技术领域
[0001] 本
发明属于道路工程技术领域，涉及一种基于绝对高程的路面超薄层平整度控制系统及控制方法。
背景技术
[0002] 随着人们生活
水平的不断提高，人们出行的需求不断上升，道路的行车舒适性受到越来越多的关注。路面平整度是评价路面工程
质量的重要指标，同时也是影响道路行车舒适性的主要因素。路面的不平整将导致车辆在高速行驶过程中产生额外的振动，影响行驶速度及行车舒适性，甚至导致交通事故的发生。此外，路面不平整导致的车辆振动将增大车辆对路面的冲击
力，既加快路面的破坏也
加速车辆的磨损。
[0003] 在道路建设养护过程中，常用的道路平整度测量方法有3m直尺法、连续式路面平整度仪等，但这些方法测量效率低，测量点数不够时测量
精度不高。而一些先进的平整度测量设备，如激光平整度测试仪、车载式颠簸累计仪等，设备昂贵，测量成本较高。
[0004] 当道路服役一定期限后，由于不均匀沉降及行车荷载等的作用，将导致道路平整度降低。此外，由于道路表面集料的磨光，路面抗滑性能随之下降。此时为提高道路行车舒适性、安全性且不影响路面标高，通常采用上铺超薄磨耗层的方式提升道路使用性能。但上铺超薄磨耗层前需快速、精确并相对经济地测量原有路面标高，一是为了保证新铺超薄层的平整度；二是减少道路中断时间，快速开放交通；三是减少养护
费用的支出。
[0005] 在路面摊铺过程中，通常
摊铺机熨平板
角度是一定的，在摊铺超薄层时，没有根据下承层高程动态调整摊铺机熨平板角度，不能保证新铺超薄层平整度。
发明内容
[0006] 发明目的：针对上述
现有技术存在的问题，提供一种基于绝对高程的路面超薄层平整度控制系统及控制方法，本方法可精确测量路面超薄层下承层高程数据，生成高程
可视化云图，并将云图数据导入路面超薄层段落划分系统再将路面超薄层下承层划分情况导入超薄层施工平整度控制系统，实现对路面超薄层摊铺的精准控制，保证路面超薄层平整度。
[0007] 技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] 一种基于绝对高程的路面超薄层平整度控制系统，包括智能路面平整度检测设备、路面高程云图生成系统、路面超薄层段落划分系统及超薄层施工平整度控制系统，其中：
[0009] 智能路面平整度检测设备，用于获取路面超薄层下承层的绝对高程数据；
[0010] 路面高程云图生成系统，用于将绝对高程数据生成路面高程云图；
[0011] 路面超薄层段落划分系统，根据路面高程云图对对路面超薄层下承层进行划分；
[0012] 超薄层施工平整度控制系统，根据路面路面超薄层下承层划分情况动态控制摊铺机熨平板角度。
[0013] 可选的，智能路面平整度检测设备包括两个驱动
履带、集成控
制模块、倾角仪、
定位及信息传输模块、快充
接口和电源
开关，所述两个驱动履带分别位于集成
控制模块两侧，用于带动整个智能路面平整度检测设备向前行驶；倾角仪用于测量智能路面平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块；定位及信息传输模块用于获得测量
位置处的高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块；集成控制模块将角度信息和高程坐标处理后得到的绝对高程信息传输至路面高程云图生成系统；快充接口用于为智能路面平整度检测设备快速充电；电源开关用于开启和关闭智能路面平整度检测设备。
[0014] 可选的，集成控制模块包括
外壳及设置在外壳内的处理器、
电路及信息传递系统、远距离控制系统和供电
电池，处理器用来处理倾角仪和定位及信息传输模块测得的数据，并将处理得到的所测位置绝对高程信息传递至路面高程云图生成系统，电路及信息传递系统用于保证智能路面平整度检测设备内部信息的传递，远距离控制系统用于接收控制终端
信号，供电电池为整个智能路面平整度检测设备提供
能源。
[0015] 可选的，定位及信息传输模块采用“5G+北斗”技术实现定位及信息传输，快充接口为Type-c快充接口。
[0016] 可选的，路面高程云图生成系统通过MATLAB
软件编程建模生成路面超薄层下承层高程可视化云图。
[0017] 本发明还公开了一种根据所述基于绝对高程的路面超薄层平整度控制系统的路面超薄层平整度控制方法，包括以下步骤：
[0018] (1)获取路面超薄层下承层绝对高程数据；
[0019] (2)根据获取的绝对高程数据生成路面高程云图；
[0020] (3)将路面高程云图导入超薄层段落划分系统，对路面超薄层下承层进行划分；
[0021] (4)超薄层施工平整度控制系统根据路面超薄层下承层划分情况动态控制摊铺机熨平板角度。
[0022] 进一步的，步骤(1)具体为：
[0023] (11)将智能路面平整度检测设备置于路面超薄层待摊铺路段，按下电源开关；
[0024] (12)智能路面平整度检测设备的定位及信息传输模块沿预设的平行于道路中线的检测路线检测路面超薄层下承层高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块的处理器；
[0025] (13)倾角仪测量智能路面平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块的处理器；
[0026] (14)集成控制模块的处理器将高程坐标和角度信息进行处理，获取绝对高程数据。
[0027] 进一步的，步骤(2)具体为：
[0028] 将步骤(1)中获取的路面超薄层下承层绝对高程数据，即智能路面平整度检测设备所处位置的x、y、z三维坐标数据进行处理，首先对x坐标值和y坐标值的最大值和最小值分别取整，设置步长，按设置步长分别对x坐标值和y坐标值进行分割并生成x-y面的网格数据，然后使每一对x、y坐标数据与对应的z坐标数据进行拟合，并对网格点间的数据进行插值以使下一步生成的网格三维图平滑，之后生成网格三维图，将网格三维图设置为三维视角，最后创建坐标轴标签，生成路面高程云图。
[0029] 进一步的，步骤(3)具体为：
[0030] 以路面高程差云图为
基础，在路面横断面以路面摊铺机熨平板宽度的一半L/2为步长，纵断面以预设步长对路面高程差云图进行分割，计算该分割部分体积差的和SUM(V1)＝SUM(L/2*ΔH)，ΔH为绝对高程差，以熨平板在路面横坡值基础上需旋转调整0.5°为划分单位对分割部分体积差的和进行划分，熨平板调整0.5°时体积变化ΔV＝π*(L/2)2/720，则分割部分的调整量θ1＝SUM(V1)/ΔV＝1440*SUM(ΔH)/(π*L)，以此调整量θ1对路面超薄层下承层进行划分。
[0031] 进一步的，步骤(4)具体为：将路面超薄层下承层划分情况导入超薄层施工平整度控制系统，在摊铺过程中动态控制摊铺机熨平板角度，实现对超薄层平整度的精准控制。
[0032] 有益效果：与现有技术相比，本发明路面平整度检测设备采用“5G+北斗”技术精确获取所测位置高程坐标，结合倾角仪所测倾角，经过处理器换算，得到所测位置绝对高程，相对传统测量方法，测量精度可从厘米级提高至毫米级。通过将高程数据导入MATLAB软件，编程建模生成路面超薄层下承层高程可视化云图，实现路面高程的可视化。通过将高程数据导入路面超薄层段落划分系统对路面超薄层下承层进行划分，再将路面超薄层下承层划分情况导入摊铺机控制系统，实现摊铺过程中摊铺机熨平板角度的动态控制，提高摊铺平整度。此外，路面平整度检测设备造型小巧，携带方便且可远距离控制，可节约测量成本；采用履带驱动，可在雨天测量并防止打滑，提高测量时的行驶
稳定性，可实现降雨天气测量高程，晴好天气摊铺路面，提高晴好天气的利用率。
附图说明
[0034] 图2是智能路面平整度检测设备结构图；
[0036] 图4是智能路面平整度检测设备所处位置路面的绝对高程值获取示意图；
[0037] 图5是路面高程云图生成模型生成的路面高程云图示意图；
[0038] 图6是摊铺机熨平板调节示意图，其中(a)是摊铺机熨平板未调节示意图；(b)是摊铺机熨平板调节后示意图；
[0039] 图2中：1-驱动履带、2-集成控制模块、3-倾角仪、4-基于“5G+北斗”技术的定位及信息传输模块、5-Type-c快充接口、6-电源开关。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图和具体
实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0041] 如图1所示，一种基于绝对高程的路面超薄层平整度控制系统，包括智能路面平整度检测设备、路面高程云图生成系统、路面超薄层段落划分系统及超薄层施工平整度控制系统组成。
[0042] 如图2所示，智能路面平整度检测设备包括两个驱动履带1、一个集成控制模块2、一个倾角仪3、一个基于“5G+北斗”技术的定位及信息传输模块4、一个Type-c快充接口5和一个电源开关6。所述两个驱动履带1分别位于集成控制模块两侧；所述集成控制模块2包括处理器、电路及信息传递系统、远距离控制系统、供电电池及外壳；所述倾角仪3安装于集成控制模块外壳上，位于行进方向前端且与前进方向及水平面平行；所述“5G+北斗”定位及信息传输模块4位于集成控制模块外壳顶部；所述Type-c快充接口5位于集成控制模块外壳外侧；所述电源开关6位于集成控制模块外壳外侧。
[0043] 如图1和图2所示，所述的驱动履带1在测量时带动整个平整度检测设备向前行驶，驱动履带行驶平稳，可保证设备按照预定检测线路行驶，不会因道路不平改变方向；所述的集成控制模块2包括处理器、电路及信息传递系统、远距离控制系统、供电电池及外壳，处理器用来处理倾角仪3和定位及信息传输模块4测得的数据以处理得到所测位置绝对高程并将绝对高程信息传递至路面高程云图生成系统，电路及信息传递系统用于保证
电能及智能路面平整度检测设备内部信息的传递，远距离控制系统用于接收路面高程云图生成系统中
笔记本电脑(控制终端)信号并使智能路面平整度检测设备沿预设检测路线逐条检测路面绝对高程，供电电池为整个设备提供能源，外壳起到固定及保护设备的作用；所述的倾角仪3可测得平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块2的处理器；所述“5G+北斗”定位及信息传输模块4用于获得测量位置处的高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块2的处理器，之后处理器通过“5G+北斗”定位及信息传输模块将得到的绝对高程信息传输至路面高程云图生成系统；所述Type-c快充接口5用于为平整度检测设备快速充电；所述电源开关6用开启和关闭平整度检测设备，防止电能的额外消耗。
[0044] 所述路面高程云图生成系统通过笔记本电脑接收由智能平整度检测设备测得的路面超薄层下承层绝对高程数据，通过MATLAB软件编写路面高程可视化程序，将绝对高程数据导入编写的程序，生成路面绝对高程云图，路面高程云图生成模型生成的路面高程云图示意图如图5所示。
[0045] 所述超薄层施工平整度控制系统用于接收路面绝对高程云图数据，将绝对高程云图数据导入摊铺机施工平整度控制系统，在摊铺超薄层时实时调整摊铺机熨平板角度，以此实现对路面超薄层平整度的精准控制。
[0046] 如图3所示，一种基于绝对高程的路面超薄层平整度控制方法，包括以下步骤：
[0047] (1)获取路面超薄层下承层绝对高程数据；
[0048] (11)将智能路面平整度检测设备置于路面超薄层待摊铺路段，按下电源开关；
[0049] (12)智能路面平整度检测设备的定位及信息传输模块沿预设的平行于道路中线的检测路线检测路面超薄层下承层高程坐标，并将高程坐标传输至集成控制模块的处理器；
[0050] (13)倾角仪测量智能路面平整度检测设备的倾斜角度，并将角度信息传输至集成控制模块的处理器；
[0051] (14)集成控制模块的处理器将高程坐标和角度信息进行处理，获取绝对高程数据；
[0052] 其中，高程坐标和角度信息的处理方式为：通过基于“5G+北斗”技术的定位及信息传输模块实时获取智能路面平整度检测设备所处位置的x、y、z三维坐标信息，其中x、y坐标直接用于表示智能路面平整度检测设备所处位置的平面位置；
[0053] 智能路面平整度检测设备所处位置路面的绝对高程差值获取方法，亦即z坐标的处理方法为：记倾角仪倾角为α，倾角仪离地高度为h，则可得智能路面平整度检测设备所处位置路面的绝对高程值H＝z-h/cosα，此处的绝对高程差ΔH＝H-H1，其中H1为原路面设计绝对高程值，示意图见图4。
[0054] (2)根据获取的绝对高程数据生成路面高程云图；具体为：
[0055] 通过基于“5G+北斗”技术的定位及信息传输模块实时获取智能路面平整度检测设备所处位置的x，y，z三维坐标信息，即步骤(1)中获取的路面超薄层下承层绝对高程数据，导入MATLAB软件，通过路面高程可视化程序代码对导入的三维坐标数据进行处理，首先对x坐标值和y坐标值的最大值和最小值分别取整，设置步长为1mm，之后采用MATLAB软件中的meshgrid函数按步长1mm分别对x坐标值和y坐标值进行分割并生成x-y面的网格数据，然后采用MATLAB软件中的griddata函数使每一对x、y坐标数据与对应的z坐标数据进行拟合，并对网格点间的数据进行插值以使下一步生成的网格三维图平滑，之后采用MATLAB软件中的mesh函数生成网格三维图，采用MATLAB软件中的view函数将网格三维图设置为三维视角，最后采用MATLAB软件中的xlabel、ylabel、zlabel函数创建坐标轴标签，通过以上步骤，即可通过路面高程可视化程序代码生成路面高程云图，采用路面高程云图生成模型生成的路面高程云图示意图(图5)中x轴表示路面横断面，x坐标值用来表示智能路面平整度检测设备所处位置的路面横断面位置，y轴表示路面纵断面，y坐标值用来表示智能路面平整度检测设备所处位置的路面纵断面位置，z轴表示路面立面，z坐标值用来表示智能路面平整度检测设备所处位置的路面立面位置，即绝对高程值；
[0056] 路面高程可视化程序代码为：
[0057] ％％mesh
[0058] Up_x＝ceil(max(x))；％对x坐标值的景大值进行取整
[0059] Down_x＝floor(min(x))；％对x坐标值的最小值进行取整
[0060] Up_y＝ceil(max(y))；％对y坐标值的景大值进行取整
[0061] Downn_y＝floor(mm(y))；％对y坐标值的最小值进行取整
[0062] MeshGA＝1；％步长为1
[0063] [X，Y]＝meshgrid(Down_x：MeshGA：Up_x，Down_y：MeshGA：Up_y)；％生成X-Y面的网格数据
[0064] Z＝griddata(x，y，z，X，Y)；％使z＝f(x，y)形式的曲面与向量(x，y，z)中的散点数据拟台合
[0065] mesh(X，Y，Z)％绘制网格三维图
[0066] view(3)％三维图视角
[0067] xlabel(′x′)，ylabel(′y′)，zlabel(′z′)％生成坐标轴
[0068] 采用MATLAB软件编写上述路面高程可视化程序代码，最后生成的路面高程云图示意图如图5所示。同理，将三维坐标中的z换为ΔH，即可生成路面绝对高程差云图。
[0069] (3)将路面高程云图导入超薄层段落划分系统，对路面超薄层下承层进行划分。
[0070] 具体为：
[0071] 以路面高程差云图为基础，在路面横断面以路面摊铺机熨平板宽度的一半L/2为步长，纵断面以1em为步长对路面高程差云图进行分割，计算该分割部分体积差的和SUM(V1)＝SUM(L/2*ΔH)，以熨平板在路面横坡值基础上需旋转调整0.5°为划分单位对分割部分体积差的和进行划分，熨平板调整0.5°时体积变化ΔV＝π*(L/2)2/720，则分割部分的调整量θ1＝SUM(V1)/ΔV＝1440*SUM(ΔH)/(π*L)，以此调整量θ1对路面超薄层下承层进行划分。
[0072] 超薄层段落划分模型
算法对应的代码为：
[0073]
[0074] 采用MATLAB软件编写上述超薄层段落划分模型代码，对路面超薄层下承层进行划分。
[0075] (4)超薄层施工平整度控制系统根据路面超薄层下承层划分情况动态控制摊铺机熨平板角度；
[0076] 将路面超薄层下承层划分情况导入超薄层施工平整度控制系统，在摊铺过程中动态控制摊铺机熨平板角度，实现对超薄层平整度的精准控制；
[0077] 其中，摊铺机熨平板的调节方式为：伸缩熨平板角度(拱度)调节装置，使摊铺机熨平板绕摊铺机熨平板铰接中心旋转θ，θ＝θ1*0.5°，熨平板调节示意图如图6所示。图6中左熨平板和右熨平板的作用为控制摊铺材料的厚度并对摊铺材料进行预
压实，熨平板角度(拱度)调节装置的作用为通过伸缩自身长度，并以熨平板铰接中心为轴心，分别调节左熨平板和右熨平板的角度(拱度)，即可实现对熨平板角度(拱度)的调节，图6(a)为摊铺机熨平板未调节示意图，图6(b)为超薄层施工平整度控制系统按照θ值对摊铺机熨平板角度(拱度)进行调节后的摊铺机熨平板调节后示意图。
[0078] 上述一种基于绝对高程的路面超薄层平整度控制系统及控制方法，可以精确测量超薄层下承层平整度，生成高程
数据可视化云图，并将云图数据导入摊铺机控制系统，实现摊铺厚度的实时控制，提高路面超薄层平整度，具有广阔的应用前景。
