CN117536058A - 一种基于道路施工过程平整度在线检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路施工过程平整度在线检测方法及系统，包括：通过设置在摊铺机两侧的第一多线激光雷达获取摊铺机前进方向的第一路面信息；利用设置在摊铺机的熨平板两侧的第一定位装置获取摊铺机的第一位置信息；基于第一路面信息和第一位置信息，格栅化待摊铺路面的平整度信息并进行显示，以对摊铺路面进行反相摊铺找平；通过设置在压路机前后两端的第二多线激光雷达获取压路机前后方向的第二路面信息；利用设置在压路机两侧的第二定位装置，获取压路机的第二位置信息；基于第二路面信息和第二位置信息，格栅化待碾压路面的平整度信息并进行显示，从而对路面的碾压进行调整。本发明有利于提高道路施工的效率和施工质量，实现智能化控制。

Description

一种基于道路施工过程平整度在线检测方法及系统

技术领域

本发明涉及道路施工检测技术领域，特别涉及一种道路施工过程平整度在线检测方法及系统。

背景技术

在道路施工过程中的摊铺阶段，常见的道路摊铺找平技术主要采用人工基准和虚拟基准两种方式；其中，人工基准通过架设钢丝绳的方式来设定摊铺找平基准，然后利用平衡梁在钢丝绳上划动来进行摊铺；虚拟基准则是利用毫米波雷达来测量三个位置的平均高程，并将其作为摊铺基准；然而，这两种方式都只能做到摊铺后的路面平整，而无法确保压实后的路面平整，从而容易造成道路平整度验收不合格。

此外，在终压阶段出现的道路不平整情况主要由路面鼓包构成；在白天，工作人员通常依靠人眼来识别路面不平整的情况，但在夜晚施工时由于视线不清却往往难以发现；而目前的沥青及水稳基层路面压实过程采用先压实后检测的方式进行找平，一旦路面平整度检测不合格，伴随着施工时间的推移和温度的下降，压路机也难以将不平整路面收光；因此，在线检测道路平整度对于道路收面工作尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种道路施工过程平整度在线检测方法，解决当前摊铺技术中只针对摊铺平整而忽略压实平整的问题，以及压实过程中无法检测路面平整度、操作机手盲压的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种道路施工过程平整度在线检测方法，所述方法包括：

通过设置在摊铺机两侧的第一多线激光雷达获取摊铺机前进方向的第一路面信息；

利用设置在摊铺机的熨平板两侧的第一定位装置获取摊铺机的第一位置信息；

基于第一路面信息和第一位置信息，格栅化待摊铺路面的平整度信息并进行显示，以对摊铺路面进行反相摊铺找平；

通过设置在压路机前后两端的第二多线激光雷达获取压路机前后方向的第二路面信息；

利用设置在压路机两侧的第二定位装置，获取压路机的第二位置信息；

基于第二路面信息和第二位置信息，格栅化待碾压路面的平整度信息并进行显示，从而对路面的碾压进行调整。

结合第一方面，可选的，所述基于第一路面信息和第一位置信息，格栅化待摊铺路面的平整度信息并进行显示，以对摊铺路面进行反相摊铺找平的步骤包括：

根据第一多线激光雷达扫描到的待摊铺路面的起伏情况，对路面进行栅格化处理；

以道路延伸方向依次排列的各格栅组成一列，确定摊铺机前进方向各列路面的高程数据；

结合第一定位装置的安装位置、第一多线激光雷达的安装位置及激光到扫描路面的距离信息，确定各路面栅格中心点的位置信息；

根据各列路面的高程数据及各格栅的位置信息，自动调节熨平板高度对各相应路面进行反相摊铺，以完成摊铺路面的自动找平。

结合第一方面，可选的，各列路面的高程数据包括各列路面中所有格栅的高程，各格栅的高程为其格栅内所有激光点的高程数据的平均值。

结合第一方面，可选的，所述确定各路面栅格中心点的位置信息的计算公式如下：

式中，(N_x,N_y)表示第N个路面栅格中心点的坐标；A(x₀,y₀)、B(x₁,y₁)分别表示两个第一定位装置的位置坐标；l₁表示第一多线激光雷达到两第一定位装置连线的垂直距离；a₁表示同侧的第一定位装置和第一多线激光雷达之间的水平距离；b₁表示第一多线激光雷达到第N个路面栅格中心点的激光距离，δ₁为第一多线激光雷达的散射角度，α₁表示栅格中心点所对应的激光与水平夹角。

结合第一方面，可选的，所述反相摊铺的摊铺厚度通过下式计算获得：

h_tp＝h₀+(h_set-h₀)·k_sp

式中，h_tp为待摊铺路面的摊铺厚度；h₀为原路面相对于基准面的高度，基准面即为摊铺机履带所在平面；h_set为预设压实后实铺厚度；k_sp为松铺系数。

结合第一方面，可选的，所述基于第二路面信息和第二位置信息，格栅化待碾压路面的平整度信息并进行显示，从而对路面的碾压进行调整的步骤包括：

根据安装在前端的第二多线激光雷达扫描到的待碾压路面的起伏情况，对路面进行栅格化处理；

结合第二定位装置的安装位置、第二多线激光雷达的安装位置及激光到扫描路面的距离信息，确定各路面栅格中心点的位置信息及平整度；

基于各格栅的不同平整度，压路机调整不同的碾压力度对各相应路面进行压平；

当压路行驶过不平整路面后，利用安装在后端的第二多线激光雷达对碾压后的路面进行扫描，以对收面的效果进行反馈。

结合第一方面，可选的，所述确定各路面栅格中心点的位置信息的计算公式如下：

式中，(M_x，M_y)表示第M个路面栅格中心点的坐标；C(x₂,y₂)、D(x₃,y₃)分别表示两个第二定位装置的位置坐标；l₂表示第二多线激光雷达到两第一定位装置连线的垂直距离；b₂表示第二多线激光雷达到第M个路面栅格中心点的激光距离，δ₂为第二多线激光雷达的散射角度，α₂表示栅格中心点所对应的激光与水平夹角。

结合第一方面，可选的，所述确定各路面栅格的平整度的计算公式如下:

式中，σ表示当前计算的路面栅格的平整度，x_i是当前计算的路面栅格内第i个激光点的高程，μ是当前计算的路面栅格内所有激光点高程的平均值，K是当前计算的路面栅格内激光点的数量。

第二发方面，本发明还提供一种道路施工过程平整度在线检测系统，所述系统包括第一多线激光雷达、第一定位装置、第二多线激光雷达、第二定位装置以及数据处理及显示单元；

所述数据处理及显示单元与第一多线激光雷达、第一定位装置、第二多线激光雷达、第二定位装置分别电连接，用于执行第一方面任一所述的道路施工过程平整度在线检测方法。

结合第二方面，可选的，第一多线激光雷达设有两个，分别安装在摊铺机前端的两侧，用于获取摊铺机前进方向的第一路面信息；

第一定位装置设有两个，分别安装在摊铺机的熨平板两侧，用于获取摊铺机的第一位置信息；

第二多线激光雷达设有两个，分别安装在压路机的前后两端，用于获取压路机前后方向的第二路面信息；

第二定位装置设有两个，分别安装在压路机的两侧，用于获取压路机的第二位置信息。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明通过第一多线激光雷达和第一定位装置精准测量路面信息，根据栅格化的路面平整度信息进行反相摊铺实现压实后的最终路面平整；在终压过程中，利用第二多线激光雷达和第二定位装置，进一步准确地测量出路面的起伏情况和平整度情况，并实时显示相关信息，方便机手操作压路机进行处理，提高了道路施工的效率和施工质量，降低了机手操作的难度和劳动强度，并实现了智能化和自动化控制。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种道路施工过程平整度在线检测方法的反相摊铺示意图；

图2是本发明实施例提供的路面格栅化示意图；

图3是本发明实施例提供的摊铺机上第一多线激光雷达安装位置及测距的左视图；

图4是本发明实施例提供的摊铺机上第一多线激光雷达安装位置及测距的俯视图；

图5是本发明实施例提供的压路机上第二多线激光雷达安装位置的左视图；

图6是本发明实施例提供的压路机上第二多线激光雷达安装位置的俯视图；

图7是本发明实施例提供的压实度检测显示屏UI界面示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

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”等仅用于描述目的，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”等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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例介绍一种道路施工过程平整度在线检测方法，具体包括以下步骤：

步骤1：通过设置在摊铺机两侧的第一多线激光雷达1获取摊铺机前进方向的第一路面信息；

步骤2：利用设置在摊铺机的熨平板两侧的第一定位装置2获取摊铺机的第一位置信息；

步骤3：基于第一路面信息和第一位置信息，格栅化待摊铺路面的平整度信息并进行显示，以对摊铺路面进行反相摊铺找平；

步骤4：通过设置在压路机前后两端的第二多线激光雷达3获取压路机前后方向的第二路面信息；

步骤5：利用设置在压路机两侧的第二定位装置，获取压路机的第二位置信息；

步骤6：基于第二路面信息和第二位置信息，格栅化待碾压路面的平整度信息并进行显示，从而对路面的碾压进行调整。

需要说明的是，步骤3中对每一列栅格的高度进行比较，通过该列栅格的平均值作为该列栅格路面的实际高度数据，以此描述该列路面相对于基准面的起伏情况；步骤3具体包括：

步骤3.1：根据第一多线激光雷达1扫描到的待摊铺路面的起伏情况，对路面进行栅格化处理；

参照参照图2，将多线激光扫描到的区域进行栅格化处理，即将路面分成一定大小的小区域，每个小区域被称为一个栅格。

步骤3.2：以道路延伸方向依次排列的各格栅组成一列，确定摊铺机前进方向各列路面的高程数据；

其中，各列路面的高程数据包括各列路面中所有格栅的高程，各格栅的高程为其格栅内所有激光点的高程数据的平均值。

步骤3.3：结合第一定位装置2的安装位置、第一多线激光雷达1的安装位置及激光到扫描路面的距离信息，确定各路面栅格中心点的位置信息；

参照图3和图4，本实施例中确定各路面栅格中心点的位置信息的计算公式如下：

式中，(N_x,N_y)表示第N个路面栅格中心点的坐标；A(x₀,y₀)、B(x₁,y₁)分别表示两个第一定位装置2的位置坐标；l₁表示第一多线激光雷达1到两第一定位装置2连线的垂直距离；a₁表示同侧的第一定位装置2和第一多线激光雷达1之间的水平距离；b₁表示第一多线激光雷达1到第N个路面栅格中心点的激光距离，δ₁为第一多线激光雷达1的散射角度，α₁表示栅格中心点所对应的激光与水平夹角。

步骤3.4：根据各列路面的高程数据及各格栅的位置信息，自动调节熨平板高度对各相应路面进行反相摊铺，以完成摊铺路面的自动找平。

需要说明的是根据定位数据、摊铺机车身结构，可以获取熨平板所在位置，当熨平板到达指定的栅格位置时，调整熨平板的高度，达到反相摊铺状态；其中，反相摊铺状态是考虑到摊铺过程中松铺系数的问题，针对原路面不同的起伏程度摊铺不同厚度的路面材料，即原路面低的区域多铺、原路面高的区域少铺；进一步的，本实施例反相摊铺的摊铺厚度通过下式计算获得：

h_tp＝h₀+(h_set-h₀)·k_sp

式中，h_tp为待摊铺路面的摊铺厚度；h₀为原路面相对于基准面的高度，基准面即为摊铺机履带所在平面；h_set为预设压实后实铺厚度；k_sp为松铺系数。

作为本发明的一种实施例，步骤6中基于第二路面信息和第二位置信息，格栅化待碾压路面的平整度信息并进行显示，从而对路面的碾压进行调整的步骤包括：

步骤6.1：根据安装在前端的第二多线激光雷达3扫描到的待碾压路面的起伏情况，对路面进行栅格化处理；

步骤6.2：结合第二定位装置的安装位置、第二多线激光雷达3的安装位置及激光到扫描路面的距离信息，确定各路面栅格中心点的位置信息及平整度；

具体的，参照图5和图6，本实施例中确定各路面栅格中心点的位置信息的计算公式如下：

式中，(M_x，M_y)表示第M个路面栅格中心点的坐标；C(x₂,y₂)、D(x₃,y₃)分别表示两个第二定位装置的位置坐标；l₂表示第二多线激光雷达3到两第一定位装置2连线的垂直距离；b₂表示第二多线激光雷达3到第M个路面栅格中心点的激光距离，δ₂为第二多线激光雷达3的散射角度，α₂表示栅格中心点所对应的激光与水平夹角。

进一步的，本实施例确定各路面栅格的平整度的计算公式如下:

式中，σ表示当前计算的路面栅格的平整度，x_i是当前计算的路面栅格内第i个激光点的高程，μ是当前计算的路面栅格内所有激光点高程的平均值，K是当前计算的路面栅格内激光点的数量。

步骤6.3：基于各格栅的不同平整度，压路机调整不同的碾压力度对各相应路面进行压平；

步骤6.4：当压路行驶过不平整路面后，利用安装在后端的第二多线激光雷达3对碾压后的路面进行扫描，以对收面的效果进行反馈。

在其他可选的实施方式中，步骤6还包括：将不同平整度的格栅区域标记为不同的颜色加以区分，并通过数据处理及显示单元显示在驾驶室内，方便机手驾驶压路机在不平整路面进行开震。当压路机行驶过不平整区域后，安装在后车架的多线激光按照相同步骤再次对路面进行扫描，以对收面的效果进行反馈。

本发明实施例提供一种道路施工过程平整度在线检测系统，包括第一多线激光雷达1、第一定位装置2、第二多线激光雷达3、第二定位装置以及数据处理及显示单元；其中，数据处理及显示单元与第一多线激光雷达1、第一定位装置2、第二多线激光雷达3、第二定位装置分别电连接，用于执行上述道路施工过程平整度在线检测方法。

具体的，在摊铺机的料斗前端左侧和右侧架设支架，两侧支架各安装一台第一多线激光雷达，以摊铺机履带所在平面为基准平面，可以扫描摊铺机前方未摊铺区域相对于基准平面的起伏情况；两台第一多线激光雷达以总线形式传输数据，保持波特率一致，总线另一侧与数据处理及显示单元连接。

进一步的，第一定位装置2设有两个，分别安装在摊铺机的熨平板两侧，用于获取摊铺机的第一位置信息；第二定位装置也设有两个，分别安装在压路机的两侧，用于获取压路机的第二位置信息；第一定位装置2和第二定位装置为车载GPS，可以直接追踪车辆的位置和方向。此外，第二多线激光雷达3设有两个，一个安装于压路机前车架前侧中心位置，另一台安装于后车架后侧中心位置，用于扫描压路机前后道路起伏情况，以获取压路机前后方向的第二路面信息。

在本实施例中，数据处理及显示单元，为具有存储和运算处理功能的电子设备，能够处理摊铺机及压路机各传感器的数据，可以安装程序、处理数据，并将输入的数据显示出来。其中，压实度检测显示屏UI界面如图7所示，显数据处理及显示单元还会显示当前车辆位置示意图、道路平整度示意图、当前车道标识、下一不平整路面距离检测、以及压实路面平整度等信息；机手可以根据显示器上的信息进行操作，使压路机在不平整的路面上进行开振，从而通过对道路的平整度进行在线检测，实现智能化和自动化控制。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种道路施工过程平整度在线检测方法，所述方法包括：

通过设置在摊铺机两侧的第一多线激光雷达获取摊铺机前进方向的第一路面信息；

利用设置在摊铺机的熨平板两侧的第一定位装置获取摊铺机的第一位置信息；

基于第一路面信息和第一位置信息，格栅化待摊铺路面的平整度信息并进行显示，以对摊铺路面进行反相摊铺找平；

通过设置在压路机前后两端的第二多线激光雷达获取压路机前后方向的第二路面信息；

利用设置在压路机两侧的第二定位装置，获取压路机的第二位置信息；

基于第二路面信息和第二位置信息，格栅化待碾压路面的平整度信息并进行显示，从而对路面的碾压进行调整。

2.根据权利要求1所述的道路施工过程平整度在线检测方法，其特征在于，所述基于第一路面信息和第一位置信息，格栅化待摊铺路面的平整度信息并进行显示，以对摊铺路面进行反相摊铺找平的步骤包括：

根据第一多线激光雷达扫描到的待摊铺路面的起伏情况，对路面进行栅格化处理；

以道路延伸方向依次排列的各格栅组成一列，确定摊铺机前进方向各列路面的高程数据；

结合第一定位装置的安装位置、第一多线激光雷达的安装位置及激光到扫描路面的距离信息，确定各路面栅格中心点的位置信息；

根据各列路面的高程数据及各格栅的位置信息，自动调节熨平板高度对各相应路面进行反相摊铺，以完成摊铺路面的自动找平。

3.根据权利要求2所述的道路施工过程平整度在线检测方法，其特征在于，各列路面的高程数据包括各列路面中所有格栅的高程，各格栅的高程为其格栅内所有激光点的高程数据的平均值。

4.根据权利要求2所述的道路施工过程平整度在线检测方法，其特征在于，所述确定各路面栅格中心点的位置信息的计算公式如下：

式中，(N_x,N_y)表示第N个路面栅格中心点的坐标；A(x₀,y₀)、B(x₁,y₁)分别表示两个第一定位装置的位置坐标；l₁表示第一多线激光雷达到两第一定位装置连线的垂直距离；a₁表示同侧的第一定位装置和第一多线激光雷达之间的水平距离；b₁表示第一多线激光雷达到第N个路面栅格中心点的激光距离，δ₁为第一多线激光雷达的散射角度，α₁表示栅格中心点所对应的激光与水平夹角。

5.根据权利要求1至4任一所述的道路施工过程平整度在线检测方法，其特征在于，所述反相摊铺的摊铺厚度通过下式计算获得：

h_tp＝h₀+(h_set-h₀)·k_sp

式中，h_tp为待摊铺路面的摊铺厚度；h₀为原路面相对于基准面的高度，基准面即为摊铺机履带所在平面；h_set为预设压实后实铺厚度；k_sp为松铺系数。

6.根据权利要求1所述的道路施工过程平整度在线检测方法，其特征在于，所述基于第二路面信息和第二位置信息，格栅化待碾压路面的平整度信息并进行显示，从而对路面的碾压进行调整的步骤包括：

根据安装在前端的第二多线激光雷达扫描到的待碾压路面的起伏情况，对路面进行栅格化处理；

结合第二定位装置的安装位置、第二多线激光雷达的安装位置及激光到扫描路面的距离信息，确定各路面栅格中心点的位置信息及平整度；

基于各格栅的不同平整度，压路机调整不同的碾压力度对各相应路面进行压平；

当压路行驶过不平整路面后，利用安装在后端的第二多线激光雷达对碾压后的路面进行扫描，以对收面的效果进行反馈。

7.根据权利要求6所述的道路施工过程平整度在线检测方法，其特征在于，所述确定各路面栅格中心点的位置信息的计算公式如下：

式中，(M_x，M_y)表示第M个路面栅格中心点的坐标；C(x₂,y₂)、D(x₃,y₃)分别表示两个第二定位装置的位置坐标；l₂表示第二多线激光雷达到两第一定位装置连线的垂直距离；b₂表示第二多线激光雷达到第M个路面栅格中心点的激光距离，δ₂为第二多线激光雷达的散射角度，α₂表示栅格中心点所对应的激光与水平夹角。

8.根据权利要求6所述的道路施工过程平整度在线检测方法，其特征在于，所述确定各路面栅格的平整度的计算公式如下:

式中，σ表示当前计算的路面栅格的平整度，x_i是当前计算的路面栅格内第i个激光点的高程，μ是当前计算的路面栅格内所有激光点高程的平均值，K是当前计算的路面栅格内激光点的数量。

9.一种道路施工过程平整度在线检测系统，其特征在于，所述系统包括第一多线激光雷达、第一定位装置、第二多线激光雷达、第二定位装置以及数据处理及显示单元；

所述数据处理及显示单元与第一多线激光雷达、第一定位装置、第二多线激光雷达、第二定位装置分别电连接，用于执行权利要求1至8任一所述的道路施工过程平整度在线检测方法。

10.根据权利要求9所述的道路施工过程平整度在线检测系统，其特征在于，

第一多线激光雷达设有两个，分别安装在摊铺机前端的两侧，用于获取摊铺机前进方向的第一路面信息；

第一定位装置设有两个，分别安装在摊铺机的熨平板两侧，用于获取摊铺机的第一位置信息；

第二多线激光雷达设有两个，分别安装在压路机的前后两端，用于获取压路机前后方向的第二路面信息；

第二定位装置设有两个，分别安装在压路机的两侧，用于获取压路机的第二位置信息。