-σ，H1+σ)，若判断结果为是，则区间为有效区间，碾压遍数N＝N+1，有效区间个数M＝M+1；例如图4中的第1，3，4，5，6，7段；若判断结果为否，则区间无效，输出该区间车型及纵坐标ymax，碾压遍数的计数不变，有效区间个数不变，例如图4中的第2段。
S7:统计有效区间个数M及每个区间对应的车型，不同压路机上安装的GPS接收机都有其自带的身份信息，可通过GPS接收机自带的身份信息确定其采集数据的是哪种压路机车型。
S8:输出碾压遍数N及每个车型对应的碾压遍数。
碾压工程说明
结合上述转化，假设三车道施工长度分别是H1,H2,H3；振动压路机的型号1号，2号，3号三种，压路机轮宽为2m，碾压重合部分为20cm。则可建立平面坐标系如图2所示：以施工长度方向为y轴，以施工宽度方向为x轴。
GPS接收机接收数据的频率为每秒5次，即每隔0.2秒便可接收一次压路机的位置信息，而每一个位置信息在经过转化后可在公路施工平面坐标系中形成一个位置点，在压路机工作过程中，这些点便能均匀的形成一条运动轨迹。
为了精确统计每条车道的碾压遍数，需要将三条车道分别计算，现以车道1为例进行分析计算：
如图3所示，首先将三台压路机在车道1上的所有数据筛分出来，即将0≦x≦1.8(道路宽)，y≧0所有点筛分出来，再以时间为顺序依次排列在时间轴上(以9点施工为例)。
如图3所示，车道1上的所有点，按照车型的不同聚集在不同的时间段，并且同一时间段内相邻两点的时间间隔总是0.2秒。但是由于相邻车道不能同时压实，压路机之间换道，所以在时间轴上便出现没有点的空白区域，即此时车道1上没有压路机施工。
以时间轴为横轴，压路机距离起始点距离为纵轴，形成坐标系，如图4所示。
在实际施工过程中，情况是多变的，会出现一些突发状况或者事故，致使碾压工艺并不规范，这也会直接影响到公路质量，因此需要着重监测。如图4所示，2号车第一遍碾压并没有碾压到指定位置便返回；1号车第三遍碾压由于故障中途熄火一段时间等等，这些在进行算法计算时都应将其考虑在内。
在压路机碾压过程中，相邻碾压车道每次碾压都会重叠20厘米，所以为了防止压路机出现碰撞，在压路机群协同作业时，相邻碾压车道上不会同时施工。具体操作如下：施工开始时，由1车首先进入车道1进行车道1的碾压(如图5)；待1车退出车道1，然后进入车道2进行碾压并退出；然后1车进入车道3进行碾压，与此同时，2车进入车道1进行碾压(如图6)；1车退出车道3后在空地待机，2车退出车道1后，再依次在车道2和车道3上进行碾压(如图7)；在2车碾压车道3的同时3车进入车道1进行碾压；2车退出车道3后在空地待机，3车依次在车道2和车道3上进行碾压；……以此类推，三台压路机协同作业，直至将规定遍数碾压完全，从而完成压实施工。
以三车道公路施工为例，道路工程始终以车道1起始线为坐标系的x轴，以一车道的左边纵线为坐标系的y轴。从而建立公路施工平面坐标系，如图8所示。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动识别压路机碾压遍数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、以设定的时间间隔采集压路机的原始坐标数据，将采集到的压路机的原始坐标数据转换为工程实际中公路自建坐标系中的坐标数据；
步骤2、根据步骤1得到的工程实际中公路自建坐标系中的坐标数据确定车道的碾压遍数，包括以下步骤：
S1、将步骤1得到的所有的工程实际中公路自建坐标系的坐标数据，按照横坐标值分成C组，同一组坐标中，坐标数据所代表的压路机的位置位于同一车道中；
S2、依次计算各车道的碾压遍数，每个车道的碾压遍数计算包括以下步骤：
S21、从同一组坐标数据中，筛选出起始点和终止点，记为D0，D1，D2，……Dn，其中偶数下标表示起点，奇数下标表示终点；
S22、以起始点和终止点将同一车道上的所有坐标数据分割成不同的区间，记为：A1,A2，A3,……，An-1；
S23、逐一筛选出每个区间内数据纵坐标的最大值，记为A1max,A2max,A3max,……A(n-1)max；
S24、设碾压遍数的初始值N＝0，依次判断A1max,A2max,A3max,……A(n-1)max是否属于(H1-σ，H1+σ)，若判断结果为是，碾压遍数N＝N+1；若判断结果为否，则输出该区间的纵坐标最大值ymax，碾压遍数的计数不变；
S3、输出各个车道的碾压遍数N。
2.根据权利要求1所述的一种自动识别压路机碾压遍数的方法，其特征在于，步骤S21中，在筛选出起始点和终止点之前，先筛选掉歧义点，所述歧义点为采集时间相邻且采集时间间隔小于0.2秒的两个坐标数据。
3.根据权利要求1所述的一种自动识别压路机碾压遍数的方法，其特征在于，在步骤S21和步骤S22之间，删除掉在误差范围外的点，具体为：给定距离误差σ，判断D0，D1，D2，……Dn的纵坐标的值,是否属于区间(0，σ)，若判断结果为是，则保留该点；若判断结果为否，则将对应点删除。
4.根据权利要求1所述的一种自动识别压路机碾压遍数的方法，其特征在于，在步骤S24中，计算碾压遍数N时，计算有效区间个数M，所述M等于N。
5.根据权利要求4所述的一种自动识别压路机碾压遍数的方法，其特征在于，在步骤S3中，统计有效区间个数M及每个区间对应的车型，不同压路机上安装的GPS接收机都有其自带的身份信息，通过GPS接收机自带的身份信息确定其采集的数据是哪一个车型的压路机上的。
6.根据权利要求1所述的一种自动识别压路机碾压遍数的方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：
S1：将GPS接收机接收到的WGS-84压路机的原始坐标数据转化为WGS-84空间直角坐标数据；
S2：将WGS-84空间直角坐标数据转换为当地80空间坐标数据，通过布尔莎坐标转换模型实现两个空间直角较坐标系的转换；
S3：将当地80空间坐标数据转换为当地80大地坐标数据；
S4：将当地80大地坐标数据转化为平面坐标数据；
S5：平面坐标数据转为工程实际所需坐标数据。
7.一种自动识别压路机碾压遍数的装置，其特征在于，包括监控中心，以及存储在所述监控中心中并可在所述监控中心上运行的计算机程序，所述监控中心执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述方法的步骤。
8.根据权利要求7所述的一种自动识别压路机碾压遍数的装置，其特征在于，还包括显示终端，所述显示终端用于显示监控中心计算得到的各个车道的碾压遍数。
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