公路施工质量监控方法与流程

本发明涉及公路施工质量控制。更具体地说，本发明涉及一种公路施工质量监控方法。

背景技术：

1、公路工程中，路基与路面结构的压实质量直接关系到道路的服役性能和使用寿命。压实不均匀会导致局部区域出现沉降、开裂、水损害等早期病害，严重影响行车安全与舒适性。因此，在施工过程中对压实质量进行精准监控，及时识别并补压不均匀缺陷区域，是公路施工质量控制的核心环节。

2、目前，公路施工中的压实质量检测主要依赖传统的事后抽检方法，例如灌砂法、核子密度仪法、环刀法等。这类方法的基本操作流程是：在碾压作业完成后，选择若干离散的检测点位进行取样或测量，根据各点位的检测结果判断压实质量是否达标。然而，这类方法存在多个固有缺陷。其一，检测点数量有限且位置稀疏，难以全面反映整个施工工作面的压实分布状况，尤其容易漏掉面积较小的局部不均匀区域。其二，检测结果具有滞后性，通常在碾压完成一段时间后才能获得，无法在施工过程中实时指导碾压作业，一旦发现缺陷往往需要返工，造成工期延误和成本增加。其三，抽样检测方式依赖统计推断，当填料性质或施工条件发生变化时，检测点的代表性不足，误判风险较高。

3、部分现有技术尝试引入传感器进行压实检测，但是缺少能够将检测结果映射到施工路面具体位置并识别缺陷边界的技术方案，导致补压作业往往凭经验判断，补压位置不精确、补压范围不明确。在补压作业指导方面，现有施工管理通常采用整体补压或人工标记的方式，无法根据缺陷的严重程度和分布特征自动规划补压路径和量化补压遍数，致使补压作业效率低下且效果不稳定。

4、因此，亟需设计一种能够克服上述缺陷的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种公路施工质量监控方法，旨在克服现有技术中压实均匀性评价不全面、局部缺陷定位不精准、补压作业缺乏量化指导的缺陷。

2、为了实现本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了公路施工质量监控方法，包括：s1：在压路机碾压过程中，实时获取压路机振动轮的竖向加速度序列，并同步获取压路机的位置坐标；s2：根据竖向加速度序列计算每个位置坐标对应的压实测量值、主频幅值与倍频幅值的主倍频幅比以及有效加速度值；s3：根据压实测量值、主倍频幅比以及有效加速度值计算每个位置坐标的综合均匀性指数；s4：将综合均匀性指数按照位置坐标映射至施工路面的网格单元；s5：计算同一网格单元内综合均匀性指数的标准差，并计算相邻网格单元之间综合均匀性指数的差值；s6：当标准差超过预设标准差阈值或差值超过预设差异阈值时，将对应网格单元或相邻网格单元所在区域判定为不均匀缺陷区域；s7：根据不均匀缺陷区域生成补压路径指令，补压路径指令包含需要局部补压的位置坐标范围以及补压遍数。

3、进一步地，在s1中，将采集的竖向加速度序列以基于振动轮当前振动周期调整滤波窗口宽度，对加速度数据进行滤波处理；以与竖向加速度序列相同的采样时间获取位置坐标数据；将滤波后的竖向加速度序列与位置坐标数据按照统一的时间戳进行逐点对齐，形成每个加速度采样点绑定一个对应位置坐标的同步数据序列；其中，调整滤波窗口宽度的方式为：根据最近一个振动周期内加速度信号的过零点间隔实时计算当前振动周期，并将滤波窗口宽度设定为当前振动周期的预设比例。

4、进一步地，s2中，对于每个位置坐标对应的竖向加速度序列，进行频域变换得到幅值谱，将幅值最大的频率分量所对应的频率确定为主频，并将主频的幅值记为主频幅值，将主频的二倍频和三倍频处的幅值分别记为二倍频幅值和三倍频幅值；计算主频幅值与二倍频幅值的比值作为主倍频幅比，其中若二倍频幅值低于噪声基底，则改用三倍频幅值计算主倍频比值，若三倍频幅值也低于噪声基底，则将主倍频幅比设为预设常数；计算竖向加速度序列的均方根值作为有效加速度值；计算竖向加速度序列的峰值绝对值作为压实测量值。

5、进一步地，在s3中，将每个位置坐标对应的压实测量值、主倍频幅比和有效加速度值组成特征向量；以当前位置坐标为中心，在空间位置上选取预设半径内的所有相邻位置作为邻域；计算当前特征向量与其邻域内所有特征向量的平均欧氏距离，再计算邻域内各特征向量彼此之间的平均欧氏距离；将上述两个平均欧氏距离的比值作为当前位置的局部离群因子，并归一化后作为综合均匀性指数。

6、进一步地，根据压路机的碾压轮宽确定基准网格尺寸；获取施工路面的平整度检测数据，计算各区域的平整度变异系数，将变异系数超过预设阈值的区域划分为加密网格，其网格尺寸小于基准网格尺寸；其余区域采用基准网格尺寸。

7、进一步地，在s5中，计算同一网格单元内综合均匀性指数的标准差时，使用网格单元内大于中位数的综合均匀性指数计算标准差；计算相邻网格单元之间综合均匀性指数的差值时，取两个网格单元内综合均匀性指数的下四分位数，计算下四分位数的差值绝对值。

8、进一步地，在s6中，当标准差超过预设标准差阈值或差值超过预设差异阈值时，将网格单元标记为候选缺陷单元；将所有相邻的候选缺陷单元聚类形成候选缺陷区域；计算每个候选缺陷区域的面积与边界长度的比值，若小于预设形态阈值，则将候选缺陷区域判定为孤立噪声单元并予以剔除；其中，预设形态阈值根据压路机振动轮宽度的预设比例确定。

9、进一步地，在s7中，计算各不均匀缺陷区域的几何中心坐标，采用路径规划算法将所有几何中心依次连接形成一条经过所有不均匀缺陷区域的连续补压路径；将各不均匀缺陷区域的位置坐标范围合并作为需要局部补压的位置坐标范围，并以连续补压路径作为压路机的行驶导航路线；根据每个不均匀缺陷区域的综合均匀性指数的偏差程度独立确定对应区段的补压遍数，并将补压遍数沿连续补压路径编码为随位置变化的指令参数。

10、本发明至少包括以下有益效果：

11、本发明同步获取压实测量值、主倍频幅比与有效加速度值三个维度的特征参数，并据此计算综合均匀性指数，克服了单一指标难以全面表征压实状态复杂变化的缺陷，显著提升了压实均匀性评价的准确性和可靠性，降低了误判和漏判风险。将综合均匀性指数映射至施工路面的网格单元，通过计算单元内标准差与相邻单元间差值，能够精细识别不均匀缺陷区域的边界和空间分布范围，解决了传统方法无法准确定位需要补压的位置坐标范围的问题，为后续补压作业提供了精确的空间依据。根据判定出的不均匀缺陷区域自动生成补压路径指令，实现了补压作业的量化指导和自动化规划，避免了依赖操作人员经验所导致的补压位置不明确、补压遍数随意、作业效率低下和效果不稳定等问题。

12、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

1.公路施工质量监控方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的公路施工质量监控方法，其特征在于，在s1中，将采集的竖向加速度序列以基于振动轮当前振动周期调整滤波窗口宽度，对加速度数据进行滤波处理；以与竖向加速度序列相同的采样时间获取位置坐标数据；

3.如权利要求1所述的公路施工质量监控方法，其特征在于，s2中，对于每个位置坐标对应的竖向加速度序列，进行频域变换得到幅值谱，将幅值最大的频率分量所对应的频率确定为主频，并将主频的幅值记为主频幅值，将主频的二倍频和三倍频处的幅值分别记为二倍频幅值和三倍频幅值；计算主频幅值与二倍频幅值的比值作为主倍频幅比，其中若二倍频幅值低于噪声基底，则改用三倍频幅值计算主倍频比值，若三倍频幅值也低于噪声基底，则将主倍频幅比设为预设常数；

4.如权利要求1所述的公路施工质量监控方法，其特征在于，在s3中，将每个位置坐标对应的压实测量值、主倍频幅比和有效加速度值组成特征向量；以当前位置坐标为中心，在空间位置上选取预设半径内的所有相邻位置作为邻域；计算当前特征向量与其邻域内所有特征向量的平均欧氏距离，再计算邻域内各特征向量彼此之间的平均欧氏距离；将上述两个平均欧氏距离的比值作为当前位置的局部离群因子，并归一化后作为综合均匀性指数。

5.如权利要求1所述的公路施工质量监控方法，其特征在于，根据压路机的碾压轮宽确定基准网格尺寸；获取施工路面的平整度检测数据，计算各区域的平整度变异系数，将变异系数超过预设阈值的区域划分为加密网格，其网格尺寸小于基准网格尺寸；其余区域采用基准网格尺寸。

6.如权利要求1所述的公路施工质量监控方法，其特征在于，在s5中，计算同一网格单元内综合均匀性指数的标准差时，使用网格单元内大于中位数的综合均匀性指数计算标准差；计算相邻网格单元之间综合均匀性指数的差值时，取两个网格单元内综合均匀性指数的下四分位数，计算下四分位数的差值绝对值。

7.如权利要求1所述的公路施工质量监控方法，其特征在于，在s6中，当标准差超过预设标准差阈值或差值超过预设差异阈值时，将网格单元标记为候选缺陷单元；将所有相邻的候选缺陷单元聚类形成候选缺陷区域；

8.如权利要求1所述的公路施工质量监控方法，其特征在于，在s7中，计算各不均匀缺陷区域的几何中心坐标，采用路径规划算法将所有几何中心依次连接形成一条经过所有不均匀缺陷区域的连续补压路径；将各不均匀缺陷区域的位置坐标范围合并作为需要局部补压的位置坐标范围，并以连续补压路径作为压路机的行驶导航路线；根据每个不均匀缺陷区域的综合均匀性指数的偏差程度独立确定对应区段的补压遍数，并将补压遍数沿连续补压路径编码为随位置变化的指令参数。