CN111021207A - 一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统及划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统及划分方法，系统包括智能路面平整度检测设备、路面高程云图生成系统及路面超薄层段落划分系统，方法包括通过智能路面平整度检测设备获取路面超薄层下承层绝对高程数据；路面高程云图生成系统根据获取的绝对高程数据生成路面高程云图；路面超薄层段落划分系统对路面超薄层下承层进行划分。本发明可以精确测量超薄层下承层平整度，生成高程数据可视化云图，并将云图数据导入超薄层段落划分程序，实现对路面超薄层下承层段落的划分，为超薄层的智能摊铺提供依据，提高路面超薄层平整度，具有广阔的应用前景。

Description

一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统及划分方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，涉及一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统及划分方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，人们出行的需求不断上升，道路的行车舒适性受到越来越多的关注。路面平整度是评价路面工程质量的重要指标，同时也是影响道路行车舒适性的主要因素。路面的不平整将导致车辆在高速行驶过程中产生额外的振动，影响行驶速度及行车舒适性，甚至导致交通事故的发生。此外，路面不平整导致的车辆振动将增大车辆对路面的冲击力，既加快路面的破坏也加速车辆的磨损。

在道路建设养护过程中，常用的道路平整度测量方法有3m直尺法、连续式路面平整度仪等，但这些方法测量效率低，测量点数不够时测量精度不高。而一些先进的平整度测量设备，如激光平整度测试仪、车载式颠簸累计仪等，设备昂贵，测量成本较高。

当道路服役一定期限后，由于不均匀沉降及行车荷载等的作用，将导致道路平整度降低。此外，由于道路表面集料的磨光，路面抗滑性能随之下降。此时为提高道路行车舒适性、安全性且不影响路面标高，通常采用上铺超薄磨耗层的方式提升道路使用性能。但上铺超薄磨耗层前需快速、精确并相对经济地测量原有路面标高，一是为了保证新铺超薄层的平整度；二是减少道路中断时间，快速开放交通；三是减少养护费用的支出。

在路面摊铺过程中，通常摊铺机熨平板角度是一定的，在摊铺超薄层时，没有根据下承层高程动态调整摊铺机熨平板角度，不能实现路面超薄层的智能摊铺。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统及划分方法，本方法可精确测量路面超薄层下承层高程数据，生成高程可视化云图，并将云图数据导入路面超薄层段落划分程序，划分程序通过计算实测高程与设计高程的差值，再乘以测量的面积，得出体积差，并以体积差实现对路面超薄层下承层的划分，为超薄层的智能摊铺提供依据。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统，包括智能路面平整度检测设备、路面高程云图生成系统及路面超薄层段落划分系统；其中：

智能路面平整度检测设备，用于获取路面超薄层下承层的绝对高程数据；

路面高程云图生成系统，通过绝对高程数据生成路面高程云图；

路面超薄层段落划分系统，根据路面高程云图对对路面超薄层下承层进行划分。

可选的，智能路面平整度检测设备包括两个驱动履带、集成控制模块、倾角仪、定位及信息传输模块、快充接口和电源开关，所述两个驱动履带分别位于集成控制模块两侧，用于带动整个智能路面平整度检测设备向前行驶；倾角仪用于测量智能路面平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块；定位及信息传输模块用于获得测量位置处的高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块；集成控制模块将角度信息和高程坐标处理后得到的绝对高程信息传输至路面高程云图生成系统；快充接口用于为智能路面平整度检测设备快速充电；电源开关用于开启和关闭智能路面平整度检测设备。

可选的，集成控制模块包括外壳及设置在外壳内的处理器、电路及信息传递系统、远距离控制系统和供电电池，处理器用来处理倾角仪和定位及信息传输模块测得的数据，并将处理得到的所测位置绝对高程信息传递至路面高程云图生成系统，电路及信息传递系统用于保证智能路面平整度检测设备内部信息的传递，远距离控制系统用于接收控制终端信号，供电电池为整个智能路面平整度检测设备提供能源。

可选的，定位及信息传输模块为“5G+北斗”定位及信息传输模块。

可选的，快充接口为Type-c快充接口。

可选的，路面高程云图生成系统通过MATLAB软件编程建模生成路面超薄层下承层高程可视化云图。

本发明还提供了一种根据所述基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统的路面超薄层段落划分方法，包括以下步骤：

(1)获取路面超薄层下承层绝对高程数据；

(2)根据获取的绝对高程数据生成路面高程云图；

(3)将路面高程云图导入超薄层段落划分系统，对路面超薄层下承层进行划分。

进一步的，步骤(1)具体为：

(11)将智能路面平整度检测设备置于路面超薄层待摊铺路段，按下电源开关；

(12)智能路面平整度检测设备的定位及信息传输模块沿预设的平行于道路中线的检测路线检测路面超薄层下承层高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块的处理器；

(13)倾角仪测量智能路面平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块的处理器；

(14)集成控制模块的处理器将高程坐标和角度信息进行处理，获取绝对高程数据。

进一步的，步骤(2)具体为：

将步骤(1)中获取的路面超薄层下承层绝对高程数据，即智能路面平整度检测设备所处位置的x、y、z三维坐标数据进行处理，首先对x坐标值和y坐标值的最大值和最小值分别取整，设置步长，之后按设置的步长分别对x坐标值和y坐标值进行分割并生成x-y面的网格数据，然后使每一对x、y坐标数据与对应的z坐标数据进行拟合，并对网格点间的数据进行插值以使下一步生成的网格三维图平滑，之后生成网格三维图，将网格三维图设置为三维视角，最后创建坐标轴标签，生成路面高程云图。

进一步的，步骤(3)具体为：

以路面高程差云图为基础，在路面横断面以路面摊铺机熨平板宽度的一半L/2为步长，纵断面以设定步长对路面高程差云图进行分割，计算该分割部分体积差的和SUM(V₁)＝SUM(L/2*ΔH)，ΔH为绝对高程差，以熨平板在路面横坡值基础上需旋转调整0.5°为划分单位对分割部分体积差的和进行划分，熨平板调整0.5°时体积变化ΔV＝π*(L/2)²/720，则分割部分的调整量θ₁＝SUM(V₁)/ΔV＝1440*SUM(ΔH)/(π*L)，以此调整量θ₁对路面超薄层下承层进行划分。

有益效果：与现有技术相比，本发明的路面平整度检测设备采用“5G+北斗”技术精确获取所测位置高程坐标，结合倾角仪所测倾角，经过处理器换算，得到所测位置绝对高程，相对传统测量方法，测量精度可从厘米级提高至毫米级。通过将高程数据导入MATLAB软件，编程建模生成路面超薄层下承层高程可视化云图，实现路面高程的可视化。通过将高程数据导入超薄层段落划分程序，为实现超薄层的智能摊铺提供依据，即实现摊铺过程中对摊铺机熨平板角度的动态控制，提高超薄层平整度。此外，路面平整度检测设备造型小巧，携带方便且可远距离控制，可节约测量成本；采用履带驱动，可在雨天测量并防止打滑，提高测量时的行驶稳定性，可实现降雨天气测量高程，晴好天气摊铺路面，提高晴好天气的利用率。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图；

图2是智能路面平整度检测设备结构图；

图3是本发明方法的流程图；

图4是智能路面平整度检测设备所处位置路面的绝对高程值获取示意图；

图5是路面高程云图生成模型生成的路面高程云图示意图；

图2中：1-驱动履带、2-集成控制模块、3-倾角仪、4-基于“5G+北斗”技术的定位及信息传输模块、5-Type-c快充接口、6-电源开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统，包括智能路面平整度检测设备、路面高程云图生成系统及路面超薄层段落划分系统；智能路面平整度检测设备用于获取路面超薄层下承层的绝对高程数据；路面高程云图生成系统通过绝对高程数据生成路面高程云图；路面超薄层段落划分系统根据路面高程云图对对路面超薄层下承层进行划分。

如图2所示，智能路面平整度检测设备包括两个驱动履带1、一个集成控制模块2、一个倾角仪3、一个基于“5G+北斗”技术的定位及信息传输模块4、一个Type-c快充接口5和一个电源开关6组成。所述两个驱动履带1分别位于集成控制模块两侧；所述集成控制模块2包括处理器、电路及信息传递系统、远距离控制系统、供电电池及外壳；所述倾角仪3安装于集成控制模块外壳上，位于行进方向前端且平放时与前进方向及水平面平行；所述“5G+北斗”定位及信息传输模块4位于集成控制模块外壳顶部；所述Type-c快充接口5位于集成控制模块外壳外侧；所述电源开关6位于集成控制模块外壳外侧。

如图1和2所示，所述的驱动履带1在测量时带动整个智能路面平整度检测设备向前行驶，驱动履带行驶平稳，可保证设备按照预定检测线路行驶，不会因道路不平改变方向；所述的集成控制模块2包括处理器、电路及信息传递系统、远距离控制系统、供电电池及外壳，处理器用来处理倾角仪3和定位及信息传输模块4测得的智能路面平整度检测设备的倾角信息和高程坐标数据，以处理得到所测位置绝对高程信息，并将绝对高程信息传递至路面高程云图生成系统；电路及信息传递系统用于保证电能及智能路面平整度检测设备内部信息的传递，远距离控制系统用于接收路面高程云图生成系统中笔记本电脑(控制终端)信号以使智能路面平整度检测设备按设定的检测路线行驶，供电电池为整个设备提供能源，外壳起到固定及保护设备的作用；所述的倾角仪3可测得智能路面平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块2的处理器；所述“5G+北斗”定位及信息传输模块4用于获得测量位置处的高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块2的处理器，之后处理器通过定位及信息传输模块将得到的绝对高程信息传输至路面高程云图生成系统；所述Type-c快充接口5用于为平整度检测设备快速充电；所述电源开关6用于开启和关闭智能路面平整度检测设备，防止电能的额外消耗。

所述路面高程云图生成系统通过笔记本电脑接收由智能平整度检测设备测得的路面超薄层下承层绝对高程数据，通过MATLAB软件编写路面高程可视化程序，将绝对高程数据导入编写的程序，生成路面绝对高程云图，路面高程云图生成模型生成的路面高程云图示意图如图5所示。

所述超薄层段落划分系统用于接收路面绝对高程云图数据，将绝对高程云图数据导入超薄层段落划分模型中，划分模型通过计算实测高程与设计高程的差值，再乘以测量的面积，得出体积差，并以体积差实现对路面超薄层下承层的划分，在摊铺超薄层时实时调整摊铺机熨平板角度，以此实现对路面超薄层的智能摊铺。

如图3所示，一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分方法，包括以下步骤：

(1)获取路面超薄层下承层绝对高程数据；

(11)将智能路面平整度检测设备置于路面超薄层待摊铺路段，按下电源开关；

(12)智能路面平整度检测设备的定位及信息传输模块沿预设的平行于道路中线的检测路线检测路面超薄层下承层高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块的处理器；

(13)倾角仪测量智能路面平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块的处理器；

(14)集成控制模块的处理器将高程坐标和角度信息进行处理，获取绝对高程数据；

其中，高程坐标和角度信息的处理方式为：通过基于“5G+北斗”技术的定位及信息传输模块实时获取智能路面平整度检测设备所处位置的x、y、z三维坐标信息，其中x、y坐标直接用于表示智能路面平整度检测设备所处位置的平面位置；

智能路面平整度检测设备所处位置路面的绝对高程差值获取方法，亦即z坐标的处理方法为：记倾角仪倾角为α，倾角仪离地高度为h，则可得智能路面平整度检测设备所处位置路面的绝对高程值H＝z-h/cosα，此处的绝对高程差ΔH＝H-H₁，其中H₁为原路面设计绝对高程值，示意图见图4。

(2)根据获取的绝对高程数据生成路面高程云图；

通过基于“5G+北斗”技术的定位及信息传输模块实时获取智能路面平整度检测设备所处位置的x，y，z三维坐标信息，即步骤(1)中获取的路面超薄层下承层绝对高程数据导入MATLAB软件，通过路面高程可视化程序代码对导入的三维坐标数据进行处理，首先对x坐标值和y坐标值的最大值和最小值分别取整，设置步长为1mm，之后采用MATLAB软件中的meshgrid函数按步长1mm分别对x坐标值和y坐标值进行分割并生成x-y面的网格数据，然后采用MATLAB软件中的griddata函数使每一对x、y坐标数据与对应的z坐标数据进行拟合，并对网格点间的数据进行插值以使下一步生成的网格三维图平滑，之后采用MATLAB软件中的mesh函数生成网格三维图，采用MATLAB软件中的view函数将网格三维图设置为三维视角，最后采用MATLAB软件中的xlabel、ylabel、zlabel函数创建坐标轴标签，通过以上步骤，即可通过路面高程可视化程序代码生成路面高程云图，采用路面高程云图生成模型生成的路面高程云图示意图(图5)中x轴表示路面横断面，x坐标值用来表示智能路面平整度检测设备所处位置的路面横断面位置，y轴表示路面纵断面，y坐标值用来表示智能路面平整度检测设备所处位置的路面纵断面位置，z轴表示路面立面，z坐标值用来表示智能路面平整度检测设备所处位置的路面立面位置，即绝对高程值。

路面高程可视化程序代码为：

％％mesh

Up_x＝ceil(max(x))；％对x坐标值的最大值进行取整

Down_x＝floor(min(x))；％对x坐标值的是小值进行取整

Up_y＝ceil(max(y))；％对y坐标值的最大值进行取整

Down_y＝floor(min(y))；％对y坐标值的最小值进行取整

MeshGA＝1；％步长为1

[X，Y]＝meshgrid(Down_x：MeshGA：Up_x，Down_y：MeshGA：Up_y)；％生成X-Y面的网格数据

Z＝griddata(x，y，z，X，Y)；％使z＝f(x，y)形式的曲面与向量(x，y，z)中的散点数据拟合

mesh(X，Y，Z)％绘制网格三维图

view(3)％三推图视角

xlabel(′x′)，ylabel(′y′)，zlabel(′z′)％生成坐标轴

采用MATLAB软件编写上述路面高程可视化程序代码，最后生成的路面高程云图示意图如图5所示。同理，将三维坐标中的z换为ΔH，即可生成路面绝对高程差云图。

(3)将路面高程云图导入超薄层段落划分系统，对路面超薄层下承层进行划分；

具体为：

以路面高程差云图为基础，在路面横断面以路面摊铺机熨平板宽度的一半L/2为步长，纵断面以1cm为步长对路面高程差云图进行分割，计算该分割部分体积差的和SUM(V₁)＝SUM(L/2*ΔH)，以熨平板在路面横坡值基础上需旋转调整0.5°为划分单位对分割部分体积差的和进行划分，熨平板调整0.5°时体积变化ΔV＝π*(L/2)²/720，则分割部分的调整量θ₁＝SUM(V₁)/ΔV＝1440*SUM(ΔH)/(π*L)，以此调整量θ₁对路面超薄层下承层进行划分。

超薄层段落划分模型算法对应的代码为：

采用MATLAB软件编写上述超薄层段落划分模型代码，对路面超薄层下承层进行划分。

上述一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分方法，可以精确测量超薄层下承层平整度，生成高程数据可视化云图，并将云图数据导入超薄层段落划分程序，实现对路面超薄层下承层段落的划分，为超薄层的智能摊铺提供依据，提高路面超薄层平整度，具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1.一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统，其特征在于，包括智能路面平整度检测设备、路面高程云图生成系统及路面超薄层段落划分系统；其中：

智能路面平整度检测设备，用于获取路面超薄层下承层的绝对高程数据；

路面高程云图生成系统，通过绝对高程数据生成路面高程云图；

路面超薄层段落划分系统，根据路面高程云图对对路面超薄层下承层进行划分。

2.根据权利要求1所述的一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统，其特征在于，智能路面平整度检测设备包括两个驱动履带(1)、集成控制模块(2)、倾角仪(3)、定位及信息传输模块(4)、快充接口(5)和电源开关(6)，所述两个驱动履带分别位于集成控制模块两侧，用于带动整个智能路面平整度检测设备向前行驶；倾角仪用于测量智能路面平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块；定位及信息传输模块用于获得测量位置处的高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块；集成控制模块将角度信息和高程坐标处理后得到的绝对高程信息传输至路面高程云图生成系统；快充接口用于为智能路面平整度检测设备快速充电；电源开关用于开启和关闭智能路面平整度检测设备。

3.根据权利要求2所述的一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统，其特征在于，集成控制模块包括外壳及设置在外壳内的处理器、电路及信息传递系统、远距离控制系统和供电电池，处理器用来处理倾角仪和定位及信息传输模块测得的数据，并将处理得到的所测位置绝对高程信息传递至路面高程云图生成系统，电路及信息传递系统用于保证智能路面平整度检测设备内部信息的传递，远距离控制系统用于接收控制终端信号，供电电池为整个智能路面平整度检测设备提供能源。

4.根据权利要求2所述的一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统，其特征在于，定位及信息传输模块为“5G+北斗”定位及信息传输模块。

5.根据权利要求2所述的一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统，其特征在于，快充接口为Type-c快充接口。

6.根据权利要求1所述的一种基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统，其特征在于，路面高程云图生成系统通过MATLAB软件编程建模生成路面超薄层下承层高程可视化云图。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述基于绝对高程的路面超薄层段落划分系统的路面超薄层段落划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取路面超薄层下承层绝对高程数据；

(2)根据获取的绝对高程数据生成路面高程云图；

(3)将路面高程云图导入超薄层段落划分系统，对路面超薄层下承层进行划分。

8.根据权利要求7所述的一种路面超薄层段落划分方法，其特征在于，步骤(1)具体为：

(11)将智能路面平整度检测设备置于路面超薄层待摊铺路段，按下电源开关；

(12)智能路面平整度检测设备的定位及信息传输模块沿预设的平行于道路中线的检测路线检测路面超薄层下承层高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块的处理器；

(13)倾角仪测量智能路面平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块的处理器；

(14)集成控制模块的处理器将高程坐标和角度信息进行处理，获取绝对高程数据。

9.根据权利要求7所述的一种路面超薄层段落划分方法，其特征在于，步骤(2)具体为：

将步骤(1)中获取的路面超薄层下承层绝对高程数据，即智能路面平整度检测设备所处位置的x、y、z三维坐标数据进行处理，首先对x坐标值和y坐标值的最大值和最小值分别取整，设置步长，之后按设置的步长分别对x坐标值和y坐标值进行分割并生成x-y面的网格数据，然后使每一对x、y坐标数据与对应的z坐标数据进行拟合，并对网格点间的数据进行插值以使下一步生成的网格三维图平滑，之后生成网格三维图，将网格三维图设置为三维视角，最后创建坐标轴标签，生成路面高程云图。

10.根据权利要求7所述的一种路面超薄层段落划分方法，其特征在于，步骤(3)具体为：

以路面高程差云图为基础，在路面横断面以路面摊铺机熨平板宽度的一半L/2为步长，纵断面以设定步长对路面高程差云图进行分割，计算该分割部分体积差的和SUM(V₁)＝SUM(L/2*ΔH)，ΔH为绝对高程差，以熨平板在路面横坡值基础上需旋转调整0.5°为划分单位对分割部分体积差的和进行划分，熨平板调整0.5°时体积变化ΔV＝π*(L/2)²/720，则分割部分的调整量θ₁＝SUM(V₁)/ΔV＝1440*SUM(ΔH)/(π*L)，以此调整量θ₁对路面超薄层下承层进行划分。

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