CN111399403A - 适用于倾斜路基的土方推平作业远程协同监控系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于公路填方工程施工质量控制领域，为提出一种适用于斜坡路基填筑的松铺厚度和平整度实时远程协同监控方法。为此，本发明采取的技术方案是，适用于倾斜路基的土方推平作业远程协同监控系统和方法，包括GNSS基站、智能引导推平装置、数据库与应用服务器、监控客户端、报警接受端等五部分，数据库与应用服务器包含数据库模块、分析判断模块、信息反馈模块、全球移动通信系统GSM(Global System for Mobile Communications)通讯模块。本发明主要应用于公路填方工程施工质量控制场合。
Description
技术领域
本发明属于公路填方工程施工质量控制领域，尤其是涉及一种适用于带坡度路基填土方推平松铺厚度和平整度的实时监控方法。
背景技术
根据现行的《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)，在公路路基填筑的施工过程中，需分层填筑，并且严格控制每一分层的松铺厚度和平整度[1]，以确保路基在后续施工作业下达到应有的强度、稳定性和功能要求。若松铺厚度超厚，则压实度得不到很好的控制；路基平整度不符合要求则会影响后续结构层的一系列施工工序，最终造成铺筑的路面凹凸不平[2]，影响后续投用后行车的安全性和舒适性[3]。因此，对松铺厚度和平整度进行动态实时监测，进而实现及时反馈控制对保证施工质量意义重大。
传统的路基松铺厚度控制分为过程控制和事后检测两个阶段。现有的过程控制方式是将有待松铺的区域划分为规则网格，并在网格角点上插上标有目标松铺厚度的杆子或钢筋，以指导推土机按照杆子或者钢筋上的标记进行铺料和摊平。对于事后检测，现场人员常采用传统的插尺法对松铺厚度进行抽样测量，以确保其达到既定控制要求。此外，还有一些工程通过全站仪、GPS(全球定位系统Global Positioning System)等设备测量松铺之前与松铺之后同一位置处的高程差来计算松铺厚度。上述传统方法存在以下缺陷：首先，对于插杆做标记的控制方法，人为因素的存在可能导致插杆时超插入或者欠插入，从而造成松铺厚度的异常；另外，因为插杆标记不明显，推平机操作手在施工时往往难以完全按照标记指示推平作业。其次，由于难以保证检测尺垂直插入和现场复杂环境下人工读数困难，插尺法得到的厚度数据往往有较大的测量误差；最后，用全站仪、GPS等测量松铺前后高程差的方法虽然相对精确，但操作过程过于烦琐，容易干扰正常施工作业。针对路基推平过程中平整度问题，目前主要靠人为目视的方法辨别判断是否存在突出的缺陷，如有没有松散的碎石堆、有没有大粒径石块突出以及有没有明显的大坑等。
综上所述，当前公路路基填筑的松铺厚度和平整度监控方法受人为因素影响大、数字化水平低、监管约束力不强。这些方法不仅效率低下、影响施工进度，还难以提供实时的全工作面信息以反馈控制推平作业。此外，现有方法对松铺厚度和平整度的测量成果记录仍停留在纸笔记录的阶段，难以实现数据的统一归档管理和综合分析。
针对传统路基施工过程中松铺厚度、平整度监测方法存在的问题，相关学者和厂商先后提出和开发了新的控制方法和装置。申请日为2018年03月14日，公告号为CN208152117 U的中国发明专利[3]，公开了一种用于中大型自动找平履带推土机的液压系统，该系统使铲刀升降调整液压系统与铲刀自动找平液压系统并联连接，大大地提高了平地作业效率，使平地作业质量得到保证。申请日为2018年11月09日，公告号为CN 109208666 A的中国发明专利[4]，公开了一种激光控制平整推土机的控制系统及控制方法，该系统通过实时采集工作参数，进行分析计算显示当前铲刀的工作状态，方便操作者准确调整铲刀参数，提高作业效率，降低劳动强度，防止误操作，提高工作效率及精度。文献[5]提出了一种基于GNSS(全球导航卫星系统Global Navigation Satellite System)天线与倾角传感器的推土机传感器系统，用于估计推土机刀片刃口位置，以帮助推土机操作员在找平作业中引导推土机刀片刃口精确定位。申请日为2017年07月07日，公告号为CN 107514022 A的中国发明专利公开了一种推土机引导系统[6]，该系统采用全球卫星定位监测技术与控制软件相结合，精确测量该推土机的位置和铲刀的姿态，实时对推土机位置与铲刀姿态进行三维显示，以数字和指示灯相结合的方式引导操作手快速平整作业，提高推平了精度。上述装置、系统虽然做到了引导操作手快速平整作业、提高了平地作业效率、平地作业质量得到保证，但却难以对带有坡度的斜面进行平整度与松铺厚度的实时监控(当路面设有横坡、纵坡时为斜面推土作业)。此外上述专利中即使有车载端对路基推平作出引导，但现场施工中的松铺厚度、平整度等数据信息无法得知，因此现场施工管理人员与监理人员等无法得知现场实际施工情况，无法针对施工过程中出现的问题做出快速调整，无法对整个施工过程实现有效的数字化监控管理。
为解决当前手段人为因素干扰大、数字化水平低并且难以适应倾斜路基施工的不足，有必要提出一种基于网络环境，集松铺厚度测量和平整度测量于一体的倾斜路基远程实时监控方法，以解决当前的水平推平监控手段无法对带有坡度的斜面进行监控的问题，并实现司机—施工管理人员—监理—业主一体化的实时监控模式和监控数据归档管理，进而推进实现施工过程信息的数字化管理和提高公路路基填筑的施工质量。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准.《公路路基施工技术规范》，JTG F10-2006[S].北京:人民交通出版社，2006
[2]龙科.公路路基施工控制技术在施工中的应用研究[J].建材与装饰,2018(28):240-241.
[3]韦春程，雷俊朝等.一种用于中大型自动找平履带推土机的液压系统[P].中国，实用新型专利，201820343681.5，2018
[4]曹薇，邵忠良等.一种激光控制平整推土机的控制系统及控制方法[P].中国.发明专利，201811333771.7，2018
[5]S.-H.Kim，Y.-S.Lee.Development of bulldozer sensor system forestimating the position of blade cutting edge[J].Automation in Construction,2019，106
[6]毛凌.一种推土机引导系统[P].中国，发明专利，201710552959.X，2017
发明内容
为克服现有技术的不足，针对填方路基的施工过程的特点，本发明旨在提出一种适用于斜坡路基填筑的松铺厚度和平整度实时远程协同监控方法。为此，本发明采取的技术方案是，适用于倾斜路基的土方推平作业远程协同监控系统，包括GNSS基站、智能引导推平装置、数据库与应用服务器、监控客户端、报警接受端等五部分，数据库与应用服务器包含数据库模块、分析判断模块、信息反馈模块、全球移动通信系统GSM(Global System forMobileCommunications)通讯模块；
GNSS基站是整个系统的“位置标准”，推土机上的GNSS定位模组，会根据基准站的天线信号进行实时差分修正定位；
智能引导推平装置包括推土机平台、GNSS定位模组、双轴倾角传感器、数据传输模块和车载显示屏等五部分；GNSS定位模组由两个分别安装于推土机铲刀两侧的GNSS天线构成，用于追踪铲刀实时位置和运作形态，双轴倾角传感器安装于推土铲背部偏上方位置，其采集的铲刀倾角信息结合GNSS位置信息可辅助解算铲刀三维姿态，数据传输模块通过施工现场的GSM、3G(The 3rd Generation mobile communication technology)或4G(The 4thGeneration mobile communication technology)通讯网络，向数据库与应用服务器实时回传所获取的推平过程监控基础信息即GNSS定位信息以及倾角信息，并从服务器接收经过一些列分析解算得到的推土铲三维姿态、当前松铺厚度、异常报警信息、当前推土铲高程与设计高程的偏差值信息，用以来反馈指导司机摊铺推平作业；
数据库与应用服务器包括四个模块：数据库模块、分析判断模块、信息反馈模块、GSM通讯模块。
数据库模块用于接收并存储从智能引导推平装置和监控客户端传来的原始基础数据和分析判断模块产生的衍生数据，具体包括以下三方面：(1)智能引导推平装置发送来的推土机位置信息、GNSS定位数据和铲刀倾角数据等推平过程监控基础信息；(2)由用户通过监控客户端定义、输入和上传的前施工公路数字图像、工作面信息、报警手机号码、松铺厚度控制标准、平整度控制标准；(3)经过分析判断模块对基础信息处理后产生的衍生信息，包括铲刃高程散点信息、铲刀姿态、松铺厚度及平整度信息以及报警信息；
分析判断模块对实时接收的推平过程监控基础信息进行动态处理分析，比对预定的监控标准，进而对松铺厚度和平整度异常做出判断，其数据分析任务包括工作面网格划分、铲刃三维姿态解算、松铺厚度计算及异常评判和平整度评价及异常判断；
信息反馈模块收到报警激活信号后，用于发出报警信息。
监控客户端主要用于系统日常运行监控以及上传初始的施工公路数字图形资料、工作面信息、报警手机号码、监控标准等静态基础信息；除此之外，监控客户端还实时从数据库及应用服务器读取现场松铺、推平施工信息。
报警接收端既可以个人的智能移动电话，也可以是专门配置的工业级掌上电脑(Personal Digital Assistant，PDA)。相关人员通过报警接收端以短信的形式接收报警信息，然后对监控不合格的区域进行远程指导，进行二次施工，真正实现施工—监控—管理一体化。
适用于倾斜路基的土方推平作业远程协同监控方法，借助于前述系统实现，具体步骤如下：
(1)登录监控客户端；
登录开发的监控客户端，并对用户权限进行验证，用户权限包括浏览、操作与管理；
(2)开设新的施工工作面；
在监控客户端中打开当前施工公路的数字图形，直接调取数据库中提取当前需要推土作业的工作面文件；此外还可以在数字图形上划定当前施工工作面，并设定该施工工作面的工程类型、分项工程、层号；
(3)设定路基填筑松铺厚度和平整度控制标准；
设定该施工工作面路基填筑松铺厚度的标准值以及容许误差，以及平整度的设计控制面、容许合格率；
(4)监控客户端对路基填筑施工过程进行远程实时监控；
设置在施工现场或营地的监控客户端通过Internet网络，远程、实时地读取数据库及应用服务器中由推土机上传感器采集的基础数据，并根据传回的基础数据，实时绘制在前路基平整质量云图，同时可在平整质量云图中点击不同位置实时显示该点处的松铺厚度信息，对路基填筑施工过程中的松铺厚度和平整度进行远程实时监控；
(5)智能引导推平装置基础信息采集和实时发送；
所述的推平装置基础信息采集和实时发送的实现方法是：通过推土机上安装的GNSS天线与倾角传感器等装置获取路基填筑推平过程中的推土机高程散点信息、推土机位置信息、推土铲姿态等基础信息，并通过GSM、3G或4G通讯方式，将上述信息经推土机车载系统、实时地发送到数据库及应用服务器数据库模块中；
(6)数据库及应用服务器接收数据处理及存储；
数据库及应用服务器实时接收公路路基填筑过程中推土机车载系统发送来的推土机位置信息、推土机高程散点信息、推土铲姿态信息、施工开闭时间信息，并将上述数据存储到数据库及应用服务器的数据库模块中；
(7)工作面网格化处理；
综合考虑工作面大小以及推土机大小确定网格大小，网格大小确定后，通过设置系统初始参数值，对工作面网格进行设定；
(8)铲刀三维姿态解算；
(9)松铺厚度计算及异常评判；
数据库及应用服务器的分析判断模块将当前推土机所在单元格高程与此位置上一层面相同位置高程之差得到松铺厚度后与预先设定的控制标准作对比，判断当前松铺厚度是否符合控制标准，若不符合控制标准，该模块向数据库及应用服务器的信息反馈模块发送报警激活信号；
(10)平整度评价及异常判断；
数据库及应用服务器的分析判断模块将当前采集的推土机位置信息、推土机高程散点信息拟合成平整质量云图，根据平整质量云图，与预先设定的控制标准对比，判断当前平整度是否符合控制标准，若不符合控制标准，该模块向数据库及应用服务器的信息反馈模块发送报警激活信号；
(11)松铺厚度和平整度不达标时发出报警信息；
信息反馈模块接收到报警激活信号后，通过Internet网络向监控客户端发出报警信息；同时，通过数据库及应用服务器的GSM通讯模块向报警接收端发送报警信息；
(12)现场做出相应控制措施；
当现场施工人员接收到不达标报警信息后，相应调整推土铲姿态，后方监控客户端人员会对施工补救过程进行实时监控，并与现场施工人员保持通讯，直至施工松铺厚度、平整度达到设定标准要求；
(13)关闭完工的施工工作面，输出监控结果；
当前施工层面推平工作完成后，通过监控客户端关闭当前监控过程，输出监控结果，包括绘制的松铺厚度图和平整质量云图、松铺厚度统计图表、平整质量统计图表及报警信息汇总表，作为工作面验收的辅助材料和依据；
(14)存储当前施工工作面监控结果，供后续查询。
铲刀三维姿态解算具体步骤如下：
所需设备：GNSS接收器2个、双轴倾角传感器1个。
G1、G2点为GNSS接收点，K1、K2为支撑杆安装位置，A’点为推土铲刃上一点，满足条件面A′K′G′与铲刃线A′B′垂直，G′、K′为G1、K1沿线B′A′方向平移G1G′长度或者K1K′长度得到的点，B′为铲刃右端点、C点为推土铲的旋转轴；
在绝对坐标系XYZ内，已知支撑杆长度K1G1＝L、A′K′＝L1、K1K2＝L3、K1K′＝L4；通过GNSS得到G1点坐标G1(x1,y1,z1)，通过支撑杆上倾角传感器得到推土铲与z轴夹角为γ1，规定逆时针为正、顺时针为负；
根据GNSS得到G1点坐标G1(x1,y1,z1)、G2点坐标G2(x2,y2,z2)以及K1、K2间的距离L3可得到推土机左右倾斜工作时的倾斜角Δ(同路面倾斜角)为
则在绝对坐标系XOY平面内，G1 G2连线投影与x轴夹角为
与y轴夹角为
通过G1、G2点坐标计算得到；
则推土铲上控制点K1(xk1,yk1,zk1)坐标得到：
yk1＝y1+L sinγ1cosθ1
zk1＝z1-L cosγ1
得到G1(x1,y1,z1)、K1(xk,yk,zk)坐标后，由控制点K1到推土铲边K′的距离L4推出K′(x′k,y′k,z′k)的坐标：
x′K＝xK+L4 cosΔcosθ1
z′K＝zK-L4 sinΔ
由于A′、K′都为推土铲上两个固定点，其几何关系可提前测量得出，线A′K′与线K′G′夹角ζ，则A′K′与Z轴夹角γ′1＝180-(ζ-γ1)。则A′(x′a,y′a,z′a)坐标可得：
Y′a＝y′k1+L1 sinγ′1cosθ1
Z′a＝z′k1-L1 cosγ′1
同理可得到推土铲刃上另一个点B′坐标，通过A′、B′两点坐标就可以确定推土铲刃的三维姿态，在摊铺推平作业结束后，可以获取作业过程中任意时刻的A′、B′两点坐标，进而得到推土铲刃高程散点轨迹，最后拟合得到平整质量云图即实际推平作业面。
本发明的特点及有益效果是：
(1)实现了斜面路基的松铺厚度和平整度监控，解决了现有水平推平监控方式难以用于带有坡度(横坡、纵坡)的路基路段进行推平监控的问题。
(2)本发明既可反馈引导推土机操作手动态调整铲刀作业姿态，又可对推平作业进行实时远程监控，让施工单位、监理与业主等多方人员在线了解现场施工质量，实现了司机—施工管理人员—监理—业主一体化的实时监控模式，为增强项目参与多方协调、施工快速响应调整和提高施工效率提供了先进的技术手段。
(3)本发明将推平作业中的监控数据归档存储，实现了施工过程信息的数字化管理，对提高公路路基填筑的施工质量以及推进工程精细化管理有重要意义。
附图说明：
图1是本发明的系统构成图；
图2是智能引导推平装置构成图；
图3是本发明的具体实施步骤图；
图4是推土机铲刀上特征点示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是，针对路基土方填筑的特点，提出一种适用于公路斜坡路基填筑的，集快捷、实时、远程、引导和协同等特点与一体的松铺厚度和平整度监控方法，以实现路基土石方推平过程的实时监控、异常分析、反馈控制和数据归档。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，一种适用于斜坡的填方推平作业远程协同监控方法，其实现依托于斜路基填方推平作业远程实时监控系统。该系统主要由GNSS基站、智能引导推平装置、数据库与应用服务器(包含数据库模块、分析判断模块、信息反馈模块、GSM通讯模块)、监控客户端、报警接受端等五部分组成。系统构成如图1所示。
(一)GNSS基站
GNSS基站是整个系统的“位置标准”。GNSS基站由于没有位移或者变形，那么基站天线就会进行静态测量，测量得到的坐标信号会变得非常稳定，然后推土机上的GNSS流动站，会根据基准站的天线信号进行实时差分修正定位。
(二)智能引导推平装置
智能引导推平装置由推土机平台、GNSS定位模组、双轴倾角传感器、数据传输模块和车载显示屏等五部分构成(如图2所示)。
推土机平台是智能引导推平装置的主要组成部分，其功能主要为进行推土作业以及为其他模块提供安装所需的空间位置。GNSS定位模组由两个分别安装于推土机铲刀两侧的GNSS天线构成，其主要用于追踪铲刀实时位置和运作形态。通过与GNSS基站进行实时差分解算，GNSS天线的定位精度可达厘米级别。双轴倾角传感器安装于推土铲背部偏上方位置，其采集的铲刀倾角信息结合GNSS位置信息可辅助解算铲刀三维姿态。数据传输模块通过施工现场的GSM、3G或4G通讯网络，向数据库与应用服务器实时回传所获取的推平过程监控基础信息(GNSS定位信息以及倾角信息)，并从服务器接收一系列经过分析解算得到的推土铲三维姿态、当前松铺厚度、异常报警信息、当前推土铲高程与设计高程的偏差值等信息。车载显示屏实时显示推土铲姿态、位置、高程、高程的偏差值，用以来反馈指导司机摊铺推平作业。
(三)数据库与应用服务器
数据库与应用服务器包括四个模块：数据库模块、分析判断模块、信息反馈模块、GSM通讯模块。
数据库模块主要功能是接收并存储从智能引导推平装置和监控客户端传来的原始基础数据和分析判断模块产生的衍生数据，具体包括以下三方面：(1)智能引导推平装置发送来的推土机位置(桩号)信息、GNSS定位数据和铲刀倾角数据等推平过程监控基础信息、；(2)由用户通过监控客户端定义、输入和上传的前施工公路数字图像、工作面信息、报警手机号码、松铺厚度控制标准、平整度控制标准等静态的基础信息；(3)经过分析判断模块对基础信息处理后产生的衍生信息，如铲刃高程散点信息、铲刀姿态、松铺厚度及平整度信息以及报警信息等。
分析判断模块对实时接收的推平过程监控基础信息进行动态处理分析，比对预定的监控标准，进而对松铺厚度和平整度异常做出判断，其数据分析任务包括工作面网格划分、铲刃三维姿态解算、松铺厚度计算及异常评判和平整度评价及异常判断等。
信息反馈模块收到报警激活信号后，通过Internet网络向监控客户端发出报警信息，后台监控人员可通过对讲机、手机等方式远程指挥前方施工人员，对不合格区域进行补救施工，真正实现施工—监控—管理一体化。松铺厚度报警信息包含该不合格处的层号、桩号区间、高程及对应的松铺厚度值，以及控制标准值等。
GSM通讯模块将报警信息发送至报警接收端，使相关工程监管人员可以在任何时间、任何位置接收到现场推平施工的异常信息。
(四)监控客户端
监控客户端主要用于系统日常运行监控以及上传初始的施工公路数字图形资料、工作面信息、报警手机号码、监控标准等静态基础信息；除此之外，监控客户端还实时从数据库及应用服务器读取现场松铺、推平施工信息，如：当前施工层面、施工桩号区间、当前推平厚度值、推土机高程等。对于施工结束的工作面，监控客户端可对其施工结果(松铺厚度图、松铺厚度统计图表(包含均值、方差、最大最小值)、平整质量云图、平整质量统计图表(包含高程均值、方差、最大最小值)进行查询。
(五)报警接收端
报警接收端既可以个人的智能移动电话，也可以是专门配置的工业级掌上电脑(Personal Digital Assistant，PDA)。相关人员通过报警接收端以短信的形式接收报警信息，然后对监控不合格的区域进行远程指导，进行二次施工，真正实现施工—监控—管理一体化。
基于上述斜路基填方推平作业远程实时监控系统，提出了一种适用于斜坡的填方推平作业远程协同监控方法，包括以下步骤，实施过程如图3所示：
(1)登录监控客户端；
登录开发的监控客户端，并对用户权限进行验证，用户权限包括浏览、操作与管理。
(2)开设新的施工工作面；
在监控客户端中打开当前施工公路的数字图形，直接调取数据库中提取当前需要推土作业的工作面文件(含边界坐标数据等)。此外还可以在数字图形上划定当前施工工作面，并设定该施工工作面的工程类型、分项工程、层号。
(3)设定路基填筑松铺厚度和平整度控制标准；
设定该施工工作面路基填筑松铺厚度的标准值以及容许误差，以及平整度的设计控制面、容许合格率。
(4)监控客户端对路基填筑施工过程进行远程实时监控；
设置在施工现场或营地的监控客户端通过Internet网络，远程、实时地读取数据库及应用服务器中由推土机上传感器采集的基础数据，并根据传回的基础数据，实时绘制在前路基平整质量云图，同时可在平整质量云图中点击不同位置实时显示该点处的松铺厚度信息，对路基填筑施工过程中的松铺厚度和平整度进行远程实时监控。
(5)智能引导推平装置基础信息采集和实时发送；
所述的推平装置基础信息采集和实时发送的实现方法是：通过推土机上安装的GNSS天线与倾角传感器等装置获取路基填筑推平过程中的推土机高程散点信息、推土机位置信息、推土铲姿态等基础信息，并通过GSM、3G或4G通讯方式，将上述信息经推土机车载系统、实时地发送到数据库及应用服务器数据库模块中。
(6)数据库及应用服务器接收数据处理及存储；
数据库及应用服务器实时接收公路路基填筑过程中推土机车载系统发送来的推土机位置(桩号)信息、推土机高程散点信息、推土铲姿态信息、施工开闭时间信息，并将上述数据存储到数据库及应用服务器的数据库模块中。
(7)工作面网格化处理；
针对斜面路基各个位置高程不一致，难以采用统一的一个高程数值进行厚度和平整度控制，因此有必要将工作面划分为足够精细的网格，以网格为基本单位进行厚度控制和平整度评价。综合考虑工作面大小以及推土机大小确定网格大小，网格大小确定后，通过设置系统初始参数值，对工作面网格进行设定。
(8)铲刀三维姿态解算；
所需设备：GNSS接收器2个、双轴倾角传感器1个。
附图4为推土铲上特征点示意图，G1、G2点为GNSS接收点，K1、K2为支撑杆安装位置，A’点为推土铲刃上一点(满足条件面A′K′G′与铲刃线A′B′垂直)。G′、K′为G1、K1沿线B′A′方向平移G1G′长度或者K1K′长度得到的点，B′为铲刃右端点、C点为推土铲的旋转轴。
如附图4所示，在绝对坐标系XYZ内，已知支撑杆长度K1G1＝L、A′K′＝L1、K1K2＝L3、K1K′＝L4；通过GNSS得到G1点坐标G1(x1,y1,z1)，通过支撑杆上倾角传感器可以得到推土铲与z轴夹角为γ1，规定逆时针为正、顺时针为负。
根据GNSS得到G1点坐标G1(x1,y1,z1)、G2点坐标G2(x2,y2,z2)以及K1、K2间的距离L3可得到推土机左右倾斜工作时的倾斜角Δ(同路面倾斜角)为
则在绝对坐标系XOY平面内，G1 G2连线投影与x轴夹角为
与y轴夹角为
可通过G1、G2点坐标计算得到。
则推土铲上控制点K1(xk1,yk1,zk1)坐标可得：
yk1＝y1+L sinγ1cosθ1
zk1＝z1-L cosγ1
得到G1(x1,y1,z1)、K1(xk,yk,zk)坐标后，可由控制点K1到推土铲边K′的距离L4推出K′(x′k,y′k,z′k)的坐标：
x′K＝xK+L4 cosΔcosθ1
z′K＝zK-L4 sinΔ
由于A′、K′都为推土铲上两个固定点，其几何关系可提前测量得出，线A′K′与线K′G′夹角ζ，则A′K′与Z轴夹角γ′1＝180-(ζ-γ1)。则A′(x′a,y′a,z′a)坐标可得：
Y′a＝y′k1+L1 sinγ′1cosθ1
Z′a＝z′k1-L1 cosγ′1
同理可得到推土铲刃上另一个点B′坐标，通过A′、B′两点坐标就可以确定推土铲刃的三维姿态。在摊铺推平作业结束后，可以获取作业过程中任意时刻的A′、B′两点坐标，进而得到推土铲刃高程散点轨迹，最后拟合得到平整质量云图即实际推平作业面。
(9)松铺厚度计算及异常评判；
数据库及应用服务器的分析判断模块将当前推土机所在单元格高程与此位置上一层面相同位置高程之差得到松铺厚度后与预先设定的控制标准作对比，判断当前松铺厚度是否符合控制标准。若不符合控制标准，该模块向数据库及应用服务器的信息反馈模块发送报警激活信号。
(10)平整度评价及异常判断；
数据库及应用服务器的分析判断模块将当前采集的推土机位置(桩号)信息、推土机高程散点信息拟合成平整质量云图，根据平整质量云图，与预先设定的控制标准对比，判断当前平整度是否符合控制标准。若不符合控制标准，该模块向数据库及应用服务器的信息反馈模块发送报警激活信号。
(11)松铺厚度和平整度不达标时发出报警信息；
信息反馈模块接收到报警激活信号后，通过Internet网络向监控客户端发出报警信息；同时，通过数据库及应用服务器的GSM通讯模块向报警接收端发送报警信息。
(12)现场做出相应控制措施；
当现场施工人员接收到不达标报警信息后，相应调整推土铲姿态，后方监控客户端人员会对施工补救过程进行实时监控，并与现场施工人员保持通讯，直至施工松铺厚度、平整度达到设定标准要求。
(13)关闭完工的施工工作面，输出监控结果；
当前施工层面推平工作完成后，通过监控客户端关闭当前监控过程，输出监控结果，包括绘制的松铺厚度图和平整质量云图、松铺厚度统计图表(均值、方差、最大最小值)、平整质量统计图表(高程均值、方差、最大最小值)及报警信息汇总表等，作为工作面验收的辅助材料和依据。
(14)存储当前施工工作面监控结果，供后续查询。
通过Internet网络，监控客户端将上述监控结果存储于数据库及应用服务器的数据库模块中。然后，可通过监控客户端，根据施工工作面的编号或开仓时间，查询对应工作面的监控结果。
下面结合本发明的具体实施步骤图对适用于倾斜路基的土方推平作业和松铺厚度远程协同监控方法做出详细说明。
本发明提供了一种能够实现适用于倾斜路基的土方推平作业和松铺厚度远程协同监控方法，系统包括GNSS基站、智能引导推平装置、数据库与应用服务器(包含数据库模块、分析判断模块、信息反馈模块、GSM通讯模块)、监控客户端、报警接收端五个部分。
(一)GNSS基站
GNSS基站是整个系统的“位置标准”。
GNSS基站由于没有位移或者变形，基站天线就会进行静态测量，测量得到的坐标信号就会变得非常稳定，然后推土机上的GNSS流动站，会根据基准站的天线信号进行实时差分修正定位。定位精度达到厘米级，具体为平面精度一般小于2cm，高程精度一般小于4cm，即可满足路基推平施工作业量测高精度的要求。本发明中GNSS基站采用北斗、GPS和GLONASS三星七频定位装置，如UniStrong的GA810。
(二)智能引导推平装置
智能引导推平装置由推土机平台、GNSS定位模组、双轴倾角传感器、数据传输模块和车载显示屏等五部分构成(如图2所示)。
智能引导推平装置各设备安装数量及位置(如图2所示)如下：推土机1台，型号为CATD7R；GNSS天线2个，型号为TDXL-ET9l01 GNSS Antenna，2个安装在推土铲上用于推导推土铲铲尖高程(具体算法见段后)；双轴倾角传感器1个，型号为SW-TS-ITVL01，安装在推土铲上用于监测推土铲倾角；数据传输模块1套，型号为SW-MC-2T000GA，安装于驾驶室内；车载显示屏1台，型号为SW-NAV-2T000NT，安装于驾驶室内。智能引导推平装置开始工作时，GNSS会根据基准站的天线信号进行实时差分定位，并且将位置信息通过GSM、3G或4G通讯的方式发送到数据库及应用服务器。推土机安装的车载显示屏会实时显示推土铲姿态、位置、高程、推土机当前高程与设计高程的偏差值，来帮助司机更加方便的进行推土作业。
(三)数据库及应用服务器
数据库及应用服务器包括四个模块：数据库模块、分析判断模块、信息反馈模块、GSM通讯模块。数据库模块主要接收并存储由智能手簿的数据发送模块所传输的碾压工作面文件、采样点松铺高程以及推土机车载系统发送来的推土机位置(桩号)信息、推土机高程散点信息、推土铲姿态信息、施工开闭时间信息等基础信息，以供后续现场分控站客户端及数据库其他模块应用。本发明中采用数据库管理软件采用Microsoft SQL Server2012Enterprise，
能够提供可靠、安全的数据处理业务，智能手簿通过3G/4G网络向该指定IP地址发送数据，并将接收的数据存储在数据库中，推土监控系统可以直接调用数据库中边界数据，进行开仓工作。
(四)监控客户端
监控客户端主要分为总控中心客户端与现场分控站，均配置有高性能的电脑，用于相关工作人员使用。总控中心一般设置在业主营地，可以实时远程监控现场施工情况；现场分控站一般设置在现场施工作业面附近，并常驻工作人员，以方便现场信息传递和反馈。分控站工作人员利用现场分控站客户端的推土监控系统，从数据库及应用服务器中提取当前需要推土作业的工作面文件(含边界坐标数据等)，建立监控工作面；同时，派遣安装有GNSS天线的推土机，并实时采集推土机行进坐标及高程等，从而对该工作面进行推土监控。此外，当工作面推土作业完成后，工作人员可以利用现场分控站监控客户端的，通过数据库和应用服务器查询该工作面的松铺厚度质量图与平整质量云图，可查看验收工作面的施工质量。
(五)报警接收端
报警接收端既可以个人的智能移动电话，也可以是专门配置的工业级掌上电脑(PersonalDigital Assistant，PDA)。相关人员通过报警接收端以短信的形式接收报警信息，然后对监控不合格的区域进行远程指导，进行二次施工，真正实现施工—监控—管理一体化。
该系统具体实施步骤如下：
(1)登录监控客户端
登录开发的监控客户端，并对用户权限进行验证，用户权限包括浏览、操作与管理。浏览用户可实现可视化远程实时监控、查询以及接受报警信息等功能，施工单位一般为该级别权限用户；操作用户在拥有浏览用户权限的基础上可进行开设新的施工工作面、关闭已完工的施工工作面以及设定控制标准等功能，监理单位一般为该级别权限用户；管理用户除了具有上述两类用户的权限除外，负责对其他用户的权限进行管理，业主相关管理部门及系统维护人员一般为该级别的权限用户。
(2)开设新的施工工作面
在监控客户端中打开当前施工公路的数字图形，直接调取数据库中当前需要推土作业的工作面文件(含边界坐标数据等)，该文件可以“工程类型-分项工程-层号”的形式命名，如LJ-K10+090～K10+650-1.dat。“LJ”表示路基工程，“K10+090～K10+650”表示分项工程，“1”表示该分项工程的第一个层面号。此外还可以在数字图形上划定当前施工工作面，并设定该施工工作面的工程类型、分项工程、层号。设定当前工作面所对应的报警手机的号码(可以多个)，当发生摊铺厚度超标时，所设定的手机将会接收到报警信息。然后，将上述信息通过Internet网络存储到数据库及应用服务器的数据库模块中。
(3)设定路基填筑松铺厚度和平整度控制标准
设定该施工工作面路基填筑松铺厚度的标准值以及容许误差，以及平整度的设计控制面、容许合格率。然后，将上述信息通过Internet网络存储到数据库及应用服务器的数据库模块中，以便后续分析判断模块调用对应的监控标准。如将工作面LJ-K10+090～K10+650-1的监控标准设为：平整度容许误差为±5cm，设计合格率为90％，松铺厚度标准值为40cm，容许误差为±5cm。设定好监控标准及容许误差后，对安装有GNSS的推土机进行派遣，派遣到新开启的施工工作面LJ-K10+090～K10+650-1。
(4)监控客户端对路基填筑施工过程进行远程实时监控
设置在施工现场或营地的监控客户端通过Internet网络，远程、实时地读取数据库及应用服务器中由推土机上传感器采集的基础数据，并根据传回的基础数据，实时绘制当前路基平整质量云图，同时可在平整质量云图中点击不同位置实时显示该点处的松铺厚度信息，对路基填筑施工过程中的松铺厚度和平整度进行远程实时监控。
当监控客户端接收到信息反馈模块发送的报警信息后，在该客户端的用户界面上以弹出对话框的形式醒目显示，用以提醒监控人员作出及时反馈控制措施，通知前方施工人员，对不合格的区域进行施工补救。
(5)智能引导推平装置基础信息采集和实时发送
所述的推平装置基础信息采集和实时发送的实现方法是：通过推土机上安装的GNSS天线与倾角传感器等装置，获取路基填筑推平过程中的推土机高程散点信息、推土机位置信息、推土铲姿态等基础信息，并通过GSM、3G或4G通讯方式，将上述信息经推土机车载系统、实时地发送到数据库及应用服务器数据库模块中。
(6)数据库及应用服务器接收数据处理及存储
数据库及应用服务器实时接收公路路基填筑过程中推土机车载系统发送来的推土机位置(桩号)信息、推土机高程散点信息、推土铲姿态信息、施工开闭时间信息，并将上述数据存储到数据库及应用服务器的数据库模块中。服务器再对基础数据进行处理，首先通过服务器将工作面划分成一定大小的单元格，用于松铺厚度及平整度监控；其次将推土机采集的高程散点信息拟合成平整质量云图，便于分析判断模块中调用。
(7)工作面网格化处理
针对斜面路基各个位置高程不一致，难以采用统一的一个高程数值进行厚度和平整度控制，因此有必要将工作面划分为足够精细的网格，以网格为基本单位进行厚度控制和平整度评价。综合考虑工作面大小以及推土机大小确定网格大小，网格大小确定后，通过设置系统初始参数值对工作面网格进行设定。网格大小不宜过大，过大可能导致工作面部分区域数据真实性不高；网格偏小，可提高工作面测量精度，但不宜过小，过小则会造成计算内容增多，计算机符合加重；此外，在工程施工中，不需要太过于精细的求解，因此没有必要将网格设置过小。综上考虑，将工作面LJ-K10+090～K10+650-1网格大小设置为1m×1m。
(8)铲刀三维姿态解算
所需设备：GNSS接收器2个、双轴倾角传感器1个。
附图4为推土铲上特征点示意图，G1、G2点为GNSS接收点，K1、K2为支撑杆安装位置，A’点为推土铲刃上一点(满足条件面A′K′G′与铲刃线A′B′垂直)。G′、K′为G1、K1沿线B′A′方向平移G1G′长度或者K1K′长度得到的点，B′为铲刃右端点、C点为推土铲的旋转轴。
如附图4所示，在绝对坐标系XYZ内，已知支撑杆长度K1G1＝L、A′K′＝L1、K1K2＝L3、K1K′＝L4；通过GNSS得到G1点坐标G1(x1,y1,z1)，通过支撑杆上倾角传感器可以得到推土铲与z轴夹角为γ1，规定逆时针为正、顺时针为负。
根据GNSS得到G1点坐标G1(x1,y1,z1)、G2点坐标G2(x2,y2,z2)以及K1、K2间的距离L3可得到推土机左右倾斜工作时的倾斜角Δ(同路面倾斜角)为
则在绝对坐标系XOY平面内，G1 G2连线投影与x轴夹角为
与y轴夹角为
可通过G1、G2点坐标计算得到。
则推土铲上控制点K1(xk1,yk1,zk1)坐标可得：
yk1＝y1+L sinγ1cosθ1
zk1＝z1-L cosγ1
得到G1(x1,y1,z1)、K1(xk,yk,zk)坐标后，可由控制点K1到推土铲边K′的距离L4推出K′(x′k,y′k,z′k)的坐标：
x′K＝xK+L4 cosΔcosθ1
z′K＝zK-L4 sinΔ
由于A′、K′都为推土铲上两个固定点，其几何关系可提前测量得出，线A′K′与线K′G′夹角ζ，则A′K′与Z轴夹角γ′1＝180-(ζ-γ1)。则A′(x′a,y′a,z′a)坐标可得：
Y′a＝y′k1+L1 sinγ′1cosθ1
Z′a＝z′k1-L1 cosγ′1
同理可得到推土铲刃上另一个点B′坐标，通过A′、B′两点坐标就可以确定推土铲刃的三维姿态。在摊铺推平作业结束后，可以获取作业过程中任意时刻的A′、B′两点坐标，进而得到推土铲刃高程散点轨迹，最后拟合得到平整质量云图即实际推平作业面。
(9)分析判断松铺厚度是否达标
数据库及应用服务器的分析判断模块将当前推土机所在单元格高程与此位置上一层面相同位置高程作差，得到松铺厚度后与预先设定的控制标准作对比，判断当前松铺厚度是否符合控制标准。若不符合控制标准，该模块向数据库及应用服务器的信息反馈模块发送报警激活信号。
例如：当前推土机所在单元格当前所在高程为Am；此单元格上一层高程为Bm；单元格设计高程为Cm；松铺厚度标准值为αm，松铺厚度容许误差为εm。则松铺厚度为|A-B|，当满足：
|A-B|≤(α±ε)m
认为此单元格松铺厚度合格。如工作面LJ-K10+090～K10+650-1，其松铺厚度标准值为40cm，容许误差为±5cm，则此单元格合格高程区间为40±5cm，若推土机所在单元格高程为20m，此单元格上一层高程19.6m，则松铺厚度为40cm，在松铺厚度合格区间内，认为施工合格，不发送警报，否则会向系统发送报警信息，提醒施工监控人员引起注意。
(10)分析判断平整度是否达标
数据库及应用服务器的分析判断模块将当前采集的推土机位置(桩号)信息、推土机高程散点信息拟合成平整质量云图，根据平整质量云图，与预先设定的控制标准(设计控制面)作对比，判断当前平整度是否符合控制标准。若不符合控制标准，该模块向数据库及应用服务器的信息反馈模块发送报警激活信号。
例如：当前推土机所在单元格当前所在高程为Am；单元格设计高程为Cm；平整度标准值为β(为一个表分数，如90％)，平整度容许误差为δm。
当满足：
|C-A|≤δm
认为此单元格平整度合格。当整个工作面完成推平作业后，平整度合格的单元格个数为D个，工作面总单元格数为E个，则当满足：
认为此工作面平整度合格。如工作面LJ-K10+090～K10+650-1，其平整度容许误差为±5cm，设计合格率为90％，如该单元格设计高程为20m(对于水平的工作面，单元格高程值为一个固定值，对于带坡度的斜面，每个单元格对应的设计高程可能不同)，则合格高程区间为20±0.05m，在此高程区间内认为此单元格合格。以此方式进行循环对比，直至整个工作面施工完成后，分析合格的单元格与工作面总单元格占比，如大于设计合格率90％，则认为此工作面施工合格。
(11)松铺厚度和平整度不达标时发出报警信息
信息反馈模块接收到报警激活信号后，通过Internet网络向监控客户端发出报警信息；同时，通过数据库及应用服务器的GSM通讯模块向报警接收端发送报警信息。该信息包含该不达处的层号号、桩号区间及对应的厚度值(松铺厚度)，以及控制标准值和不达标情况等。收到报警信息后，后台监控人员回通过对讲机、手机等方式远程通知前方施工人员，对不合格区域进行补救施工。
(12)现场做出相应控制措施
当现场施工人员接收到不达标报警信息后，相应调整推土铲姿态，后方监控客户端人员会对施工补救过程进行实时监控，并与现场施工人员保持通讯，直至施工松铺厚度、平整度达到设定标准要求。后台监控人员对现场施工人员进行实时的远程施工指导，作出更加高效、快捷地的反应，提高施工效率。
(13)关闭完工的施工工作面，输出监控结果
当前施工层面推平工作完成后，通过监控客户端关闭当前监控过程，输出监控结果，包括绘制的松铺厚度图和平整质量云图、松铺厚度统计图表(均值、方差、最大最小值)、平整质量统计图表(高程均值、方差、最大最小值)及报警信息汇总表等，作为工作面验收的辅助材料和依据。
(14)存储当前施工工作面监控结果，供后续查询
通过Internet网络，监控客户端将上述监控结果存储于数据库及应用服务器的数据库模块中。然后，可通过监控客户端，根据施工工作面的编号或开仓时间，查询对应工作面的监控结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种适用于倾斜路基的土方推平作业远程协同监控系统，其特征是，包括GNSS基站、智能引导推平装置、数据库与应用服务器、监控客户端、报警接受端等五部分，数据库与应用服务器包含数据库模块、分析判断模块、信息反馈模块、全球移动通信系统GSM(GlobalSystem for Mobile Communications)通讯模块；
GNSS基站是整个系统的“位置标准”，推土机上的GNSS定位模组，会根据基准站的天线信号进行实时差分修正定位；
智能引导推平装置包括推土机平台、GNSS定位模组、双轴倾角传感器、数据传输模块和车载显示屏等五部分；GNSS定位模组由两个分别安装于推土机铲刀两侧的GNSS天线构成，用于追踪铲刀实时位置和运作形态，双轴倾角传感器安装于推土铲背部偏上方位置，其采集的铲刀倾角信息结合GNSS位置信息可辅助解算铲刀三维姿态，数据传输模块通过施工现场的GSM、3G(The 3rd Generation mobile communication technology)或4G(The 4thGeneration mobile communication technology)通讯网络，向数据库与应用服务器实时回传所获取的推平过程监控基础信息即GNSS定位信息以及倾角信息，并从服务器接收经过一些列分析解算得到的推土铲三维姿态、当前松铺厚度、异常报警信息、当前推土铲高程与设计高程的偏差值信息，用以来反馈指导司机摊铺推平作业；
数据库与应用服务器包括四个模块：数据库模块、分析判断模块、信息反馈模块、GSM通讯模块；
数据库模块用于接收并存储从智能引导推平装置和监控客户端传来的原始基础数据和分析判断模块产生的衍生数据，具体包括以下三方面：(1)智能引导推平装置发送来的推土机位置信息、GNSS定位数据和铲刀倾角数据等推平过程监控基础信息；(2)由用户通过监控客户端定义、输入和上传的前施工公路数字图像、工作面信息、报警手机号码、松铺厚度控制标准、平整度控制标准；(3)经过分析判断模块对基础信息处理后产生的衍生信息，包括铲刃高程散点信息、铲刀姿态、松铺厚度及平整度信息以及报警信息；
分析判断模块对实时接收的推平过程监控基础信息进行动态处理分析，比对预定的监控标准，进而对松铺厚度和平整度异常做出判断，其数据分析任务包括工作面网格划分、铲刃三维姿态解算、松铺厚度计算及异常评判和平整度评价及异常判断；
信息反馈模块收到报警激活信号后，用于发出报警信息。
2.如权利要求1所述的适用于倾斜路基的土方推平作业远程协同监控系统，其特征是，监控客户端主要用于系统日常运行监控以及上传初始的施工公路数字图形资料、工作面信息、报警手机号码、监控标准等静态基础信息；除此之外，监控客户端还实时从数据库及应用服务器读取现场松铺、推平施工信息。
3.如权利要求1所述的适用于倾斜路基的土方推平作业远程协同监控系统，其特征是，报警接收端既可以是个人的智能移动电话，也可以是专门配置的工业级掌上电脑PDA(Personal Digital Assistant)，相关人员通过报警接收端以短信的形式接收报警信息，然后对监控不合格的区域进行远程指导，进行二次施工，真正实现施工—监控—管理一体化。
4.一种适用于倾斜路基的土方推平作业远程协同监控方法，其特征是，借助于权利要求1所述系统实现，具体步骤如下：
(1)登录监控客户端；
登录开发的监控客户端，并对用户权限进行验证，用户权限包括浏览、操作与管理；
(2)开设新的施工工作面；
在监控客户端中打开当前施工公路的数字图形，直接调取数据库中提取当前需要推土作业的工作面文件；此外还可以在数字图形上划定当前施工工作面，并设定该施工工作面的工程类型、分项工程、层号；
(3)设定路基填筑松铺厚度和平整度控制标准；
设定该施工工作面路基填筑松铺厚度的标准值以及容许误差，以及平整度的设计控制面、容许合格率；
(4)监控客户端对路基填筑施工过程进行远程实时监控；
设置在施工现场或营地的监控客户端通过Internet网络，远程、实时地读取数据库及应用服务器中由推土机上传感器采集的基础数据，并根据传回的基础数据，实时绘制在前路基平整质量云图，同时可在平整质量云图中点击不同位置实时显示该点处的松铺厚度信息，对路基填筑施工过程中的松铺厚度和平整度进行远程实时监控；
(5)智能引导推平装置基础信息采集和实时发送；
所述的推平装置基础信息采集和实时发送的实现方法是：通过推土机上安装的GNSS天线与倾角传感器等装置获取路基填筑推平过程中的推土机高程散点信息、推土机位置信息、推土铲姿态等基础信息，并通过GSM、3G或4G通讯方式，将上述信息经推土机车载系统、实时地发送到数据库及应用服务器数据库模块中；
(6)数据库及应用服务器接收数据处理及存储；
数据库及应用服务器实时接收公路路基填筑过程中推土机车载系统发送来的推土机位置信息、推土机高程散点信息、推土铲姿态信息、施工开闭时间信息，并将上述数据存储到数据库及应用服务器的数据库模块中；
(7)工作面网格化处理；
综合考虑工作面大小以及推土机大小确定网格大小，网格大小确定后，通过设置系统初始参数值，对工作面网格进行设定；
(8)铲刀三维姿态解算；
(9)松铺厚度计算及异常评判；
数据库及应用服务器的分析判断模块将当前推土机所在单元格高程与此位置上一层面相同位置高程之差得到松铺厚度后与预先设定的控制标准作对比，判断当前松铺厚度是否符合控制标准，若不符合控制标准，该模块向数据库及应用服务器的信息反馈模块发送报警激活信号；
(10)平整度评价及异常判断；
数据库及应用服务器的分析判断模块将当前采集的推土机位置信息、推土机高程散点信息拟合成平整质量云图，根据平整质量云图，与预先设定的控制标准对比，判断当前平整度是否符合控制标准，若不符合控制标准，该模块向数据库及应用服务器的信息反馈模块发送报警激活信号；
(11)松铺厚度和平整度不达标时发出报警信息；
信息反馈模块接收到报警激活信号后，通过Internet网络向监控客户端发出报警信息；同时，通过数据库及应用服务器的GSM通讯模块向报警接收端发送报警信息；
(12)现场做出相应控制措施；
当现场施工人员接收到不达标报警信息后，相应调整推土铲姿态，后方监控客户端人员会对施工补救过程进行实时监控，并与现场施工人员保持通讯，直至施工松铺厚度、平整度达到设定标准要求；
(13)关闭完工的施工工作面，输出监控结果；
当前施工层面推平工作完成后，通过监控客户端关闭当前监控过程，输出监控结果，包括绘制的松铺厚度图和平整质量云图、松铺厚度统计图表、平整质量统计图表及报警信息汇总表，作为工作面验收的辅助材料和依据；
(14)存储当前施工工作面监控结果，供后续查询。
铲刀三维姿态解算具体步骤如下：
所需设备：GNSS接收器2个、双轴倾角传感器1个。
G1、G2点为GNSS接收点，K1、K2为支撑杆安装位置，A’点为推土铲刃上一点，满足条件面A′K′G′与铲刃线A′B′垂直，G′、K′为G1、K1沿线B′A′方向平移G1G′长度或者K1K′长度得到的点，B′为铲刃右端点、C点为推土铲的旋转轴；
在绝对坐标系XYZ内，已知支撑杆长度K1G1＝L、A′K′＝L1、K1K2＝L3、K1K′＝L4；通过GNSS得到G1点坐标G1(x1,y1,z1)，通过支撑杆上倾角传感器得到推土铲与z轴夹角为γ1，规定逆时针为正、顺时针为负；
根据GNSS得到G1点坐标G1(x1,y1,z1)、G2点坐标G2(x2,y2,z2)以及K1、K2间的距离L3可得到推土机左右倾斜工作时的倾斜角Δ(同路面倾斜角)为
则在绝对坐标系XOY平面内，G1G2连线投影与x轴夹角为
与y轴夹角为
通过G1、G2点坐标计算得到；
则推土铲上控制点K1(xk1,yk1,zk1)坐标得到：
yk1＝y1+L sinγ1 cosθ1
zk1＝z1-L cosγ1
得到G1(x1,y1,z1)、K1(xk,yk,zk)坐标后，由控制点K1到推土铲边K′的距离L4推出K′(x′k,y′k,z′k)的坐标：
x′K＝xK+L4 cosΔcosθ1
z′K＝zK-L4 sinΔ
由于A′、K′都为推土铲上两个固定点，其几何关系可提前测量得出，线A′K′与线K′G′夹角ζ，则A′K′与Z轴夹角γ′1＝180-(ζ-γ1)。则A′(x′a,y′a,z′a)坐标可得：
Y′a＝y′k1+L1 sinγ′1cosθ1
Z′a＝z′k1-L1 cosγ′1
同理可得到推土铲刃上另一个点B′坐标，通过A′、B′两点坐标就可以确定推土铲刃的三维姿态，在摊铺推平作业结束后，可以获取作业过程中任意时刻的A′、B′两点坐标，进而得到推土铲刃高程散点轨迹，最后拟合得到平整质量云图即实际推平作业面。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112376535A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-19 | 中建三局第二建设工程有限责任公司 | 一种高温沙漠腹地大面积场平固沙方法 |
| CN112434912A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-03-02 | 中建三局第二建设工程有限责任公司 | 一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法 |
| CN113031034A (zh) * | 2021-02-18 | 2021-06-25 | 农芯科技(广州)有限责任公司 | 一种适用于复杂目标曲面的平地方法及系统 |
| CN116067341A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-05-05 | 西安兴唐物联科技有限公司 | 一种基于可调梯度激光系统和rtk定位技术的3d摊铺控制装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103866673A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-06-18 | 天津大学 | 高等级公路路面摊铺厚度的实时监控方法及监控系统 |
| CN104746414A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-07-01 | 天津大学 | 沥青路面摊铺厚度和施工温度实时监控方法 |
| CN106856661A (zh) * | 2015-10-16 | 2017-06-16 | 株式会社小松制作所 | 作业车、铲斗装置和倾斜角度的取得方法 |
| CN108427343A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-08-21 | 天津大学 | 基于ar技术的压实作业施工质量智能监控系统及方法 |
| CN109444936A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-03-08 | 南京天辰礼达电子科技有限公司 | 一种利用gnss和倾角传感器确定斗尖坐标的方法 |
-
2020
- 2020-02-29 CN CN202010132483.6A patent/CN111399403B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103866673A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-06-18 | 天津大学 | 高等级公路路面摊铺厚度的实时监控方法及监控系统 |
| CN104746414A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-07-01 | 天津大学 | 沥青路面摊铺厚度和施工温度实时监控方法 |
| CN106856661A (zh) * | 2015-10-16 | 2017-06-16 | 株式会社小松制作所 | 作业车、铲斗装置和倾斜角度的取得方法 |
| CN108427343A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-08-21 | 天津大学 | 基于ar技术的压实作业施工质量智能监控系统及方法 |
| CN109444936A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-03-08 | 南京天辰礼达电子科技有限公司 | 一种利用gnss和倾角传感器确定斗尖坐标的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘东海等: ""基于路面高程自动测量的全断面平整度计算方法"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
| 刘东海等: ""基于路面高程自动测量的全断面平整度计算方法"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》, 30 November 2016 (2016-11-30) * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112376535A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-19 | 中建三局第二建设工程有限责任公司 | 一种高温沙漠腹地大面积场平固沙方法 |
| CN112434912A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-03-02 | 中建三局第二建设工程有限责任公司 | 一种基于机械自动化的沙漠地带场平固沙方法 |
| CN113031034A (zh) * | 2021-02-18 | 2021-06-25 | 农芯科技(广州)有限责任公司 | 一种适用于复杂目标曲面的平地方法及系统 |
| CN116067341A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-05-05 | 西安兴唐物联科技有限公司 | 一种基于可调梯度激光系统和rtk定位技术的3d摊铺控制装置 |
| CN116067341B (zh) * | 2023-03-29 | 2023-06-20 | 西安兴唐物联科技有限公司 | 一种基于可调梯度激光系统和rtk定位技术的3d摊铺控制装置 |
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