一种沥青路面施工过程平整度实时检测方法与流程

1.本发明属于路面平整度检测技术领域，具体涉及一种沥青路面施工过程平整度实时检测方法。


背景技术：

2.国内部分道路施工通车后不久即发现质量问题，其原因众多，但缺少施工过程中的路面质量过程控制是主导因素之一。沥青路面在实际铺筑过程中，多台压路机紧跟摊铺机对路面进行碾压作业，以保证路面平整度等指标满足工后路面质量验收要求。各种压路机采用往返行驶、反复压实的行驶策略，常出现质量已达标路段仍被碾压，未达标路段易被忽视的情况。沥青混合料在热态下存在可塑性，容易受到摊铺、碾压过程中的各种人为、设备、环境等因素影响，导致路面出现起伏、颠簸等现象，如不能在热态下及时发现类似问题，路面的不平整现象就成为一种固定的形态难以修补，给司乘人员的行车舒适性带来很大的影响，严重情况下还可能带来安全隐患。
3.目前，对于路面施工质量的评价主要采用修完压完后再检测的方法，其存在“以点代面”的局限性和“事后检测”的被动性，若是不能做到施工过程中沥青混凝土平整度等指标的过程监控，等路面冷却下来后发现路面平整度不良，则带来的就是成本维修高和社会影响差的后果。
4.交通运输部最新统计数字显示，我国的高速公路里程已达到16万公里，稳居世界第一，“要想富先修路”，以高速公路为代表的路网建设极大地促进了我国经济发展，为经济发展提供了强有力的基础设施保障。然而，国内道路工程领域仍存在工后通车不久就发现质量问题的现象，主要原因之一即缺少施工过程中的路面质量过程控制，若能实现施工过程中沥青混凝土平整度等指标的过程监控，则可变被动处治为主动监控。
5.因此，针对上述问题，予以进一步改进。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供本发明提供一种沥青路面施工过程平整度实时检测方法，能在沥青混合料热态情况下，即在沥青路面碾压过程中，实时对路面平整度等指标进行检测，并进行量化和可视化，进而为压路机驾驶员和现场技术人员提供参考，第一时间发现异常状况，使其有针对性地对平整度等未达标路段进行及时纠偏。
7.本发明的另一目的在于提供本发明提供一种沥青路面施工过程平整度实时检测方法，利用先进的路面质量检测设备获取平整度质量数据，采用高精度(厘米级)定位技术获取压路机压实轨迹，并通过建立空间坐标与平面坐标的对应关系模型进行坐标变换，以不同颜色在平面坐标系上进行区分标注，从而实现平整度质量的实时可视化展示，从而告知压路机司机调整碾压方法，提醒现场技术人员及时做出响应。
8.为达到以上目的，本发明提供一种沥青路面施工过程平整度实时检测方法，用于在沥青路面被车辆(压路机)碾压过程中实时对路面平整度进行检测，包括以下步骤：
9.步骤s1：处理模块通过响应性平整度测量方法来获取路面的平整度数据，根据高精度加速度计获得车辆的动态垂直加速度并且根据动态垂直加速度计算获得加速度均方根；
10.步骤s2：处理模块建立空间坐标与实际平面距离坐标的转换模型，以在平面坐标进行实际距离地显示；
11.步骤s3：处理模块对获得的国际平整度指数iri进行可视化显示，从而对路面的碾压进行调整。
12.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1具体实施为以下步骤：
13.步骤s1.1：通过如下公式对获得的一组加速度值a＝{a1,a2,
…
,an}进行异常值检验并且剔除处理，公式为：
[0014][0015]
其中，为加速度平均值，std为加速度标准差，n为每秒内的加速度值数量，即加速度计输出频率(优选为300)，如果ai为异常值，则使用替换来剔除异常值；
[0016]
步骤s1.2：通过如下公式对异常值检验并且剔除处理后获得的一组加速度值a
′
＝{a
′1,a
′2,
…
,a
′n}进行滤波处理，以获得加速度的滑动滤波平滑数据，公式为：
[0017][0018]
其中，a
′i为滤波后i个加速度值,n为加速度值的个数，m为滤波窗口内的加速度值个数(优选取奇数5)；
[0019]
步骤s1.3：通过如下公式对滤波处理后的加速度值进行计算，以获得加速度均方根，公式为：
[0020][0021]
其中，a
′i为滤波后第i个加速度值，为滤波后加速度平均值，n为加速度值的个数；
[0022]
步骤s1.4：通过如下公式将获得的加速度均方根进行计算，以获得国际平整度指数iri，公式为：
[0023]
iri＝a b*rmsva；
[0024]
其中，a和b为标定后得到的转换系数，均由车辆携带的检测设备标定过程获得。
[0025]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2具体实施为以下步骤：
[0026]
步骤s2.0：经纬高坐标转换为空间坐标；
[0027]
步骤s2.1：以gps测量获得的纬度作为自变量x并且经度作为应变量y，从而计算车辆行驶方向的旋转矩阵；
[0028]
步骤s2.2：计算x坐标的真实距离；
[0029]
步骤s2.3：计算y坐标的真实距离。
[0030]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2.0具体实施为以下步骤：
[0031]
步骤s2.0.1：gps测量的经纬高数据是在大地坐标系下的坐标值，首先将数据转换到到空间直角坐标系中，即：
[0032][0033]
其中，l为经度，b为纬度，h为大地高，a为地球椭球的长半轴(取6378137.0000m)，b为地球椭球的短半轴(取6356752.3141m)。
[0034]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2.1具体实施为以下步骤：
[0035]
步骤s2.1.1：获取车辆起点经纬度数据p0(x0,y0),沿车辆行驶方向每间隔1米分别获取4组经纬度数据，并全部减去初始位置p0，使得轨迹从坐标原点开始，4组数据记为p1(x1,y1)，p2(x2,y2)，p3(x3,y3)，p4(x4,y4)；
[0036]
步骤s2.1.2：构建行驶轨迹拟合直线y＝kx，其中平面坐标系行驶方向为自下而上，因此根据轨迹计算旋转矩阵并将经纬度数据进行修正转化为平面坐标。
[0037]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2.1.2中的轨迹计算旋转矩阵具体实施为以下步骤：
[0038]
步骤s2.1.2.1：当行驶轨迹在第一和第四象限时，旋转矩阵为：
[0039][0040]
其中，α为α为
[0041]
步骤s2.1.2.2：当行驶轨迹在第二和第三象限时，旋转矩阵为：
[0042][0043]
其中α为α为
[0044]
步骤s2.1.2.3：根据所求得的旋转矩阵修正平面坐标，以获得修正后的坐标(x
′
,y
′
)；
[0045][0046]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2.2具体实施为以下步骤：
[0047]
步骤s2.2.1：以起点p0(x0,y0)为原点，沿行驶方向的垂直方向每间隔1米同样获取
4组经纬度数据，并全部减去初始位置p0，并根据步骤s2.1中的方法对4组数据进行坐标旋转变化，最终结果记为p
′1(x
′1,y
′1)，p
′2(x
′2,y
′2)，p
′3(x
′3,y
′3)，p
′4(x
′4,y
′4)，其中x
′1，x
′2，x
′3，x
′4为转换后的坐标，而实际对应距离为1，2，3，4米，因此构建真实距离坐标模型如下：
[0048][0049]
其中，x
true
为真实距离坐标，x为经旋转后的坐标，根据最小二乘法原理，求解参数：
[0050][0051]
其中，为旋转后坐标均值，为真实值均值。
[0052]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2.3具体实施为以下步骤：
[0053]
步骤s2.3.1：根据步骤s2.2中计算得到x值后，根据上一个点的位置和实际距离计算该点的位置y
true
值，过程如下：
[0054]
i.根据两点获得的经度和纬度通过以下公式计算两个位置的距离d：
[0055][0056]
其中，l为经度，b为纬度，h为大地高，r为地球椭球的平均半径。
[0057]
ii.根据距离d和x值计算y轴间距dy值：
[0058][0059]
iii.根据行驶轨迹计算：
[0060][0061]
其中，yi′
为旋转后的坐标y值，和为坐标原点，因此值为0。
[0062]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s3具体实施为以下步骤：
[0063]
步骤s3.1：对国际平整度指数iri进行实时动态阈值计算，计算过程如下：
[0064]
对某一时刻的iri数据集，记r＝{r1,r2,
…
,rn},将n个数据按数值从小到大进行排列，若某个数值存在多个数据仅取一个，记r＝{r1,r2,
…
,rn},其中r1《r2《
…
《rn,n≤n，对r中的每一个数据计算其在r中出现的累计频率，记p＝{p1,p2,
…
,pn},则根据p将阈值划分为：
[0065][0066]
步骤s3.2：对国际平整度指数iri进行可视化显示，采用不同颜色矩形框可视化方法，矩形宽度为车辆(压路机)的压轮的实际宽度，长度则为纵坐标y值的间隔，矩形填充颜
色根据步骤s3.1中计算的阈值分成三类，如下：
[0067][0068]
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1.1之前还包括步骤s1.0：将gps和加速度计进行时间同步。
附图说明
[0069]
图1是本发明的一种沥青路面施工过程平整度实时检测方法的可视化示意图。
[0070]
图2是本发明的一种沥青路面施工过程平整度实时检测方法的时间同步示意图。
具体实施方式
[0071]
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
[0072]
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的车辆、压路机等可被视为现有技术。
[0073]
优选实施例。
[0074]
本发明公开了一种沥青路面施工过程平整度实时检测方法，用于在沥青路面被车辆(压路机)碾压过程中实时对路面平整度进行检测，包括以下步骤：
[0075]
步骤s1：处理模块通过响应性平整度测量方法来获取路面的平整度数据，根据高精度加速度计获得车辆的动态垂直加速度并且根据动态垂直加速度计算获得加速度均方根；
[0076]
步骤s2：处理模块建立空间坐标与实际平面距离坐标的转换模型，以在平面坐标进行实际距离地显示；
[0077]
步骤s3：处理模块对获得的国际平整度指数iri进行可视化显示，从而对路面的碾压进行调整。
[0078]
具体的是，步骤s1具体实施为以下步骤：
[0079]
步骤s1.1：通过如下公式对获得的一组加速度值a＝{a1,a2,
…
,an}进行异常值检验并且剔除处理，公式为：
[0080][0081]
其中，为加速度平均值，std为加速度标准差，n为每秒内的加速度值数量，即加速度计输出频率(优选为300)，如果ai为异常值，则使用替换来剔除异常值；
[0082]
步骤s1.2：通过如下公式对异常值检验并且剔除处理后获得的一组加速度值a
′
＝{a
′1,a
′2,
…
,a
′n}进行滤波处理，以获得加速度的滑动滤波平滑数据，公式为：
[0083][0084]
其中，a
′i为滤波后i个加速度值,n为加速度值的个数，m为滤波窗口内的加速度值个数(优选取奇数5)；
[0085]
步骤s1.3：通过如下公式对滤波处理后的加速度值进行计算，以获得加速度均方根，公式为：
[0086][0087]
其中，a
′i为滤波后第i个加速度值，为滤波后加速度平均值，n为加速度值的个数；
[0088]
步骤s1.4：通过如下公式将获得的加速度均方根进行计算，以获得国际平整度指数iri，公式为：
[0089]
iri＝a b*rmsva；
[0090]
其中，a和b为标定后得到的转换系数，均由车辆携带的检测设备标定过程获得。
[0091]
更具体的是，步骤s2具体实施为以下步骤：
[0092]
步骤s2.0：经纬高坐标转换为空间坐标；
[0093]
步骤s2.1：以gps测量获得的纬度作为自变量x并且经度作为应变量y，从而计算车辆行驶方向的旋转矩阵；
[0094]
步骤s2.2：计算x坐标的真实距离；
[0095]
步骤s2.3：计算y坐标的真实距离。
[0096]
优选地，步骤s2.0具体实施为以下步骤：
[0097]
步骤s2.0.1：gps测量的经纬高数据是在大地坐标系下的坐标值，首先将数据转换到到空间直角坐标系中，即：
[0098][0099]
其中，l为经度，b为纬度，h为大地高，a为地球椭球的长半轴(取6378137.0000m)，b为地球椭球的短半轴(取6356752.3141m)。
[0100]
进一步的是，步骤s2.1具体实施为以下步骤：
[0101]
步骤s2.1.1：获取车辆起点经纬度数据p0(x0,y0),沿车辆行驶方向每间隔1米分别获取4组经纬度数据，并全部减去初始位置p0，使得轨迹从坐标原点开始，4组数据记为p1(x1,y1)，p2(x2,y2)，p3(x3,y3)，p4(x4,y4)；
[0102]
步骤s2.1.2：构建行驶轨迹拟合直线y＝kx，其中平面坐标系行驶方向为自下而上，因此根据轨迹计算旋转矩阵并将经纬度数据进行修正转化为平面坐标。
[0103]
更进一步的是，步骤s2.1.2中的轨迹计算旋转矩阵具体实施为以下步骤：
[0104]
步骤s2.1.2.1：当行驶轨迹在第一和第四象限时，旋转矩阵为：
[0105][0106]
其中，α为α为
[0107]
步骤s2.1.2.2：当行驶轨迹在第二和第三象限时，旋转矩阵为：
[0108][0109]
其中α为α为
[0110]
步骤s2.1.2.3：根据所求得的旋转矩阵修正平面坐标，以获得修正后的坐标(x
′
,y
′
)；
[0111][0112]
优选地，步骤s2.2具体实施为以下步骤：
[0113]
步骤s2.2.1：以起点p0(x0,y0)为原点，沿行驶方向的垂直方向每间隔1米同样获取4组经纬度数据，并全部减去初始位置p0，并根据步骤s2.1中的方法对4组数据进行坐标旋转变化，最终结果记为p
′1(x
′1,y
′1)，p
′2(x
′2,y
′2)，p
′3(x
′3,y
′3)，p
′4(x
′4,y
′4)，其中x
′1，x
′2，x
′3，x
′4为转换后的坐标，而实际对应距离为1，2，3，4米，因此构建真实距离坐标模型如下：
[0114][0115]
其中，x
true
为真实距离坐标，x为经旋转后的坐标，根据最小二乘法原理，求解参数：
[0116][0117]
其中，为旋转后坐标均值，为真实值均值。
[0118]
优选地，步骤s2.3具体实施为以下步骤：
[0119]
步骤s2.3.1：根据步骤s2.2中计算得到x值后，根据上一个点的位置和实际距离计算该点的位置y
true
值，过程如下：
[0120]
i.根据两点获得的经度和纬度通过以下公式计算两个位置的距离d：
[0121][0122]
其中，l为经度，b为纬度，h为大地高，r为地球椭球的平均半径。
[0123]
ii.根据距离d和x值计算y轴间距dy值：
[0124][0125]
iii.根据行驶轨迹计算：
[0126][0127]
其中，y
′i为旋转后的坐标y值，和为坐标原点，因此值为0。
[0128]
优选地，步骤s3具体实施为以下步骤：
[0129]
步骤s3.1：对国际平整度指数iri进行实时动态阈值计算，计算过程如下：
[0130]
对某一时刻的iri数据集，记r＝{r1,r2,
…
,rn},将n个数据按数值从小到大进行排列，若某个数值存在多个数据仅取一个，记r＝{r1,r2,
…
,rn},其中r1《r2《
…
《rn,n≤n，对r中的每一个数据计算其在r中出现的累计频率，记p＝{p1,p2,
…
,pn},则根据p将阈值划分为：
[0131][0132]
步骤s3.2：对国际平整度指数iri进行可视化显示，采用不同颜色矩形框可视化方法，矩形宽度为车辆(压路机)的压轮的实际宽度，长度则为纵坐标y值的间隔，矩形填充颜色根据步骤s3.1中计算的阈值分成三类，如下：
[0133][0134]
如图1所示，第一颜色优选为绿色(代表优)，第二颜色优选为黄色(代表中)，第三颜色优选为红色(代表差)。
[0135]
优选地，如图2所示，步骤s1.1之前还包括步骤s1.0：将gps和加速度计进行时间同步。
[0136]
值得一提的是，本发明专利申请涉及的车辆、压路机等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
[0137]
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。