CN115247393A - 对道路施工过程进行控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

对道路施工过程进行控制的系统和方法。该系统和方法对道路路段的施工过程进行自动控制，路段包括多个子路段，施工过程包括使用具有高度可调节的刮板的摊铺机对道路表面材料层进行处理，摊铺机沿预定路径行进，该方法包括：接收施工设计数据，其包括关于路径和沿路径的众多位置的摊铺的道路表面材料层的标称表面和层厚度的信息；接收一组规则，其包括各个子路段的优先级；连续接收指示刮板的当前位置的位置数据；连续接收指示摊铺的道路表面材料层的当前层厚度的厚度数据；基于当前位置的道路施工设计数据、当前层厚度和当前子路段的优先级，计算刮板的高度调节；基于计算，生成调节刮板的高度的控制数据；将控制数据提供给摊铺机的机器控制单元。

Description

对道路施工过程进行控制的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种对道路的施工过程进行控制的系统和计算机实现的方法，并且特别涉及对沥青摊铺机的浮动刮板(floating screed)的高度进行自动控制和调节，以影响道路表面材料的层厚度。
背景技术
诸如沥青摊铺机的摊铺机是具有用于安装混凝土或沥青材料的特征性修整刮板的施工机器。EP1825064公开了一种道路修整机，该道路修整机包括车辆以及以垂直可调节方式固定在该车辆上的用于施加沥青表面的刮板或梁。沥青材料通过车辆沿整个刮板的前边缘分布。当机器前进至准备好的路基时，刮板浮动在沥青材料上并使其平整并压实，以提供具有期望表面轮廓的连续沥青表面。刮板具有不同的刮板宽度以及可调节的刮板宽度。
已知借助于参考线扫描装置来对摊铺机和其它道路修整机的行进路径进行控制。传感器扫描参考线(例如，诸如张紧线)的所需方向和/或所需高度；通过调节装置校正与所需方向和/或高度的偏差。DE10138563公开了一种自动跟随参考线的道路修整机。
还已知在道路施工后直接或间接测量道路表面材料(诸如沥青或混凝土)层的厚度，以确定道路是否已按照规范建造。例如，这种传感器可以通过使用超声波信号来工作。EP2921588B1和WO2018/114669A1公开了这种传感器系统的示例，该传感器系统安装在摊铺机上并在施工过程期间测量道路表面材料层的厚度。
期望已经在施工过程期间使用层厚度信息来调节该过程，以避免由于产生太薄的层而偏离设计，并且避免由于产生太厚的层而造成材料浪费。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在道路施工期间(特别是实时地)对道路表面材料的层厚度进行自动控制的方法。
另一目的是提供这样一种允许减少所建造的道路表面与设计的偏差的方法。
另一目的是提供这样一种允许减少道路表面材料的使用的方法。
另一目的是提供这样一种确保建造具有正确层厚度的道路的方法。
一个特定目的是提供这样一种方法，其中，能够基于测量的层厚度来实时调节刮板的高度。
本发明的另一目的是提供一种用于执行该方法的系统和计算机程序产品。
另一目的是提供一种包括这种系统的摊铺机。
这些目的中的至少一个目的是通过本发明的方法、系统来实现的。
本发明的第一方面涉及一种对道路或相似结构的路段(section)的施工过程进行自动控制的计算机实现的方法。所述路段包括多个子路段，所述施工过程包括使用具有高度可调节的刮板的摊铺机对包括混凝土或沥青材料的道路表面材料层进行处理，所述摊铺机沿预定路径行进。所述方法包括以下步骤：
-接收施工设计数据，所述施工设计数据包括关于所述路径和关于沿所述路径的众多位置的所摊铺的道路表面材料层的标称表面和标称层厚度的信息，所述众多位置包括所述多个子路段中的各个子路段中的至少一个位置；
-接收一组规则，所述一组规则包括所述多个子路段中的各个子路段的不同优先级，其中，所述不同优先级包括所述标称表面优先于所述标称层厚度的优先级和所述标称层厚度优先于所述标称表面的优先级中的至少一者；
-连续地接收指示所述刮板的当前位置的位置数据，指示所述刮板的当前位置包括指示所述刮板在所述多个子路段中的当前子路段中的位置；
-连续地接收指示所摊铺的道路表面材料层的当前层厚度的厚度数据；
-基于所述当前位置的道路施工设计数据、所述当前层厚度和所述当前子路段的一个或更多个优先级，计算所述刮板的高度调节；
-基于所述计算，生成用于调节所述刮板的高度的控制数据；以及
-将所述控制数据提供给所述摊铺机的机器控制单元。
根据所述方法的一个实施方式，所述一组规则包括与所摊铺的道路表面材料层与所述标称表面和/或与所述标称层厚度的偏差有关的一个或更多个偏差规则，并且所述偏差规则至少定义了对允许偏差和最大偏差范围的要求。在特定实施方式中，所述偏差规则包括与所摊铺的道路表面材料层的最大层厚度有关的一个或更多个阈值作为对允许偏差的要求。
根据所述方法的另一实施方式，如果所述当前子路段的所述一个或更多个优先级包括所述标称表面优先于所述标称层厚度的优先级，则计算所述刮板的高度调节，所述刮板的高度调节使得即使所摊铺的道路表面材料层的层厚度低于所述标称层厚度，也确保所摊铺的道路表面材料层的表面满足所述施工设计数据的关于所述标称表面的规定。
根据所述方法的另一实施方式，如果所述当前子路段的所述一个或更多个优先级包括所述标称层厚度优先于所述标称表面的优先级，则计算所述刮板的高度调节，所述刮板的高度调节使得即使所摊铺的道路表面材料层的表面偏离所述标称表面，也确保所摊铺的道路表面材料层的层厚度满足所述施工设计数据的关于所述标称层厚度的规定。
根据所述方法的另一实施方式，所述刮板是可倾斜的，例如，至少围绕由所述摊铺机沿所述路径的行进方向限定的轴线是可倾斜的，所述位置数据指示所述刮板的当前3D位置，例如，在六个自由度中的当前三维位置，并且所述厚度数据指示所摊铺的道路表面材料层在两个或更多个位置处的当前层厚度。特别地，所述厚度数据可以是同时从两个或更多个厚度传感器连续接到收的。
根据另一实施方式，所述方法包括以下步骤：
-存储所述刮板沿所述路径的位置的至少子集的厚度数据；
-根据所存储的厚度数据的至少子集来计算所行进的路径的最后部分的均等(mean)或平均厚度值；以及
-使用所述均等或平均厚度值作为用于计算所述高度调节的所述当前厚度值。
在特定实施方式中，所行进的路径的所述最后部分是至少对应于所述摊铺机的长度的距离。在另一特定实施方式中，使用存储的所行进的路径的至少最后五米的厚度数据来计算所述均等或平均厚度值。
根据所述方法的另一实施方式，在所述多个子路段中的至少一个子路段中，所述施工过程包括将所摊铺的道路表面材料层的表面连接至现有道路表面，并且该子路段的优先级包括所述标称表面优先于所述标称层厚度的优先级。
根据另一实施方式，所述方法包括以下步骤：
-使用位置传感器来连续地检测所述刮板的所述当前位置并生成所述位置数据，特别是其中，所述位置传感器包括GNSS天线和勘测仪器中的至少一者；以及
-使用设置在所述摊铺机上的一个或更多个厚度传感器来连续地检测所述当前层厚度并生成所述厚度数据。
在特定实施方式中，计算所述高度调节和生成所述控制数据的步骤是在包括至少一个处理器的计算单元中执行的。
根据所述方法的一个实施方式，调节所述刮板的高度的步骤包括一起调节所述摊铺机的框架(frame)和所述刮板的高度。根据另一实施方式，调节所述刮板的所述高度的步骤包括调节所述刮板相对于所述框架的高度。
本发明的第二方面涉及一种对道路的路段的施工过程进行自动控制的系统，所述路段包括多个子路段，所述施工过程包括使用具有高度可调节的刮板的摊铺机对道路表面材料层进行摊铺，所述摊铺机沿预定路径行进。所述系统包括计算单元，所述计算单元包括至少一个处理器，其中，所述计算单元被配置为：
-从设计数据库接收施工设计数据，所述施工设计数据包括关于所述路径和关于沿所述路径的众多位置的所摊铺的道路表面材料层的标称表面和标称层厚度的信息，所述众多位置包括所述多个子路段中的各个子路段中的至少一个位置；
-从规则数据库接收一组规则，所述一组规则包括所述多个子路段中的各个子路段的不同优先级，其中，所述不同优先级包括所述标称表面优先于所述标称层厚度的优先级和所述标称层厚度优先于所述标称表面的优先级中的至少一者；
-从位置传感器连续地接收指示所述刮板的当前位置的位置数据，指示所述刮板的当前位置包括指示所述刮板在所述多个子路段中的当前子路段中的位置；
-从位于所述摊铺机处的一个或更多个厚度传感器连续地接收厚度数据，所述厚度数据指示所摊铺的道路表面材料层的当前层厚度；
-基于所述当前位置的道路施工设计数据、所述当前层厚度和所述当前子路段的一个或更多个优先级，计算所述刮板的高度调节；
-基于所述计算，生成用于调节所述刮板的高度的控制数据；以及
-将所述控制数据提供给所述摊铺机的机器控制单元。
根据一个实施方式，所述系统还包括：
-所述位置传感器，所述位置传感器例如包括GNSS天线；
-所述一个或更多个厚度传感器，所述一个或更多个厚度传感器例如包括至少一个超声传感器；和/或
-所述设计数据库和/或所述规则数据库，例如，其中，所述系统包括数据存储单元，所述设计数据库和/或所述规则数据库存储在所述数据存储单元中。
根据另一实施方式，所述系统还包括用户接口(user interface)，所述用户接口包括向用户提供所述施工设计数据、所述一组规则、所述位置数据和/或所述厚度数据的显示单元。
在一个实施方式中，所述用户接口被配置为使所述用户能够调整(adapt)所述一组规则。在另一实施方式中，所述用户接口被配置为在所述显示器上提供演示，所述演示包括关于以下项的信息：
-至少所述当前位置的所述当前层厚度和所述标称层厚度，
-至少所述当前位置的所述当前层厚度和所述标称层厚度与所述施工设计数据的偏差，和/或
-所述摊铺机的位置和/或前进方向(head)与所述路径的偏差。
根据另一实施方式，所述系统还包括一个或更多个无线通信模块，所述一个或更多个无线通信模块被配置为能够在所述计算单元与所述设计数据库、所述规则数据库、所述位置传感器、所述一个或更多个厚度传感器和所述机器控制单元中的至少一个之间进行无线数据传输。
本发明的第三方面涉及一种摊铺机，所述摊铺机包括高度可调节的刮板，所述摊铺机被配置为在所述摊铺机沿预定路径行进时摊铺道路表面材料层作为道路的路段的施工过程的一部分。所述摊铺机包括：框架，所述刮板附接至所述框架；一个或更多个履带(track)或轮子，所述一个或更多个履带或轮子附接至所述框架并被配置为使所述摊铺机能够沿所述路径移动；以及机器控制系统。所述机器控制系统包括：一个或更多个刮板高度控制马达，所述一个或更多个刮板高度控制马达被配置为调整所述刮板的高度；一个或更多个驱动马达，所述一个或更多个驱动马达被配置为驱动所述履带或轮子；以及机器控制单元，所述机器控制单元被配置为对所述一个或更多个刮板高度控制马达和所述一个或更多个履带马达进行控制。根据本发明的该方面，所述摊铺机包括：一个或更多个厚度传感器，所述一个或更多个厚度传感器被配置为在所述摊铺机沿所述路径行进时连续地测量所摊铺的道路表面材料层的当前层厚度，并连续地生成指示所述当前层厚度的厚度数据；以及根据本发明的第二方面所述的系统。
本发明的第三方面涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码，或者由包括程序代码段的电磁波具体实现，所述计算机程序产品具有用于执行根据本发明的第一方面所述的方法的计算机可执行指令，特别是当在根据第二方面所述的系统的计算单元上运行时执行根据本发明的第一方面所述的方法的计算机可执行指令。
根据第一方面所述的方法可以使用根据第二方面所述的系统来执行，并且根据第二方面所述的系统可以被设计为执行根据第一方面所述的方法。根据第三方面所述的摊铺机可以被设计为使用根据第一方面所述的方法来操作。
根据本发明的系统和方法的使用不限于道路的建造，还可以用于其它类似道路的结构，诸如机场跑道、赛道(racetrack)或木板路。
附图说明
将通过参考结合附图的示例性实施方式对下面的发明进行详细描述，其中：
图1示出了包括根据本发明的系统的示例性实施方式的摊铺机的第一示例性实施方式；
图2示出了包括根据本发明的系统的示例性实施方式的摊铺机的第二示例性实施方式；
图3例示了根据本发明的系统的示例性实施方式中的数据流；
图4示出了将要施工的道路的具有三个子路段的路段的轮廓；
图5示出了例示了根据本发明的方法的第一示例性实施方式的流程图；以及
图6示出了例示了根据本发明的方法的第二示例性实施方式的流程图。
具体实施方式
图1和图2各自示出了在沿(由箭头34指示的)预定路径的道路施工中执行摊铺任务的沥青摊铺机10的示例性实施方式。
图1中所示的沥青摊铺机10包括主体11和高度可调节的浮动刮板13形式的工作部分，该高度可调节的浮动刮板13布置在摊铺机10的后端并经由牵引臂固定至主体11。在摊铺机10上提供沥青材料18，并且通过螺旋钻系统使沥青材料18沿刮板13的整个宽度分布。当沥青摊铺机10沿路径34在准备好的基面上前进时，刮板13平刨(plane)并压实分布的沥青材料18，以提供具有期望表面轮廓的连续沥青表面19。借助于可枢转地布置在摊铺机10两侧的两个托架(carrier)131的移动来实现刮板13在期望高度的定位。刮板13的宽度可以借助于两个柱塞133延伸至摊铺机的两侧。这允许建造具有不同宽度的道路。例如，刮板13的宽度可以从摊铺机10的宽度(例如，2.5m)延伸至例如5m、7.5m或10m。
一对履带12(或另选地，一组轮子)附接至框架11，以允许摊铺机10沿路径34机动移动。摊铺机包括机器控制单元17，该机器控制单元17用于控制履带12的移动，也用于控制刮板13的位置和定向(orientation)(即，至少其离地高度)，例如通过调节托架131的枢转角度。摊铺机10在工作期间的典型速度约为每分钟3米至4米。
由于要求摊铺机10以最大准确度产生预定路径34的方向和高度，因此需要对摊铺机10进行相应的精确控制。为了以足够的准确度控制摊铺机10，需要位置传感器15，例如，该位置传感器15包括与全球导航卫星系统(GNSS)(例如，诸如GPS)的卫星151、152、153连接的一个或更多个GNSS天线。
位置传感器(在所示实施方式中为GNSS天线15)将确定的位置数据提供给摊铺机10的计算单元16。计算单元16可以访问要施工的道路的设计数据，例如，该设计数据至少包括所需的材料厚度和已完成道路的标称表面位置。这些数据可以用于计算沿路径34的各个位置的当前刮板或摊铺机位置与设计的偏差。所述数据还可以用于计算刮板13的必要高度。
根据本发明，在摊铺机10处设置一个或更多个厚度传感器14，所述厚度传感器被配置为在已经通过刮板13摊铺道路表面材料层后对该道路表面材料层的厚度进行测量。厚度传感器14例如可以包括超声波传感器、电磁传感器或扫描装置。厚度传感器14可以连续测量道路表面材料的厚度并将所测量的数据连续提供给计算单元16。这允许关于所施工的道路的层厚度的连续质量控制。
在摊铺机10的所示实施方式中，刮板13的高度相对于框架11被调节，即，当刮板13的高度被调节时，框架11的高度不需要改变。另选地或另外地，框架11的高度可以是可调节的，使得可以通过一起调节框架11与刮板13的高度来调节刮板13的高度。
在摊铺机10的一些实施方式中，刮板13也可以围绕滚动轴线调节，即，可以围绕由摊铺机的行进方向34限定的轴线倾斜。这允许调节道路表面19的坡度。位置传感器的部件(例如，倾斜或横倾角传感器)然后可以指示刮板13的姿态，使得位置数据可以包括刮板13的当前3D位置(多达六个自由度(6DOF)的当前3D位置)。为了允许自动调节刮板的倾斜，响应于厚度数据，优选地提供两个或更多个厚度传感器14，以同时指示两个或更多个位置处的当前层厚度。
位置传感器装置可以具体实现为单个GNSS天线系统(如图1所示)或双GNSS天线系统(即，具有两个GNSS天线)。为了获得更高的准确度，可以使用单或双地面定位系统(TPS)，即，包括一个或两个勘测仪器，或GNSS和TPS的组合。
后者在图2中例示，其中，除了GNSS天线15之外，作为进一步的位置传感器装置，沥青摊铺机包括两个位置指示器154、154’，所述两个位置指示器154、154’包括借助于保持元件牢固地安装在刮板13上的反射器或棱镜。另选地或另外地，位置指示器154、154’可以直接地或借助于保持元件安装至框架11。
可以借助于布置在地面上的一个或更多个全站仪156、156’或类似勘测仪器156、156’(例如，视距仪或激光跟踪器)来监测这些位置指示器154、154’。这些借助于可以在所有方向上定向的光学系统跟随棱镜154、154’。棱镜的位置是根据光学系统的立体角、棱镜与光学系统之间的距离以及全站仪156、156’的位置来计算的。为了与期望的行进路径进行比较，沿期望的行进路径的位置和/或方向必须作为摊铺机10在布置有棱镜154、154’的点处的所需值而存在。为了确保工作部分的期望处理路径，在确定棱镜154、154’的所需路径时应考虑摊铺机10的在曲线中的行为，以使得刮板13沿期望路径移动34。可以根据连续的位置确定行进方向。将摊铺机10的推导出的位置与摊铺机10的预定理论位置进行比较，并对应地控制履带12(或轮子)。
为了能够根据棱镜155、155’的位置高度推导出尽可能准确的工作高度，在刮板13的情况下，应该使用至少一个参考确定的至少一个值来计算工作高度。
全站仪156、156’例如借助于无线电链路连接至计算单元16，该计算单元16用于评估定位元件(在这种情况下是棱镜154、154’)的位置信息，并用于提供控制信号以控制摊铺机10和对刮板13的高度调节。
在一些实施方式中，厚度传感器14包括两个单独的传感器14a、14b，所述两个单独的传感器14a、14b用于间接地测量厚度，即，通过在道路表面材料被分布之前和之后测量距地面的距离。这在图2中进行了描述。例如，摊铺机10的前端处的第一传感器14a在道路表面材料被分布之前测量距地面的距离，摊铺机10的后端处的第二传感器14b测量距摊铺道路表面材料的表面的距离，并实时比较两个距离值以确定材料的厚度。厚度传感器可以包括计算单元，以根据由传感器14a、14b提供的值计算厚度值。另选地，两个传感器中的一个传感器可以设置在单独的车辆(例如，无人驾驶飞行器(UAV))上。
图3例示了系统40的示例性实施方式，该系统40被配置用于对道路施工过程中的层厚度进行控制。系统40的中央单元是计算单元16，该计算单元16从厚度传感器14和位置传感器15接收数据。计算单元16还可以访问来自设计数据库42和规则数据库44的数据。
设计数据库42为要施工的道路提供标称值，该标称值包括诸如道路的路线和宽度的二维坐标。标称值还可以包括道路表面的三维坐标，即，其高度和坡度。另外，标称值包括道路表面材料(例如，包括沥青和/或混凝土材料)的标称层厚度。针对完整的道路，标称值可以是相同的，或者多个路段的标称值可以不同。
规则数据库44包括例如如果标称值允许一种以上的的可能性或者如果两个或更多个标称值相互矛盾则需要遵循的一组规则。
使用来自设计数据库42的标称数据和来自规则数据库44的规则，优化算法和计算单元16的处理器基于从厚度传感器14和位置传感器15连续接收的数据来实时地执行优化计算。具体地，优化包括响应于测量的层厚度而调整摊铺机的刮板的高度。来自规则数据库44的规则用于确定偏离设计(即，偏离标称数据)的原因和公差。
与所计算的调整相对应的命令被发送至摊铺机内置控制系统45的机器控制单元17。机器控制单元17根据接收到的命令触发刮板高度控制马达46使刮板升高、降低或倾斜。同时并且特别是连续地，机器控制单元17触发履带马达48向前致动履带，以使摊铺机沿路径进一步移动，从而以调整的刮板高度摊铺材料。
在一些实施方式中，系统40包括用户接口41。计算单元16可以将来自厚度传感器14、位置传感器15、设计数据库42和/或规则数据库44的数据发送至所述用户接口41，以在用户接口41的显示单元上将该数据呈现给人类操作员(例如，摊铺机的操作员或施工过程的监督员)。特别地，向操作员呈现当前位置的与来自设计数据库的目标厚度相比较的测量的层厚度。可选地，用户可以调整规则数据库44中的规则或者通过经由用户接口41向计算单元16发送命令来手动覆盖规则。
浮动刮板的结构可能会降低调节刮板高度的速度。根据摊铺机的设计、刮板的尺寸、使用的沥青材料和期望的高度的不同，可以接管(take over)向前移动的摊铺机长度，以有效地将浮动刮板调节到期望高度。在此期间，摊铺机可能行进了5米，而这部分道路可能无法满足所需的层厚度。因此，优选地，计算单元16可以被配置为连续地监测厚度数据，以确定层厚度下降或上升的趋势并基于此来计算预测结果(forecast)，其中，该预测结果预测在层厚度实际上超过了定义的阈值之一之前调节刮板的必要性。然后可以响应于所计算的预测结果将连续调节刮板高度的命令发送至机器控制单元17。
图4例示了将要施工的道路的路段30，该路段包括三个子路段31、32、33。例如，施工将在左端开始并且朝着右端进行，在该右端处，道路将与现有道路及其表面35连接。
底部的实线示出了实心地面20。虚线示出了符合设计的道路表面21。为简单起见，道路表面21在道路路段30的整个路线上是水平的。必须始终保持最小层厚度22。这由与实心地面线平行的虚线表示。如果要在道路的路线中应用不同的层厚度(例如，第一子路段31中的厚度大于第二子路段32中的厚度)，则可以在设计数据中提供相应的值以供控制系统使用。另选地，可以在单独的文件中提供与位置有关的层厚度。
原则上，道路施工时需要遵循道路表面设计线21和最小层厚度22。这会产生由粗虚线指示的道路表面25。简而言之，道路表面线25遵循设计线21，除非最小层厚度线更高。
在第一子路段31中，实心地面20太靠近设计线21，使得如果根据由设计线21表示的3D设计来建造道路，则将无法满足所需的层厚度22。针对这种情况，规则数据库可以包括最小层厚度22比设计更重要(反之亦然)的规则。根据项目或当前道路路段，符合设计21的层厚度22或3D高度可能更重要，因此应优先考虑。例如，除其它因素外，密切观察最小层厚度的重要性取决于地面20的性质和条件。因此，如果地面20在规划道路的路段(或子路段)中不是很稳定，则在此处，层厚度22应该优先于设计线21的3D高度。在所示示例中，在第一子路段31中，层厚度22优先于设计21。因此，这里，建造的道路表面25偏离设计线21，以确保所需的层厚度22。
在第二子路段32中，实心地面20离设计线21更远，使得满足最小层厚度22没有问题。因此，该子路段32中的道路表面25可以根据设计建造而不违反最小层厚度要求。然而，根据设计建造道路需要大量的沥青材料。针对这种情况，规则数据库可以包括稍微偏离设计线21以减少所需的材料量的规则。这由线25’表示。可以提供与设计线21的可接受偏差的阈值以及何时应用所述阈值来作为规则数据库中的规则。如果存在需要在该路段中准确遵循设计线21或至少不低于设计的3D高度的方面，则将在规则数据库中考虑这些方面。
第三子路段33终止于与现有道路表面35(例如，先前完成的道路路段的表面、现有桥梁的表面或环岛交通的表面)的连接。在该路段中，需要在现有道路表面35与建造的道路表面25之间形成平滑过渡。规则数据库中考虑了该方面。因此，设计线21被优先考虑，使得即使层厚度低于最小层厚度22，在该子路段33中，建造的道路表面25也遵循设计线21。
图5示出了例示了根据本发明的计算机实现的方法100的第一示例性实施方式的流程图。
在所述方法开始之后，计算单元从设计数据库接收设计数据110，该设计数据包括用于道路施工的标称值，例如，包括关于众多位置的道路表面材料层的标称表面和标称层厚度的信息。
然后位置传感器连续地确定130刮板的位置，并且计算单元连续地接收指示当前位置的位置数据。同时，厚度传感器连续地确定140道路表面材料层的层厚度，并且计算单元连续地接收指示当前层厚度的实际值的厚度数据。
基于接收到的设计数据和连续接收到的厚度数据，计算单元执行确定实际层厚度是否足够的第一目标性能比较150。如果不是足够的，则发出升高155刮板的命令，以便增加层厚度。履带连续地向前移动190，并且该方法继续连续地检测位置130和层厚度140。
如果第一目标性能比较150显示实际层厚度是足够的，则基于接收到的位置数据和连续接收到的厚度数据，计算单元执行确定层厚度是否使得道路表面符合设计的第二目标性能比较160。如果道路表面不符合设计(即，超过预定阈值)，则发出调节165刮板的命令，即，升高或降低刮板，以满足设计。致动履带以连续地向前移动190摊铺机，并且该方法继续连续地检测位置130和层厚度140。
如果第二目标性能比较160显示道路表面符合设计，则基于连续接收到的厚度数据，计算单元确定170实际层厚度是否超过预定阈值。如果是这种情况，则发出降低175刮板的命令，以便减少材料量。致动履带以连续地向前移动190摊铺机，并且该方法继续连续地检测位置130和层厚度140，直到道路完工。
优选地，应连续地监测厚度数据，以确定层厚度下降或上升的趋势，使得可以在层厚度实际超过定义的阈值之一之前预测调节刮板的必要性。然后可以响应于接收到的数据和计算的预测结果来连续地调节155、165、175刮板的高度。
图6示出了例示了根据本发明的计算机实现的方法100的第二示例性实施方式的流程图。
在方法开始之后，计算单元从设计数据库接收设计数据110，该设计数据包括用于道路施工的标称值，例如，包括关于众多位置的道路表面材料层的标称表面和标称层厚度的信息。计算单元还从规则数据库接收优化规则定义120。
然后，位置传感器连续地确定130刮板的位置，并且计算单元连续地接收指示当前位置的位置数据。同时，厚度传感器连续地确定140道路表面材料层的层厚度，并且计算单元连续地接收指示当前层厚度的实际值的厚度数据。
基于接收到的设计数据和连续接收到的厚度数据，计算单元随后或同时执行多个评估150、160、170。这些评估包括确定实际层厚度是否足够的第一目标性能比较150、确定层厚度是否使得道路表面符合设计的第二目标性能比较160以及确定170实际层厚度是否超过预定阈值的评估。所述阈值可以作为来自规则数据库的优化规则定义120的一部分提供。
基于这些评估150、160、170并考虑从规则数据库接收的优化规则定义120，(例如，使用计算单元的处理器和优化算法)在计算单元中计算180对刮板的最佳调节。根据所计算的优化，发出命令以调节刮板185(即，升高或降低刮板)。履带连续地向前移动190，并且该方法继续连续地检测位置130和层厚度140。
从规则数据库接收的优化规则定义120包括可以根据用户的需要或偏好为各个项目进行用户定义的一组规则。
特别是在由设计给出的目标发生冲突的情况下，这些规则对于定义如何在不需要人类用户干预或决定的情况下继续进行是必要的。
一个目标可以是必须避免低于定义的最小层厚度，以满足由设计给出的规范，例如，从客户接收的规范。
第二目标可以是道路表面的3D高度需要符合设计。
第三目标可以是允许超过所需的层厚度一定百分比或绝对的值，但应最小，因为这会导致附加的材料消耗，并因此导致承包商的成本。
然后，规则可以定义目标之一(例如，3D高度)优先。在此基础上(Subordinate tothis)，层厚度测量将确定与安装计划相比的任何附加或减少的消耗，这进而可以用于材料物流的智能控制，并因此有助于减少材料消耗。另选地，足够的层厚度可以是重中之重，其中，3D高度可以可选地用于转向和控制工作宽度。例如，设计数据可以提供道路的左侧、右侧和中间的不同层厚度目标值。
可以连续地监测与所需层厚度的偏差。通常，如果超出公差规范，则系统会停止摊铺机，以防止进一步的错误摊铺。由于沥青摊铺机的每一次停车都导致道路表面质量下降的风险，因此应避免摊铺停止。
因此，如果所测量的层厚度持续下降或增长，则应及早采取对策，例如，通过以小步进连续地调节摊铺厚度。为了获得必要的道路表面平整度(例如，在4米的道路路段上，最大高度偏差为2毫米)并防止刮板(过度)摆动，操作系统可以保存一定距离内的层厚度值并计算它的平均值。该距离和由此计算的平均值取决于摊铺速度和层厚度。这两个参数都会影响刮板调节的惯性。例如，距离可以在5米至20米之间。
操作员可以在设计高度或层厚度的优先级或两者的组合之间进行选择。如果操作员选择所述组合，则优先级会根据道路细节和一组预定义规则自动更改。例如，在桥梁、出口或环岛前，所需表面高度的绝对匹配优先于层厚度，但离开“固定点”后，层厚度再次优先。另一选择可能是操作员否决数据库中的规则。
尽管上文例示了本发明，其中部分参考了一些优选实施方式，但必须理解，可以对实施方式的不同特征进行多种修改和组合。所有这些修改都在所附权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种对道路的路段(30)的施工过程进行自动控制的计算机实现的方法(100)，所述路段(30)包括多个子路段(31、32、33)，所述施工过程包括使用具有高度可调节的刮板(13)的摊铺机(10)对包括混凝土或沥青材料的道路表面材料层(18)进行处理，所述摊铺机(10)沿预定路径(34)行进，所述方法包括以下步骤：
-接收(110)施工设计数据，所述施工设计数据包括关于所述路径(34)和关于沿所述路径(34)的众多位置的所摊铺的道路表面材料层(19)的标称表面(21)和标称层厚度(22)的信息，所述众多位置包括所述多个子路段(31、32、33)中的各个子路段中的至少一个位置；
-接收(120)一组规则，所述一组规则包括所述多个子路段(31、32、33)中的各个子路段的不同优先级，其中，所述不同优先级至少包括：
-所述标称表面(21)优先于所述标称层厚度(22)的优先级，和/或
-所述标称层厚度(22)优先于所述标称表面(21)的优先级；
-连续地接收指示所述刮板(13)的当前位置的位置数据，指示所述刮板(13)的当前位置包括指示所述刮板(13)在所述多个子路段(31、32、33)中的当前子路段中的位置；
-连续地接收指示所摊铺的道路表面材料层(19)的当前层厚度的厚度数据；
-基于所述当前位置的道路施工设计数据、所述当前层厚度和所述当前子路段的一个或更多个优先级，计算(180)所述刮板(13)的高度调节；
-基于所述计算，生成用于调节(155、165、175、185)所述刮板(13)的高度的控制数据；以及
-将所述控制数据提供给所述摊铺机(10)的机器控制单元(17)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，
-所述一组规则包括与所摊铺的道路表面材料层(19)与所述标称表面(21)和/或与所述标称层厚度(22)的偏差有关的一个或更多个偏差规则，并且
-所述偏差规则至少定义了对允许偏差和最大偏差范围的要求，
特别是其中，所述偏差规则包括与所摊铺的道路表面材料层(19)的最大层厚度(22)有关的一个或更多个阈值作为对允许偏差的要求。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，如果所述当前子路段的所述一个或更多个优先级包括所述标称表面(21)优先于所述标称层厚度(22)的优先级，则计算所述刮板(13)的高度调节，所述刮板(13)的高度调节使得即使所摊铺的道路表面材料层(19)的层厚度低于所述标称层厚度(22)，也确保所摊铺的道路表面材料层(19)的表面满足所述施工设计数据的关于所述标称表面(21)的规定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，如果所述当前子路段的所述一个或更多个优先级包括所述标称层厚度(22)优先于所述标称表面(21)的优先级，则计算所述刮板(13)的高度调节，所述刮板(13)的高度调节使得即使所摊铺的道路表面材料层(19)的表面偏离所述标称表面(21)，也确保所摊铺的道路表面材料层(19)的层厚度满足所述施工设计数据的关于所述标称层厚度(22)的规定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，
-所述刮板(13)是能够倾斜的，特别是至少围绕由所述摊铺机沿所述路径(34)的行进方向限定的轴线是能够倾斜的，
-所述位置数据指示所述刮板(13)的当前三维位置，特别是在六个自由度中的当前三维位置，并且
-所述厚度数据指示所摊铺的道路表面材料层(19)在两个或更多个位置处的当前层厚度，特别是其中，所述厚度数据是同时从两个或更多个厚度传感器(14)连续接收到的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤：
-存储所述刮板(13)沿所述路径(34)的位置的至少子集的厚度数据；
-根据所存储的厚度数据的至少子集来计算所行进的路径(34)的最后部分的均等或平均厚度值；以及
-使用所述均等或平均厚度值作为用于计算(180)所述高度调节的所述当前厚度值，
特别是其中，
-所行进的路径(34)的所述最后部分是至少对应于所述摊铺机(10)的长度的距离，和/或
-使用存储的所行进的路径(34)的至少最后五米的厚度数据来计算所述均等或平均厚度值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，在所述多个子路段(31、32、33)中的至少一个子路段中，所述施工过程包括将所摊铺的道路表面材料层(19)的表面连接至现有道路表面(35)，并且该子路段的优先级包括所述标称表面(21)优先于所述标称层厚度(22)的优先级。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤：
-使用位置传感器(15)来连续地检测(130)所述刮板(13)的所述当前位置并生成所述位置数据，特别是其中，所述位置传感器(15)包括GNSS天线和勘测仪器(156)中的至少一者；以及
-使用设置在所述摊铺机(10)上的一个或更多个厚度传感器(14)来连续地检测(140)所述当前层厚度并生成所述厚度数据，
特别是其中，计算(180)所述高度调节和生成所述控制数据的步骤是在包括至少一个处理器的计算单元(16)中执行的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，调节所述刮板(13)的高度包括一起调节所述摊铺机(10)的框架(11)和所述刮板(13)的高度以及调节所述刮板(13)相对于所述框架(11)的高度中的至少一者。
10.一种对道路的路段(30)的施工过程进行自动控制的系统(40)，所述路段(30)包括多个子路段(31、32、33)，所述施工过程包括使用具有高度可调节的刮板(13)的摊铺机(10)对道路表面材料层(19)进行摊铺，所述摊铺机(10)沿预定路径(34)行进，所述系统(40)包括计算单元(16)，所述计算单元(16)包括至少一个处理器，
其特征在于，
所述计算单元(16)被配置为：
-从设计数据库(42)接收(110)施工设计数据，所述施工设计数据包括关于所述路径(34)和关于沿所述路径(34)的众多位置的所摊铺的道路表面材料层(19)的标称表面(21)和标称层厚度(22)的信息，所述众多位置包括所述多个子路段(31、32、33)中的各个子路段中的至少一个位置；
-从规则数据库(44)接收(120)一组规则，所述一组规则包括所述多个子路段(31、32、33)中的各个子路段的不同优先级，其中，所述不同优先级至少包括：
-所述标称表面(21)优先于所述标称层厚度(22)的优先级，和/或
-所述标称层厚度(22)优先于所述标称表面(21)的优先级；
-从位置传感器(15)连续地接收指示所述刮板(13)的当前位置的位置数据，指示所述刮板(13)的当前位置包括指示所述刮板(13)在所述多个子路段(31、32、33)中的当前子路段中的位置；
-从位于所述摊铺机(10)处的一个或更多个厚度传感器(14)连续地接收厚度数据，所述厚度数据指示所摊铺的道路表面材料层(19)的当前层厚度；
-基于所述当前位置的道路施工设计数据、所述当前层厚度和所述当前子路段的一个或更多个优先级，计算(180)所述刮板(13)的高度调节；
-基于所述计算，生成用于调节(155、165、175、185)所述刮板(13)的高度的控制数据；以及
-将所述控制数据提供给所述摊铺机(10)的机器控制单元(17)。
11.根据权利要求10所述的系统(40)，所述系统(40)还包括：
-所述位置传感器(15)，所述位置传感器特别包括GNSS天线；
-所述一个或更多个厚度传感器(14)，所述一个或更多个厚度传感器(14)特别包括超声传感器；和/或
-所述设计数据库(42)和/或所述规则数据库(44)，特别是其中，所述系统包括数据存储单元，所述设计数据库(42)和/或所述规则数据库(44)存储在所述数据存储单元中。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的系统(40)，所述系统(40)还包括用户接口(41)，所述用户接口(41)包括向用户提供所述施工设计数据、所述一组规则、所述位置数据和/或所述厚度数据的显示单元，特别是其中，所述用户接口(41)被配置为：
-使所述用户能够调整所述一组规则；和/或
-在所述显示器上提供演示，所述演示包括关于以下项的信息：
-至少所述当前位置的所述当前层厚度和所述标称层厚度(22)，
-至少所述当前位置的所述当前层厚度和所述标称层厚度(22)与所述施工设计数据的偏差，和/或
-所述摊铺机(10)的位置和/或前进方向与所述路径(34)的偏差。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统(40)，所述系统(40)还包括一个或更多个无线通信模块，所述一个或更多个无线通信模块被配置为能够在所述计算单元(16)与以下项中的至少一项之间进行无线数据传输：
-所述设计数据库(42)，
-所述规则数据库(44)，
-所述位置传感器(15)，
-所述一个或更多个厚度传感器(14)，以及
-所述机器控制单元(17)。
14.一种摊铺机(10)，所述摊铺机(10)包括高度可调节的刮板(13)，所述摊铺机(10)被配置为在所述摊铺机沿预定路径(34)行进时摊铺道路表面材料层(19)作为道路的路段(30)的施工过程的一部分，所述摊铺机(10)包括：
-框架(11)，所述刮板(13)附接至所述框架；
-一个或更多个履带(12)或轮子，所述一个或更多个履带(12)或轮子附接至所述框架(11)并被配置为使所述摊铺机能够沿所述路径(34)移动；
-机器控制系统(45)，所述机器控制系统(45)包括：
-一个或更多个刮板高度控制马达(46)，所述一个或更多个刮板高度控制马达(46)被配置为调整(155、165、175、185)所述刮板(13)的高度，
-一个或更多个驱动马达(48)，所述一个或更多个驱动马达(48)被配置为驱动所述履带(12)或轮子，
-机器控制单元(17)，所述机器控制单元(17)被配置为对所述一个或更多个刮板高度控制马达(46)和所述一个或更多个履带马达(48)进行控制，
其特征在于，
-一个或更多个厚度传感器(14)，所述一个或更多个厚度传感器(14)被配置为在所述摊铺机(10)沿所述路径(34)行进时连续地测量所摊铺的道路表面材料层(19)的当前层厚度，并连续地生成指示所述当前层厚度的厚度数据；以及
-根据权利要求10至13中任一项所述的系统(40)。
15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码，或者由包括程序代码段的电磁波具体实现，所述计算机程序产品具有用于执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法(100)的计算机可执行指令，特别是当在根据权利要求10至13中的任一项所述的系统(40)的计算单元(16)上运行时执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法(100)的计算机可执行指令。
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