CN114945814A - 改造智能压实分析仪 - Google Patents

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CN114945814A CN202080089360.7A CN202080089360A CN114945814A CN 114945814 A CN114945814 A CN 114945814A CN 202080089360 A CN202080089360 A CN 202080089360A CN 114945814 A CN114945814 A CN 114945814A
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Abstract

用于实时提供对路面材料层的压实水平的估计的方法、装置和系统。在一些实施例中，RICA设备的改造智能压实分析仪(RICA)处理器从传感器模块接收振动能量数据，该数据对应于压路机的滚筒在一段路面上压实路面材料期间的冲击响应。RICA处理器还从传感器模块接收温度数据，基于振动能量数据、路面材料特性数据和温度数据实时确定该段路面的估计的压实水平，并在显示设备上显示该段路面的密度水平百分比，以供压路机的操作员查看。

Description

改造智能压实分析仪
技术领域
用于在路面材料压实期间提供对压实水平的估计的方法和装置。具体而言，一种改造智能压实分析仪装置，该装置可以改造到振动压实机，以实时向操作员提供对路面材料的压实水平的估计。压实水平估计可以以适合压实机的操作员理解和使用的格式提供密度信息，以确定在其施工期间何时对道路的特定部分实现了足够的压实。
背景技术
沥青路面被设计用于承载交通载荷，同时具有最小的物理劣化、最大的安全性和最大的行车舒适性。根据该设计，预计沥青路面在20年的使用寿命内承受高达3000万等效单轴载荷(ESAL)的交通载荷。
完成的沥青路面是多阶段过程的结果：从根据规范进行路面设计，然后到施工和质量保证。该过程从根据基于道路类型、交通量、预期用途、基层状况和道路必须承受的季节性变化的规范设计路面开始。接下来的步骤包括根据设计生产热拌沥青，将沥青混合料从生产设施运输到施工现场，放置混合料，然后使用振动压路机压实混合料以达到期望的密度。
压实是路面施工中最重要的步骤之一，因为它会显著影响所施工路面的质量。压实增加了集料之间的联锁，从而减少了集料之间的气穴含量。研究表明，为了实现沥青路面的最佳性能，气穴含量需要在百分之三(3％)到百分之五(5％)之间。由于疲劳增加，压实不足的路面会早期劣化。实验表明，将给定沥青混凝土混合料的气穴含量从百分之八(8％)降低到百分之五(5％)可以将路面的疲劳寿命提高百分之一百(100％)。适当的压实还可以降低混合料的渗透性，增加承载能力，增加抗变形(或抗车辙)性，并增加路面的耐久性。适当的压实还可以减少由于路面的车辙、氧化、湿气损坏、变形和解体或散开而导致的路面劣化。因此，需要对沥青路面进行适当的压实以达到其设计属性并确保其特性和使用寿命。
在道路沥青摊铺过程中，可以使用各种分级的集料。集料通常与沥青水泥(焦油)和沙子混合，然后加热到大约150摄氏度(C°)和169摄氏度之间。摊铺机铺设热沥青混合料，然后使用一系列螺旋钻和刮刀平整沥青混合料。当最初铺设以形成道路时，由于在沥青混合料中形成的空隙，沥青材料不够致密以充分支撑车辆交通。因此，通常使用压路机在沥青材料层(“沥青垫”)上进行多次通过，其中，操作员在沥青材料上来回驱动压路机，或以其他方式产生足够的压实以形成具有路面所需强度的沥青(或形成单独的路面层)。
当振动压实机在材料上来回穿过时，压路机通过向材料(例如土壤、沥青等)施加压实能量来实现压实。压实能量通常通过在振动压实机的滚筒内旋转的偏心重物而施加，或者通过也使道路表面平整的振动熨平板施加。在美国，为了满足州交通部(州DoT)的材料压实要求，通常需要在不过度压实混合料的情况下将沥青垫压实到所需的硬度水平。此外，众所周知，过度压实会对路面或道路造成不可逆转的损坏。
目前，州交通部没有接受的质量保证方法来评估已完成路面的硬度。为了评估沥青垫的质量水平，在许多情况下，在沥青冷却后从已完成的路面工程中提取一个或多个道路芯，然后对芯进行测试以确定它们的体积特性和密度。基本前提是芯的密度与硬度相关，并且所有其他变量都是恒定的，硬度直接受密度影响。由于车辙、疲劳开裂和其他类型的损伤导致路面的早期劣化可能是由于在压实过程中获得的硬度不足。因此，州DoT通常指定沥青混合料的理论最大密度的大约94％到96％的目标密度(％TMD)作为验收测试的指标。在土壤路基的情况下，验收测试通常根据密度和水分含量来指定。
进行芯测量是昂贵的、耗时的，并且可能不能指示实现的整体压实，除非这种芯测量是在以网格方式分布的大量点处进行的，这在现场很难实现，也可能过于昂贵。此外，美国的不同州和/或不同的县和/或辖区或市镇可能各自具有不同的压实密度要求。此外，由于路面密度验收测试通常在道路施工完成后进行，因此如果需要，也没有机会实现额外的压实。但大多数州交通部不能接受未能达到目标密度要求，因此在必要时会采取补救措施，这可能会导致显著的成本超支。
振动压实机或压路机制造商最近引入了几种智能压实(IC)技术，这些技术试图通过改变压实机参数(例如振动幅度和频率、推力矢量等)在压实过程中取得土壤和集料基的均匀压实。压路机参数的动态控制允许将振动能量仅施加于压实不足的区域，以防止其他区域过度压实，从而实现路面层的均匀压实。虽然这些智能压实(IC)技术可能具有一定的未来前景，但它们的整体性能尚未在该领域得到充分评估。此外，这些IC产品中的许多产品都要求建筑公司购买配备该技术的新型振动压实机，这是一项昂贵的提议。
因此，需要可改造到现有振动压实机或压路机的工具和/或技术，其使操作员能够在道路施工期间实时估计压实水平以确定是否应采取任何纠正步骤在道路施工中取得期望的压实质量水平。
附图说明
本公开的一些实施例的特征和优点，以及实现它们的方式，在结合附图考虑以下详细描述后将变得更加明显，这些附图说明了优选和示例性实施例并且不一定按比例绘制，其中：
图1是根据本公开的实施例的振动压实机的框图；
图2是根据本公开的改造智能压实分析仪(RICA)的实施例的不同模块的框图；
图3A是示出根据本公开的一些实施例的随着时间在每次经过一部分路面以压实沥青路面期间，诸如图2中所示的压路机的滚筒的振动的图表；
图3B是示出根据本公开的一些实施例的在压实过程期间图3A中所示的振动的频率成分(以赫兹为单位)的振动频谱图；
图4A-4F是示出压实过程期间滚筒在不同频率下的振动的图表；
图5是示出图4所示的各频带的标准化功率的图表。
图6是示出根据本公开的实施例的在路面层压实期间滚筒的被分类为表示不同压实水平的聚类的振动的图表；
图7A、7B和7C是示出根据本公开的实施例的估计密度的图表；
图8示出根据本公开的实施例的可提供给振动压实机或压路机的操作员的改造智能压实分析仪(RICA)设备的显示屏；和
图9是示出根据本公开的实施例的用于向压路机的操作员实时提供对路面材料的压实水平的估计的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考各种新颖的实施例，其示例在附图中示出。附图及其描述并非旨在将本发明限制于任何特定实施例。相反，本文提供的描述旨在涵盖其替代、修改和等价物。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对各种实施例的透彻理解，但是可以在没有一些或全部具体细节的情况下实践一些或所有实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的过程操作，以免不必要地模糊新颖的方面。
总体上，并且为了介绍本公开的实施例的概念，本文公开的是用于在压实过程期间向压路机的操作员实时提供对路面材料的压实(或密度)水平的估计的方法和装置。在一个实施例中，改造智能压实分析仪(RICA)设备改造到压路机或振动压路机。RICA设备利用来自各种传感器的数据向正用于建造道路的路面材料的压路机的操作员实时生成压实水平估计。在一些实施例中，压实水平估计提供密度和/或硬度信息，其格式适合压路机的操作员理解并确定何时已经对道路的特定部分实现了足够的压实。应当理解，尽管本公开包括关于在道路施工期间压实沥青材料和/或路面的示例，但是所公开的方法、装置和系统可用于估计任何材料层的硬度信息，例如，正在被压实的土壤。
沥青混合料的压实性取决于与环境、混合料特性和施工过程相关的几个因素。这些因素包括铺设时沥青混合料的温度、层的厚度、下层的温度和紧实度、环境温度、空气的速度和湿度以及太阳辐射水平。例如，最小层厚必须是标称最大集料尺寸的三到四倍，以使集料在压实过程中重新排列和互锁。混合料还必须高于一定的温度，称为中止温度，才能使其柔韧。除非在施工过程中解决这些因素，否则它们可能导致路面压实不足和/或不均匀压实。
因此，为了获得优质和持久的沥青路面，精心设计和控制的压实过程至关重要。一方面，压实不足会在路面内留下高百分比的气穴，使其容易受潮气渗入、氧化和开裂。另一方面，过度压实会导致非常低的气穴，这可能导致在炎热天气条件下沥青渗入路面。过度压实还可能导致集料破碎，从而改变路面的力学性能。因此，压实不良的路面不能达到设计规范，并且容易过早退化和劣化。不耐用的铺装道路的维修和维护成本非常高，并且会导致交通拥堵，从而增加对环境造成污染的汽车、公共汽车和卡车的排放。
如上所述，传统的道路压实涉及以恒定速度移动并施加恒定幅度和频率的振动力的振动压路机。振动压路机或压实机施加静态和动态力(重量和振动)，以增加集料之间的互锁，从而减少压实混合料中的气穴。除了混合料和环境条件外，所达到的压实水平还取决于压路机的类型、压路机的数量以及压实过程中使用的滚动方式。
沥青路面机械设计的目标之一是解决路面的长期性能问题。路面的硬度是一个关键的设计因素，因为它直接影响道路的承载能力。此外，由于车辙或疲劳开裂而导致的路面早期劣化很容易归因于硬度不足。国家公路合作研究计划(NCHRP)项目I-37A(“新的和修复的路面结构设计2002指南的发展(Development of the 2002Guide for the Design ofNew and Rehabilitated Pavement Structures)”)建议在路面机械设计中使用动态模量作为硬度度量。虽然路面性能对硬度的依赖性是众所周知的，但在路面施工期间很少测量此参数。而是，当前在沥青路面施工期间的现场质量控制侧重于测量特定位置的完成路面的密度。
本文所述的方法和装置提供了一种良好的质量控制机制，供振动压路机的操作员在铺路过程中使用，其实时表示整个路面的质量。在所公开的实施例中，振动压路机的操作员利用改造智能压实分析仪(RICA)设备来识别和纠正在铺设路面期间在上面提到的许多问题，从而导致路面质量提高，从而使路面可以持续其设计寿命。这种在路面施工期间的质量控制操作不仅有利地提高铺路过程的整体性能，而且有利于地导致降低施工成本和维护成本。
图1是用可在其施工期间在路面的整个长度上实时连续测量沥青路面或道路114的一些部分或段的密度的改造智能压实分析仪(RICA)设备112改造的振动压实机或压路机110的示意图100。在一些实施例中，RICA设备112不控制压路机110行为的任何方面，并且可以是可以改装到任何类型的现有振动压实机上的独立设备。在本文所述的实施例中，RICA设备112获得与正在施工的路面或道路上的多个位置处的沥青垫的密度关联的实时测量，确定估计的压实水平，然后以操作员可理解的格式向压路机110的操作员显示估计的压实水平信息。然后，压路机操作员使用实时测量信息以下述方式操作压路机：确保均匀压实，解决压实不足的问题，并避免路面或道路的过度压实。
再次参考图1，在一些实施例中，振动压实机或压路机110包括前滚筒120和后滚筒121。前滚筒120包括安装在其中的偏心重物126，并且在一些实施方式中，前滚筒120和后滚筒121都包括安装在其中的偏心重物126。偏心重物126由马达(未示出)旋转，使得滚筒120内的重物126的旋转导致滚筒120和路面130之间的接触点处的冲击。路面130可以包括热拌沥青(HMA)，也可称为沥青垫。接触点处的冲击之间的间距是随着压路机110沿路面移动时压路机的速度和偏心重物126的速度的函数。例如，在一些压路机实施方式中，每线性英尺可能有大约十到十二(10-12)次冲动或冲击。
在一些实施例中，RICA设备112可操作地连接到安装到振动压路机110的框架128的传感器模块122。传感器模块122可以可操作地连接到能够测量10g加速度(或98.07米/秒平方；98.07m/s2)高达10千赫(kHz)频率的加速度计124，并且可以可操作地连接到一个或多个红外(IR)温度传感器125，其在此处被示为附接到框架128的下侧部分。IR温度传感器125测量路面130的表面温度。因此，在压路机110操作期间的一些实施方式中，传感器模块122测量振动压实机110的振动并且IR温度传感器125测量沥青垫130的表面温度。因此，与传感器模块122关联的传感器124、125基本上包括实时数据采集系统。
RICA设备112可以是专门设计的计算机，或者可以是修改或未修改的膝上型计算机或平板计算机，具有显示屏116(可以是触摸屏)和包括计算机可执行指令的存储器或存储设备(未示出)，用于提供图形用户界面(GUI)(示例如图8所示)以供振动压路机110的操作员查看和使用。操作员可以利用GUI例如指定和/或控制压路机的振动马达的幅度和频率，并输入数据，例如沥青垫特性，其可以包括例如混合料类型和摊铺厚度。操作员还可以利用GUI输入其他初始输入参数等数据，还可以查看数据，例如传感器模块输出数据。
在一些实施例中，全球定位系统(GPS)136安装到振动压路机110。GPS136提供指示振动压路机110在道路施工期间移动时的位置的数据，例如，该位置数据可以由例如RICA设备112使用，使得道路部分132的一个或多个道路段A-B、B-C、C-D和/或D-E的生成密度的位置将被记录和/或知道。
图1中所示的RICA设备112在振动压路机110和道路114的底层路面材料(例如热拌沥青(HMA))形成耦合系统的前提下起作用。因此，振动压路机110的响应由其振动马达的频率和耦合系统的自然振动模式确定。沥青垫130的压实增加了其硬度，因此，压实机的振动可以根据需要针对不同的段A-B、B-C、C-D和/或D-E进行改变，以实现指定或期望的压实质量。因此，路面材料的特性和压实机110的振动谱的知识可用于估计沥青垫的压实质量。
如上所述，HMA的质量规格通常被指定为气穴百分比，使得例如，100％密度意味着不存在气穴，而90％密度意味着存在10％气穴。因此，由于质量规格通常被指定为百分比气穴含量或沥青垫的理论最大密度(TMD)的百分比，因此在一些实施例中，RICA设备112在施工期间估计道路特定部分的路面的压实密度，然后在显示屏上显示百分比(参见图8中的项目806)，供压路机设备操作员查看。在本文所述的实施例中，路面的压实密度的估计被实时显示，以便压路机110的操作员可以决定特定道路段是否需要额外压实。
图2是示出根据本公开的各方面的改造智能压实分析仪(RICA)设备200的示例实施例的框图。RICA设备200在其硬件和/或架构方面可以包括标准组件和/或定制设计和/或专有组件，并且可以由软件和/或计算机程序指令控制以使其如本文所述地工作。例如，RICA设备200可以包括服务器计算机硬件。
如图2所示，RICA设备200可以包括操作性地耦接到通信设备204、输入设备206、输出设备208和存储设备210的RICA处理器202。可以构成一个或多个微处理器的RICA处理器202也操作性地耦接到传感器模块212和全球定位系统(GPS)设备214。在一些实施例中，传感器模块212包括一个或多个加速度计216和一个或多个红外(IR)温度传感器218。RICA处理器202进行操作以执行包含在下述程序指令中的处理器可执行步骤，从而控制RICA设备200以提供期望的功能。
在一些实施例中，通信设备204可以用于促进与例如其他设备(例如服务器计算机或手持设备，例如可以由施工人员操作的平板计算机和/或智能电话)的通信和/或与由不同操作员操作的一个或多个其他压路机通信。例如，通信设备204可以包括多个通信端口(未单独示出)以允许RICA设备200同时与多个其他计算机和其他设备通信，包括监测和/或记录与正由操作员驾驶的压路机下方的土壤、路面或道路的密度和/或硬度相关的压实水平数据估计和/或监测正由不同的第二操作员操作的第二压路机下方的路面或道路的压实水平数据估计所需的通信。这样的操作将确保两个或更多个操作员可以协同工作以实现道路的特定部分或多个部分的期望压实水平。因此，通信设备可以被配置用于经由各种不同类型的网络(例如互联网)进行无线通信和/或有线通信，和/或用于经由专用无线电链路等进行通信。
输入设备206可以包括通常用于将数据输入计算机的任何类型的外围设备中的一个或多个。例如，输入设备206可以包括诸如键盘、鼠标和/或麦克风的组件。输出设备208可以是例如显示组件和/或扬声器和/或打印机。在一些实施例中，输入设备206和输出208包括触摸屏。
存储设备210可以包括任何适当的信息存储设备，包括磁存储设备(例如硬盘驱动器)、诸如CD和/或DVD的光存储设备和/或诸如随机存取存储器(RAM)设备和只读存储器(ROM)设备的半导体存储设备以及闪存和/或固态驱动器(SSD)等的组合。任何一个或多个这样的信息存储设备可以被认为是非暂时性计算机可读存储介质或计算机可用介质或存储器。
存储设备210存储一个或多个用于控制RICA设备200的计算机程序。该程序包括程序指令(其可以称为计算机可读程序代码装置)，其包含RICA设备200的处理器可执行过程步骤，由RICA处理器202执行以使RICA设备200如本文所述那样工作。例如，程序可以包括一个或多个常规操作系统(未示出)，其控制RICA处理器202以管理和协调RICA设备200中的活动和资源共享，并充当在RICA设备200上运行的应用程序的主机。此外，存储设备210可以存储振动能量应用220，该振动能量应用220利用从传感器获得的与压路机滚筒在路面上在向前和向后方向上移动时对道路进行压实期间压路机滚筒的振动相关的基频数据和幅度数据，对来自一个或多个加速度计216的加速度计数据滤波，并提取在每个谐波处的平均振动能量数据。此外，存储设备可以包括聚类应用222，该聚类应用222控制RICA处理器以标准化加速度计数据中谐波的平均能量并将能量分组为预先指定或预定数量的组。在一些实施例中，存储设备210还可以存储百分比理论最大密度(％TMD)应用224，该应用控制RICA处理器以将估计的压实水平与从已经从已知位置提取的芯确定的一个或多个密度测量关联，并提供输出数据，该输出数据可用于在压路机正被时向压路机的操作员实时显示一个或多个输出图表(未示出)。
存储设备210还可以存储并且RICA设备200还可以执行未示出的其他程序。例如，这样的程序可以包括压实密度估计报告应用，该应用控制RICA处理器202以通过通信设备204向远程服务器计算机(未示出)传输关于预定长度的道路的密度报告。其他程序还可以包括例如一个或多个数据通信程序、数据库管理程序、设备驱动程序等。
存储设备210还可以存储RICA设备200的操作所需的一个或多个数据库226。这样的数据库可以包括例如包含关于混合料等级的数据、在压路机每次通过后垫上每个位置处的估计的密度、每次压路机通过期间垫的表面温度和/或压路机的GPS坐标和对应时间的数据库。在一些实施方式中，此类数据可用于例如适当地处理来自传感器模块的传感器数据和/或生成压实密度估计。
再次参考图1，压路机110通常在道路施工期间在沥青垫130上进行多次通过。沥青垫130可包括要被压实的道路的部分132，其具有限定长度，例如，三百(300)英尺。因此，可以在道路的该部分132上识别位置，这里表示为图1中的位置A-B-C、C-D和D-E，其每个可以大约七十五(75)英尺长。这些道路位置也可以在压路机110的操作期间由GPS设备136标记并且在压实操作期间与道路部分132的估计的密度关联。特别地，当压路机110的滚筒120在路段132上进行多次通过时，偏心重物122、124产生冲击并且滚筒120的响应振动信号在滚筒120沿着道路部分132移动时由加速度计124感测并提供给RICA处理器202。除了由IR温度传感器124获得的温度数据之外，该振动数据也用于生成如本文所公开的压实估计。
图3A是图表300，描绘了压路机110的滚筒120随时间(这里，从起点(零；0)到大约10分钟)在每次经过一部分路面以压实沥青路面期间的振动。图3B是振动的频谱图350，示出了图3A中所示的振动的频率成分(以赫兹为单位)。该图表显示了振动压实机在沥青混合料层上进行十六(16)次单独的通过。
图3B显示了基频，即滚筒中旋转偏心物的频率。偏心块的旋转导致偏心块每次旋转产生一个冲力。由于滚筒和下面的路面形成耦合系统，所以这两个系统都会对该输入表现出响应。当滚筒以输入频率及其谐波振动时路面层经历粘弹塑性变形。65赫兹(Hz)的激励频率将引发在65赫兹的响应以及在130赫兹、195赫兹、280赫兹、325赫兹和390赫兹的谐波。虽然滚筒可能会在其他频率下表现出响应，但对输入的响应的大部分振动能量都包含在基频及其谐波中。某一频带内振动的功率含量与振动的幅度相关并用分贝(db)表示。
图4A至4F描绘了图表410-460，其示出了包含在压路机的滚筒振动的选定频率中的功率。特别地，图4A是图表410，示出了在65赫兹(H)的频率下滚筒振动的功率；图4B是图表420，示出了在130赫兹(H)的频率下滚筒振动的功率；图4C是图表430，示出了在195赫兹(H)的频率下滚筒振动的功率；图4D是图表440，示出了在280赫兹(H)的频率下滚筒振动的功率；图4E是图表450，示出了在325赫兹(H)的频率下滚筒振动450的功率；并且图4F是图表460，示出了在390赫兹(H)的频率下滚筒振动的功率。
图5是示出根据实施例的基频500中的标准化功率的曲线图。对于每个频带，分析路面层测试拉伸的压实过程中的振动信号，并确定最小(Pmin)和最大(Pmax)功率水平。给定瞬时功率P，标准化功率计算为100*(P-Pmin)/(Pmax-Pmin)。
图6是根据一些实施例将压路机的振动响应分组为聚类的图表600。每个频带中的标准化功率被分组为聚类，其表示反映了增加的压实水平的振动。有许多算法可用于对这些表示每个频带中的功率的向量进行分组，例如，k-means聚类、自组织图等。最低功率水平对应于滚筒在未压实的沥青混合料上的情况，因此其响应减弱。最高功率水平指示材料被很好地压实，因此滚筒在所有频率处都表现出增加的振动。所需的密度估计精度决定了需要的聚类数量。例如，4到6个聚类足以使准确性在实际密度的百分之一(1％)以内。增加聚类的数量会增加错误分类错误，而聚类太少会限制所达到的准确性。在一些实施例中，使用低通滤波器在每个后续时间步骤在从聚类估计的密度之间进行插值。在图6所示的示例中，振动聚类包括第一聚类610、第二聚类620、第三聚类630、第四聚类640和第五聚类650。
图7A、7B和7C分别图示了使用图6的聚类信息的压路机的三次通过的密度估计700、710和720的曲线图。特别地，在一些实施方式中，RICA设备200监测滚筒在路面上在向前和向后方向上移动时的压实过程中滚筒振动的基频，通过使用一组滤波器对来自一个或多个加速度计的加速度计数据滤波，并提取在每个谐波处的平均振动能量。接下来，RICA设备200对加速度计数据中谐波的平均能量进行标准化，并将能量分组为预先指定或预定数量的组。在一些实施方式中，使用聚类技术将能量数据分组为五(5)个不同的振动组，如图6所示。然后可以使用平滑函数将这五组振动相关到估计的压实水平。接下来，RICA设备200将估计的压实水平与从已经从已知位置提取的芯确定的一个或多个密度测量相关，使得估计的压实水平可以表示为百分比理论最大密度(％TMD)。
图8示出了显示屏输出数据800，其可以在根据本公开的改造到振动压实机的RICA设备112的显示屏116上提供给振动压实机110(参见图1)的操作员。在一些实施例中，显示屏数据800包括指示振动压实机速度的速度计802或速度指示器、指示垫温度的垫温度计804和指示当前密度百分比的密度百分比读出806。操作员可以使用控制按钮808和810在分别显示与振动压实机的第一滚筒和第二滚筒关联的数据之间切换。对于偏心物的特定频率，滚筒速度确定了对沥青垫的冲击间距。高于额定速度的速度会增加垫上后续位置之间的间距，并将导致压实不均匀。低速将减小后续冲击位置之间的间距，并可能导致过度压实和损坏路面。因此，速度指示器802和垫温度指示器804帮助压路机操作员在期望的操作范围内操作压路机，这导致最小化或减少由操作员动作(或操作员错误)引起的压实差异。
温度计804还包括不同滚筒操作所需的温度范围。例如，沥青垫必须在270-350华氏度(或大约132-154.5摄氏度)之间以进行破碎(breakdown，BD)滚压。类似地，分别地，对于中间(IR)滚压沥青垫必须在200-250华氏度(93-121摄氏度)之间，而对于整饰滚压，沥青垫必须在130-160华氏度(54-71摄氏度)之间。这些温度范围可以对于每个工作或压实项目输入到计算机系统中，以便为振动压路机的操作员提供有关沥青垫何时准备好进行压实的简单指导。
图表812和814显示了在压路机通过中实现的压实的指示。在一些实施方式中，在每次压路机通过期间的密度估计以颜色编码图的形式显示。每个图显示了压路机的路径和在通过上估计的密度。操作员可以逐步通过之前的通过来研究沥青垫的覆盖，以确定压路机是否已经压实了垫上的每个位置，并查看达到的压实水平。此外，该图还提供压实均匀性的视觉指示，因为在一些实施方式中，具有相似密度估计的位置将以相同或相同的颜色显示。此外，图表812和814中的每一个还可以显示在该特定通过上估计的平均密度和压实的均匀性
[＝(1/(3*standard_deviation)*100]。
在一些实施例中，第一操作员可以使用切换按钮808和810来获得由可以与第一压路机(由第一操作员操作)联合操作的第二操作员操作的第二配备RICA的压路机的垫温度和密度估计。例如，配备由第一操作员操作的第一RICA设备的第一压路机可用于执行破碎操作，或压路机在新放置的热沥青垫上的第一压实通过。接下来，操作配备有第二RICA设备的单独的第二压路机的第二操作员可以被要求在道路的相同部分上执行压实和整饰操作。在一些实施例中，第二压路机操作员可以利用第二RICA设备从第一RICA设备获得关于由第一操作员和第一压路机执行的操作的估计压实水平数据。然后，可以使用从第一RICA设备接收的所获得的估计压实水平数据在第二RICA设备的显示屏上显示估计的压实水平，以便第二压路机的第二操作员可以做出确定，例如，第二压路机应当以多快的速度进行和/或第二压路机应当在道路的特定部分上花费多少时间以实现期望的压实结果。因此，实时查看第二压路机的压实细节以及来自第一压路机的估计压实水平的能力有利地帮助第二操作员协调联合操作的第一和第二压路机的表现以提高生产力。
图9是流程图900，示出了根据一些实施例的用于向压路机的操作员实时提供对路面材料的压实水平的估计的方法。在一些实施例中，改造到压路机的RICA设备的改造智能压实分析仪(RICA)处理器从传感器模块接收902振动能量数据。振动能量数据对应于压路机的至少一个滚筒在一段路面上压实路面材料期间的冲击响应。RICA处理器还从传感器模块接收904温度数据，该数据可以由至少一个红外温度传感器在该段路面上生成。RICA处理器接下来基于振动能量数据、路面材料特性数据和温度数据实时确定906该段路面的估计的压实水平，然后在显示设备上显示908该段路面的密度水平百分比，以供压路机的操作员查看，其中，密度水平百分比基于估计的压实水平。在一些实施例中，RICA处理器还在显示设备上显示910压路机在该段路面上的压路机通过实现的压实均匀性的指示。
在一些实施例中，RICA处理器通过下述来确定906估计的压实水平：在压实期间随着滚筒在路面上在向前和向后方向上移动时监测压路机的滚筒振动的基频，对来自至少一个加速度计的加速度计数据滤波以提取在每个谐波处的平均振动能量，标准化加速度计数据中谐波的平均能量，并将振动能量分组到预定数量的振动聚类中。此外，在一些实施方式中，RICA处理器通过使用平滑函数将与振动聚类关联的数据相关到估计的压实水平。在一些实施例中，RICA处理器将估计的压实水平相关到从已经从已知位置提取的芯确定的一个或多个密度测量，然后将估计的压实水平表示为百分比理论最大密度(％TMD)。
再次参考图9，在一些实施例中，该过程还包括RICA处理器在存储设备中存储912估计的压实水平和将估计的压实水平传输914到远程服务器中的至少一个。在一些实施方式中，RICA处理器还可以在振动压路机穿过该段路面时从GPS设备接收振动压路机的地理空间位置数据，将地理空间位置数据与估计的压实水平数据关联，然后将地理空间位置数据和关联的估计的压实水平数据传输到远程计算机。此外，RICA处理器接下来可以将地理空间位置数据和关联的估计的压缩水平数据存储在存储设备中。
因此，本文公开的系统和方法有利地提供了一种改装智能压实分析仪(RICA)设备，该设备可以容易地改装到现有的压路机，例如振动压实车，并向压路机的操作员提供实时压实数据。压路机操作员可以有利地在道路施工期间实时使用估计的压实水平信息并采取相应动作。例如，如果压实水平信息表明未达到要求的标准，则压路机操作员可以采取他或她认为需要以在路面施工期间达到所需的压实质量水平的纠正措施，例如使压路机的滚筒再次通过一段道路。与必须破坏后来发现有缺陷的道路的一部分相比，这样的动作有利地节省了时间和金钱。
如本文所用，术语“计算机”应理解为包括单个计算机或两个或更多个相互通信的计算机。
如本文所用，术语“处理器”应理解为包括单个处理器或两个或更多个彼此通信的处理器。
如本文所用，术语“存储器”或“存储设备”应理解为涵盖单个非暂时性存储器或存储设备或两个或更多个存储器或存储设备。
如本文所用，“服务器”包括响应来自其他电子设备的大量服务请求的计算机设备或计算机系统。
对此处过程的上述描述和说明不应被视为暗示执行过程步骤的固定顺序。而是，可以以任何可行的顺序执行过程步骤，包括同时执行至少一些步骤和/或省略要素或步骤。
尽管已经结合具体示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以对所公开的实施例进行对本领域技术人员显而易见的各种改变、替换和变更。

Claims (18)

1.一种用于实时提供对路面材料层的压实水平的估计的方法，包括：
通过改造智能压实分析仪(RICA)处理器从传感器模块接收振动能量数据，该振动能量数据与压路机的至少一个滚筒在一段路面上压实路面材料期间的冲击响应对应；
通过RICA处理器从传感器模块接收由至少一个红外温度传感器在该段路面上方生成的温度数据；
通过RICA处理器，基于振动能量数据、路面材料特性数据和温度数据，实时确定该段路面的估计的压实水平；和
通过RICA处理器在显示设备上显示基于估计的压实水平的该段路面的密度水平百分比，以供压路机的操作员查看。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括通过RICA处理器在显示设备上显示由压路机在该段路面上的滚压通过所实现的压实均匀性的指示。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括通过RICA处理器在显示设备上显示该段路面上的垫温度的指示。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定估计的压实水平包括：
在压路机的滚筒在路面上在向前和向后方向上移动时，通过RICA处理器监测压路机的滚筒在压实期间的振动的基频；
通过RICA处理器对来自至少一个加速度计的加速度计数据滤波，以提取在基频和基频的谐波处的平均振动能量；
通过RICA处理器对加速度计数据中的在基频和谐波处的平均振动能量进行标准化；和
通过RICA处理器，将在基频和谐波处的平均振动能量分组到反映压实水平增加的预定数量的振动聚类中。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括通过RICA处理器利用平滑函数将与振动聚类关联的数据相关到估计的压实水平。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
通过RICA处理器，将估计的压实水平相关到从提取自已知位置的芯确定的一个或多个密度测量；和
通过RICA处理器将估计的压实水平表示为百分比理论最大密度(％TMD)。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括以下至少一项：
通过RICA处理器在存储设备中存储估计的压缩水平；和
通过RICA处理器将估计的压缩水平传输到远程服务器。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过RICA处理器从GPS设备接收振动压路机在穿过该段路面时的地理空间位置数据；
通过RICA处理器将地理空间位置数据与估计的压实水平数据关联；和
通过RICA处理器将地理空间位置数据和关联的估计的压实水平数据传输到远程计算机。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括通过RICA处理器在存储设备中存储地理空间位置数据和关联的估计的压实水平数据。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过RICA处理器从与第二压路机关联的第二RICA设备的第二RICA处理器接收与第二压路机在该段路面上的操作关联的第二估计的压实水平；和
通过RICA处理器基于第二估计的压实水平在显示设备上显示第二密度水平百分比，以供压路机的操作员使用以确定如何达到期望的压实水平。
11.一种用于实时提供对路面材料层的压实水平的估计的改造智能压实分析仪(RICA)设备，包括：
RICA处理器；
可操作地连接到RICA处理器的通信设备；
可操作地连接到RICA处理器的显示设备；
可操作地连接到RICA处理器的传感器模块；和
可操作地连接到RICA处理器的存储设备，其中，存储设备存储处理器可执行指令，该处理器可执行指令在被执行时使RICA处理器：
从传感器模块接收振动能量数据，该振动能量数据与压路机的至少一个滚筒在一段路面上压实路面材料期间的冲击响应对应；
从传感器模块接收温度数据，该温度数据由至少一个红外温度传感器在该段路面上方生成；
基于振动能量数据、路面材料特性数据和温度数据，实时确定该段路面的估计的压实水平；和
在显示设备上显示该段路面的密度水平百分比以供压路机的操作员查看，其中，该密度水平百分比基于估计的压实水平。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，存储设备存储另外的处理器可执行指令，该处理器可执行指令在被执行时使RICA处理器在显示设备上显示由压路机在该段路面上的滚压通过所实现的压实均匀性的指示。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，存储设备存储另外的处理器可执行指令，该处理器可执行指令在被执行时使RICA处理器在显示设备上显示该段路面上的垫温度的指示。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，存储在存储设备中的用于确定估计的压缩水平的指令包括在被执行时使RICA处理器进行以下的指令：
在压路机的滚筒在路面上在向前和向后方向上移动时，监测该滚筒在压实期间的振动的基频；
对来自至少一个加速度计的加速度计数据滤波，以提取在基频和基频的谐波处的平均振动能量；
对加速度计数据中的在基频和谐波处的平均振动能量进行标准化；和
将在基频和谐波处的平均振动能量分组到反映压实水平增加的预定数量的振动聚类中。
15.根据权利要求11所述的装置，其中，存储设备存储另外的处理器可执行指令，该处理器可执行指令在被执行时使RICA处理器进行以下至少一项：
将估计的压实水平存储在存储设备中；和
将估计的压缩水平传输到远程服务器。
16.根据权利要求11所述的装置，还包括可操作地连接到RICA处理器的GPS设备，并且其中，存储设备存储另外的处理器可执行指令，该处理器可执行指令在被执行时使RICA处理器：
从GPS设备接收振动压路机在穿过该段路面时的地理空间位置数据；
将地理空间位置数据与估计的压实水平数据关联；和
将地理空间位置数据和关联的估计的压实水平数据传输到远程计算机。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，存储设备存储另外的处理器可执行指令，该处理器可执行指令在被执行时使RICA处理器将地理空间位置数据和关联的估计的压缩水平数据存储在存储设备中。
18.根据权利要求11所述的装置，其中，存储设备存储另外的处理器可执行指令，该处理器可执行指令在被执行时使RICA处理器：
从与第二压路机关联的第二RICA设备的第二RICA处理器接收与第二压路机在该段路面上的操作关联的第二估计的压实水平；和
基于第二估计的压实水平在显示设备上显示第二密度水平百分比，以供压路机的操作员使用以确定如何达到期望的压实水平。
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