一种实时反馈式的路面摊铺厚度调校分析方法与流程

本发明涉及路面摊铺厚度调校分析，具体为一种实时反馈式的路面摊铺厚度调校分析方法。

背景技术：

1、路面摊铺过程中，铺层厚度通常由路基高程、设计面高程以及摊铺成层状态共同确定。摊铺机作业时，混合料经送料系统输送至熨平板前方，并在熨平板的牵引、振捣和整平作用下形成铺层。牵引点位置、熨平板姿态以及熨平板前方的料头负荷均会对铺层厚度产生影响。由于厚度检测位置通常位于熨平板成层位置之后，厚度检测结果所对应的是先前已经形成的路面断面，检测结果与摊铺机当前所在位置之间存在一定的空间间隔。

2、现有的路面摊铺厚度调校方案，一般根据路基高程和设计面高程获得目标摊铺厚度，并将厚度检测装置测得的铺层厚度与目标摊铺厚度进行比较，在厚度偏差超过允许范围时，对牵引点升降量、熨平板姿态或送料状态进行调整。部分方案还会根据厚度检测装置与熨平板之间的安装距离，结合摊铺速度对检测结果进行延迟补偿，或者建立厚度偏差与牵引点调节量、送料调节量之间的对应关系，通过滤波、分段控制和调节量限制等方式形成控制指令，并依据后续获得的厚度检测结果判断调校效果。

3、然而，在连续摊铺过程中，厚度检测装置获得的厚度数据对应于已经完成成层的历史断面，而牵引点升降和送料调节产生的厚度变化则作用于后续形成的断面。摊铺速度变化、检测及处理延迟、熨平板升降响应过程、料头负荷变化以及在先调校指令，均会改变厚度检测断面与调校响应断面之间的里程间隔。现有方案采用固定距离、固定时间或按照当前摊铺位置生成调校指令时，厚度偏差所对应的断面里程与调校指令实际产生厚度响应的断面里程可能不一致，使针对前一断面厚度偏差确定的调校量作用于其他断面。对于相邻或重叠的偏差区段，前后调校量还可能在同一成层区段提前叠加、延后叠加或者在尚未完成前一区段修正时切换至后一区段。同时，牵引点升降引起的料头负荷变化若未在相同作用断面得到送料补偿，可能进一步改变该断面的实际厚度响应，导致厚度修正位置偏离目标偏差区段。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种实时反馈式的路面摊铺厚度调校分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。具体解决现有路面摊铺厚度调校中，厚度偏差所对应的成层断面里程与升降、送料调校实际产生厚度响应的断面里程不一致，致使调校量作用于非目标偏差区段的问题。

2、为实现上述目的，本发明的目的在于提供一种实时反馈式的路面摊铺厚度调校分析方法，具体包括如下方法步骤：

3、s1、将路基高程与设计面高程按摊铺里程对齐，形成基准厚度里程关系。

4、基准厚度里程关系的形成过程具体包括：

5、读取施工段的路基高程和设计面高程，将两组数据转换到道路桩号—横向偏距坐标，按横向检测位置分组并按摊铺里程升序排列；

6、校验摊铺里程单调性、相邻点间距、高程范围和质量等级，对无效数据进行排除，对相同摊铺里程的高程取中位数；

7、沿摊铺里程建立公共里程网格，对路基高程和设计面高程分别进行插值，将不能跨越插值的网格区间确定为基准厚度缺失区间；

8、根据插值后的设计面高程与路基高程确定基准厚度，对基准厚度进行有效性判断、异常点排除和缺口补齐；

9、保存摊铺里程、横向检测位置、路基高程、设计面高程、基准厚度、设计版本和有效状态，形成可按摊铺里程和横向检测位置查询的基准厚度里程关系。

10、步骤s1通过将路基高程与设计面高程转换至统一的道路桩号—横向偏距坐标，并沿公共里程网格形成可按摊铺里程和横向检测位置查询的基准厚度里程关系，使不同来源、不同采样位置的路基高程与设计面高程能够对应到相同的摊铺断面。该步骤为后续按照厚度成层里程查询基准厚度提供统一的里程参照，减少因高程数据对应里程不同、重复里程或局部数据缺失而使基准厚度对应至非检测断面的情况，使断面厚度偏差能够建立在实测厚度与同一成层断面的基准厚度之间。

11、s2、按厚度检测位置至熨平板成层作用线的位移，将实测厚度回溯至摊铺里程，形成厚度成层里程；依据基准厚度里程关系确定厚度成层里程的基准厚度，并与实测厚度比较形成断面厚度偏差。

12、厚度成层里程的确定过程具体包括：

13、分别标定各横向检测位置对应的厚度检测位置至熨平板成层作用线的固定纵向距离；

14、基于统一控制时钟获取厚度采样时刻、厚度检测设备输出时刻和本次数据处理完成时刻，依据厚度采样时刻至本次数据处理完成时刻之间的摊铺速度以及固定纵向距离确定行进位移；

15、由本次数据处理完成时刻熨平板成层作用线的摊铺里程减去行进位移并叠加厚度回溯修正偏置，确定各横向检测位置的厚度成层里程；

16、根据不同横向检测位置的固定纵向距离差异，取各厚度成层里程的中位数作为当前断面的厚度成层里程，或者保留各横向检测位置的厚度成层里程并分别查询基准厚度；

17、摊铺速度缺失时采用有效摊铺速度补齐或估算，连续不能取得有效摊铺速度时不确定新的厚度成层里程，摊铺机停车时保持最近一个有效结果。

18、断面厚度偏差的形成过程具体包括：

19、将原始厚度按压实等效换算系数换算为实测厚度，读取厚度成层里程、各横向检测位置的实测厚度及基准厚度里程关系；

20、沿摊铺里程对实测厚度进行聚合并排除脉冲异常；

21、以厚度成层里程和对应横向检测位置查询基准厚度，将实测厚度与基准厚度比较得到各横向检测位置的断面厚度偏差；

22、每个断面至少具有两个有效横向检测位置，并在至少一个有效横向检测位置的断面厚度偏差的绝对值大于厚度偏差死区阈值时确定为待调校断面；

23、按厚度成层里程从历史环形记录中读取对应成层时刻的成层前料头负荷和牵引点姿态，将断面厚度偏差与参考成层前料头负荷及参考牵引点姿态关联保存。

24、步骤s2根据厚度检测位置至熨平板成层作用线的固定纵向距离、厚度采样时刻至本次数据处理完成时刻之间的摊铺速度以及厚度回溯修正偏置，将存在检测位置间隔和数据处理延迟的实测厚度回溯至实际形成该厚度的厚度成层里程，并以厚度成层里程和对应横向检测位置查询基准厚度，形成与实际成层断面对应的断面厚度偏差；同时，按照厚度成层里程读取对应成层时刻的成层前料头负荷和牵引点姿态，使断面厚度偏差与形成该断面时的成层状态关联；由此，可减少将厚度检测设备输出时的摊铺里程或本次数据处理完成时的摊铺里程误认为厚度偏差发生里程的情况，为后续判断调校量应作用的目标偏差区段提供具有成层位置含义的输入。

25、s3、依据厚度成层里程、断面厚度偏差及熨平板升降响应距离确定可调成层边界；将可调成层边界后的断面与成层前料头负荷及牵引点姿态对应，形成断面负荷姿态对应关系；依据断面厚度偏差及断面负荷姿态对应关系确定调校作用区间，并按调校作用区间的重叠里程和响应次序形成调校交接次序。

26、可调成层边界的确定过程具体包括：

27、按材料、速度、宽度和温度分段读取各横向检测位置的熨平板升降响应距离；

28、对断面厚度偏差的绝对值大于厚度偏差死区阈值的有效横向检测位置，从厚度成层里程开始，叠加厚度成层里程至本次数据处理完成时刻熨平板成层作用线的里程差、熨平板升降响应距离和依据断面厚度偏差确定的偏差边界扩展距离，形成原始边界候选值；

29、从各原始边界候选值中取最大值并叠加可调边界修正偏置，形成可调成层边界；

30、根据当前熨平板成层作用线的摊铺里程和最长预测距离对可调成层边界进行限制，并在达到最长预测距离时限制单周期调校量。

31、断面负荷姿态对应关系的形成过程具体包括：

32、从可调成层边界开始按摊铺里程间隔向前建立候选断面，根据当前摊铺速度确定各候选断面到达熨平板成层作用线的预测时间间隔；

33、依据当前成层前料头负荷及最近有效料头负荷沿摊铺里程的变化趋势，预测各候选断面的成层前料头负荷；

34、读取当前牵引点姿态和已经排队但尚未完成的联动调校指令，根据预测时间间隔预测各候选断面的左牵引点位移和右牵引点位移；

35、结合倾角趋势以及牵引点位移对倾角的标定系数，预测各候选断面的纵向倾角和横向倾角；

36、将候选断面里程、预测成层前料头负荷、预测左牵引点位移、预测右牵引点位移、预测纵向倾角和预测横向倾角形成对应记录并按摊铺里程升序排列，形成断面负荷姿态对应关系；

37、在料头负荷有效率低于预设有效率阈值、当前牵引点位移缺失超过预设时长或外推距离达到预设外推距离上限时停止继续扩展。

38、调校作用区间的确定过程具体包括：

39、读取断面厚度偏差、参考成层前料头负荷、参考牵引点姿态和断面负荷姿态对应关系；

40、依据负荷、左位移、右位移、纵向倾角和横向倾角对厚度偏差的灵敏度系数，确定断面负荷姿态对应关系中的各候选断面在不执行新调校指令时的预测偏差；

41、从可调成层边界起，查找预测偏差的绝对值大于厚度偏差死区阈值且与对应断面厚度偏差同方向的连续候选断面；

42、在连续长度满足最小调校长度时形成调校作用区间；

43、对同一偏差方向且横向检测位置相邻、起始里程差和结束里程差均不大于预设合并距离阈值的调校作用区间进行合并；

44、保存起止里程、参与横向检测位置、代表断面厚度偏差、断面负荷姿态记录范围和代表熨平板升降响应距离。

45、调校交接次序的形成过程具体包括：

46、依据各调校作用区间的起止里程和代表熨平板升降响应距离，将调校作用区间换算为指令执行区间，确定指令开始里程和指令退出开始里程；

47、按调校作用区间的预测起始里程确定响应次序，按指令开始里程确定指令下发次序，并在指令开始里程相同时使代表熨平板升降响应距离较大的调校作用区间优先下发；

48、依据相邻调校作用区间的重叠里程实施线性交接；

49、重叠里程小于预设最小交接重叠里程时调整后一区间起始里程或前一区间结束里程，仍不能形成交接时使前一区间回零后进入后一区间，偏差方向相反时不叠加；

50、按指令下发次序保存调校作用区间、指令开始里程、调校作用区间的预测起始里程、完全接管里程、指令退出开始里程、参与横向检测位置和交接比例函数，形成调校交接次序。

51、步骤s3以厚度成层里程为起点，结合厚度成层里程至当前熨平板成层作用线的里程差、熨平板升降响应距离和偏差边界扩展距离确定可调成层边界，从而将已经形成且不能再受当前调校影响的历史断面，与能够接受后续调校并产生厚度响应的候选断面区分开；随后，通过断面负荷姿态对应关系，将可调成层边界后的各候选断面里程与预测成层前料头负荷、预测牵引点位移及预测倾角对应，并结合断面厚度偏差确定调校作用区间，使历史断面上的断面厚度偏差被转换为后续可实施调校的目标成层区段；进一步按照熨平板升降响应距离将调校作用区间换算为指令执行区间，并依据重叠里程和响应次序形成调校交接次序，可使指令开始里程、预测起始里程、完全接管里程和指令退出开始里程分别对应调校执行过程与厚度响应过程，减少相邻调校量在非目标偏差区段提前叠加、延后退出或以不符合响应次序的方式发生切换的情况。

52、s4、依据调校交接次序及断面负荷姿态对应关系确定牵引点升降调校量和送料调校量，使牵引点升降调校量引起的厚度变化方向与断面厚度偏差方向相反，且送料调校量补偿牵引点升降调校量引起的料头负荷变化，形成升降送料联合调校量，并将升降送料联合调校量转换为联动调校指令。

53、升降送料联合调校量的形成过程具体包括：

54、依据调校交接次序及断面负荷姿态对应关系，读取当前调校作用区间、参与横向检测位置、代表断面厚度偏差、预测成层前料头负荷和预测牵引点姿态；

55、根据偏差校正比例确定各有效横向检测位置与对应断面厚度偏差方向相反的目标厚度变化量；

56、依据最近有效厚度偏差确定检测稳定度，并与检测有效性共同形成厚度目标权重；

57、以左牵引点升降调校量、右牵引点升降调校量和送料调校量组成控制向量；

58、依据厚度目标权重、各调校量的厚度变化响应系数以及各调校量的成层前料头负荷响应系数，在料头负荷补偿、调校量限幅、牵引点升降调校量引起的厚度变化方向与断面厚度偏差方向相反、升降送料联合调校量引起的厚度变化方向与断面厚度偏差方向相反以及牵引点位移和姿态许可的约束下，通过有限主动约束枚举确定控制向量；

59、将控制向量确定的升降送料联合调校量按照指令开始里程、调校作用区间的预测起始里程、指令退出开始里程和交接比例转换为随摊铺里程变化的执行给定值；

60、关联施工段、调校周期、回零斜坡、限幅值和版本，形成联动调校指令。

61、步骤s4依据调校交接次序和断面负荷姿态对应关系，在各调校作用区间对应的预测成层前料头负荷和预测牵引点姿态条件下，确定左牵引点升降调校量、右牵引点升降调校量和送料调校量，使牵引点升降调校量及升降送料联合调校量引起的厚度变化方向与断面厚度偏差方向相反，并由送料调校量补偿牵引点升降调校量引起的料头负荷变化；通过将升降送料联合调校量按照指令开始里程、调校作用区间的预测起始里程、指令退出开始里程和交接比例转换为随摊铺里程变化的执行给定值，可使升降调校和送料调校按照同一调校作用区间及同一调校交接次序执行，降低因牵引点升降改变料头负荷而使实际厚度响应位置或响应方向偏离目标偏差区段的可能性。

62、s5、执行联动调校指令，以反馈厚度响应起始里程与调校作用区间的预测起始里程之差形成成层响应里程偏差，并用成层响应里程偏差修正下一周期的厚度成层里程、可调成层边界、调校作用区间及调校交接次序。

63、成层响应里程偏差的形成过程具体包括：

64、执行联动调校指令并记录实际开始执行时刻、实际开始执行里程、左牵引点位移反馈、右牵引点位移反馈、送料反馈和指令版本；

65、将调校后的铺层厚度按厚度成层里程的确定过程映射到反馈厚度成层里程；

66、依据反馈断面厚度偏差与调校作用区间开始前的断面厚度偏差确定反馈变化量，并根据各横向检测位置的断面厚度偏差形成反馈权重；

67、在当前调校作用区间的多个参与横向检测位置的反馈变化沿原断面厚度偏差反向，且在连续预设数量的里程单元内均满足反馈反向变化阈值时，确定反馈厚度响应起始里程；

68、以反馈厚度响应起始里程与调校作用区间的预测起始里程之差形成成层响应里程偏差；

69、根据成层响应里程偏差更新厚度回溯修正偏置和可调边界修正偏置，使下一周期重新确定厚度成层里程、可调成层边界、调校作用区间和调校交接次序；

70、在反馈等待距离内未确定反馈厚度响应起始里程时不更新修正偏置并缩小下一周期调校量，在连续未确定或出现不利反馈时停止自动调校或使已执行调校量回零。

71、步骤s5将调校后的铺层厚度重新映射至反馈厚度成层里程，并根据当前调校作用区间的多个参与横向检测位置中沿原断面厚度偏差反向、且在连续预设数量的里程单元内均满足反馈反向变化阈值的反馈变化确定反馈厚度响应起始里程，再以反馈厚度响应起始里程与调校作用区间的预测起始里程之差形成成层响应里程偏差；该成层响应里程偏差能够表征联动调校指令实际产生厚度响应的断面里程相对于预测起始里程的提前量或滞后量，并用于更新厚度回溯修正偏置和可调边界修正偏置，使下一周期重新确定厚度成层里程、可调成层边界、调校作用区间和调校交接次序；由此，可根据已经发生的实际厚度响应修正后续周期中的里程映射和调校时序，降低相同里程偏差在连续调校周期中累积，并导致调校量持续作用于非目标偏差区段的可能性。

72、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

73、1、本发明基于对现有技术问题的进一步分析和研究，认识到厚度检测位置与熨平板成层作用线之间存在空间间隔，且牵引点升降调校量和送料调校量从开始执行至产生厚度响应还具有相应的作用距离，使断面厚度偏差对应的厚度成层里程与联动调校指令实际产生厚度响应的断面里程可能发生偏移；

74、为此，本发明先将路基高程与设计面高程按摊铺里程对齐形成基准厚度里程关系，并按照厚度检测位置至熨平板成层作用线的位移将实测厚度回溯至厚度成层里程，以形成与实际成层断面对应的断面厚度偏差；再以厚度成层里程和熨平板升降响应距离确定可调成层边界，将可调成层边界后的断面与成层前料头负荷及牵引点姿态对应形成断面负荷姿态对应关系，并据此依次确定调校作用区间和调校交接次序；进而依据调校交接次序及断面负荷姿态对应关系确定牵引点升降调校量和送料调校量，使牵引点升降调校量引起的厚度变化方向与断面厚度偏差方向相反，并由送料调校量补偿牵引点升降调校量引起的料头负荷变化，形成随摊铺里程执行的联动调校指令；

75、由此，使断面厚度偏差的成层位置识别、可实施调校的断面范围、调校作用区间以及联动调校指令的执行和响应次序均以摊铺里程形成前后对应关系，有助于减小厚度成层里程与实际厚度响应断面里程之间的偏移，降低升降送料联合调校量作用于非目标偏差区段的可能性，并提高相邻调校作用区间进入、接管和退出过程与实际成层过程的匹配程度。

76、2、本发明在执行联动调校指令后，将调校后的铺层厚度映射至反馈厚度成层里程，并根据当前调校作用区间的多个参与横向检测位置中沿原断面厚度偏差反向、且在连续预设数量的里程单元内均满足反馈反向变化阈值的反馈变化确定反馈厚度响应起始里程，以反馈厚度响应起始里程与调校作用区间的预测起始里程之差形成成层响应里程偏差，进而根据成层响应里程偏差更新厚度回溯修正偏置和可调边界修正偏置，使下一周期重新确定厚度成层里程、可调成层边界、调校作用区间和调校交接次序；由此，可将联动调校指令的实际厚度响应位置反馈至后续周期的里程回溯和调校时序确定过程，对预测起始里程相对于反馈厚度响应起始里程的提前或滞后进行修正，从而减小成层位置映射偏差在连续调校周期中的累积，并进一步降低后续联动调校指令偏离目标偏差区段的可能性。