碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基建施工设备的高精度定位跟踪，具体地指一种碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统及方法，用于施工质量综合分析。
【背景技术】
[0002]碾压施工是基建工程的重要施工作业内容，在机场、大坝、公路铁路路基等施工中十分常见，碾压施工一般采用进退错距法或套圈法。碾压坯层厚度及碾压施工过程的遍数、速度、振动强度监控与统计是提高压实度、保证工程质量的重要手段。
[0003]为了加强上述指标的实时监控，国内外厂家、科研机构先后利用GPS高精度定位与实时跟踪技术，以及相关分析算法，开发了成熟的系统，取得了较好的应用成果，但仍存在一些弊端。
[0004]基于单天线定位技术，只能监控轨迹方向，无法判别碾压设备的前进、后退运行状态；无法根据天线空间位置直接判断碾轮(工作轮)具体位置，分析误差较大，一种折中的方式是将天线直接布置在碾轮的正上方，进而直接得出碾轮的平面坐标，也无法实现三维可视化监控，但这种布置方式要在司机室正前方布置一根较长的天线架杆，遮挡司机视线，容易损坏，美观性也不好；
[0005]另一种方式是采用双天线布置的技术，立即在碾压设备(司机室正上方)的左右两侧分别布置一个天线，根据左右侧天线定位坐标的相对位置，可以分析碾压机的空间布置方位角及正反向运行状态，但这种模式，需要采用专用的双天线及专用配套的RTK设备，成本及维护工作量大大增加，不利于该技术的推广。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统及方法，本发明技术可靠、适用性强、精度高、成本低，进而实现高精度的施工质量监控与分析。
[0007]实现本发明目的采用的技术方案是:一种碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统，包括:
[0008]卫星信号接收天线，设于碾压车司机操作室的顶部，用于接收北斗卫星信号；
[0009]北斗高精度接收机，设于碾压车司机操作室内的设备集成箱内，用于根据所述北斗卫星信号进行实时差分解算与定位；
[0010]正反向传感装置，包括设于碾压车的碾轮轴上霍尔效应传感器和以所述碾轮轴对称分布设置的多个强磁铁；以及
[0011]监控终端，用于根据所述北斗高精度定位接收机提供的定位信号、所述正反向传感装置获得的感应信号和所述卫星信号接收天线架设的相对位置，判断出碾轮的实际作用部位的空间位置和碾压车行驶方向。
[0012]进一步地，所述碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统还包括:
[0013]正反转数据采集器，用于根据设定的频率采集所述正反向传感器提供的电压信号，并将所述电压信号传输至监控端。
[0014]在上述技术方案中，所述强磁铁为4-6个。
[0015]此外，本发明还提供一种碾压车行驶方向与作业部位高精度测定方法，该方法包括:
[0016]通过设于碾压车司机操作室顶部的卫星信号接收天线接收北斗卫星信号；
[0017]设于碾压车司机操作室内的设备集成箱内的北斗高精度接收机根据所述北斗卫星信号进行实时差分解算与定位得到定位信号；
[0018]当碾压车行驶时，设于碾压车碾轮上的多个强磁铁产生的磁场穿过设于碾压车碾轮轴上的正反向传感器，使得正反向传感器产生正/反向的电压信号；
[0019]监控端根据所述定位信号、正/反向的电压信号和所述卫星信号接收天线架设的相对位置，判断出碾轮的实际作用部位的空间位置和碾压车行驶方向。
[0020]本发明具有以下优点:
[0021]1、相比传统方式，本发明方法能准确得到设备的进退状态，并提高碾压质量指标测量分析的准确度，并为三维场景下的实时碾压过程监控提供可能；
[0022]2、本发明系统采用简单、非接触式霍尔效应传感器，相比其他接触式或光电式传感装置，设备成本低、故障率低、维护简单。
【附图说明】
[0023]图1为本发明碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统的结构示意图。
[0024]图2为本发明碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统中各部件的连接结构框图。
[0025]图3为碾压车正向行驶时的状态图。
[0026]图4为碾压车反向行驶时的状态图。
[0027]图中，1-卫星信号接收天线，2-司机操作室，3-正反向传感器、4-强磁铁、5-碾轮、6-驱动轮、7-设备集成箱。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0029]如图1和图2所示，本发明碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统包括:卫星信号接收天线1、北斗高精度接收机、正反向传感器3、多个强磁铁4、监控端。其中，
[0030]卫星信息接收天线I安装在碾压车司机操作室的顶部，用于接收北斗卫星信号，并通过馈线将信号传递给北斗高精度接收机，为保证定位效果，天线接收面各个方向应不受遮挡。
[0031]北斗高精度接收机是一套实时RTK系统，安装在司机驾驶室内的设备集成箱2内，通过实时采集卫星信息接收天线I接收的北斗卫星信号，并与基准站通讯，实现实时差分解算与定位，提供水平误差I?2cm，高程误差2?3cm的高精度定位数据，按I秒每次的频率将定位坐标提供给监控端中的监控分析程序。
[0032]正反向传感器3包括设于碾压车的碾轮轴上霍尔效应传感器，以及以碾轮轴对称分布设置的多个强磁铁。霍尔效应传感器在无强磁场介入时，输出电压为O，当一个强磁场从传感器头部近距离穿过时，根据不同的穿越方式，产生正负2个不同的电压信号。当碾轮正向或逆向转动时，磁铁从一个方向或逆向近距离穿过传感装置，传感装置产生一个正(或负)5V电压信号，并连续保持20S，或直到出现一个相反的穿越动作为止。
[0033]本发明还包括正反转数据采集器，本实施例所用正反数据采集器为电压采集器，用于根据设定的频率采集正反向传感器提供的电压信号，提供给监控分析程序进行分析。
[0034]监控程序获取北斗高精度定位接收机提供的位置信号及正反转数据采集器的状态信号；并根据天线架设的相对位置(相对碾轮底部的高度、距离碾轮的水平距离)，分析得出碾轮的实际作用部位的空间位置，进而精确分析得出碾压施工的轨迹、速度、遍数及层厚分布等。
[0035]如图3和图4所示，本发明通过碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统计算碾轮相对位置的过程如下:
[0036]根据北斗高精度接收机接收的系列定位点，形成系列轨迹点，并确定设备的轨迹线及设备的行驶方向。
[0037]根据正反转传感器获取设备当前为前进作业还是后退作业状态。
[0038]设备碾轮的垂直坐标，直接根据采集的高程坐标减去天线的安装高度Dy来计算；
[0039]如果设备前进，则碾轮的平面坐标为沿着行驶方向偏移一个距离Dx ;如果设备为后退，则碾轮的平面坐标为沿着行驶方向的反向偏移一个距离Dx。
【主权项】
1.一种碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统，其特征在于，包括: 卫星信号接收天线，设于碾压车司机操作室的顶部，用于接收北斗卫星信号； 北斗高精度接收机，设于碾压车司机操作室内的设备集成箱内，用于根据所述北斗卫星信号进行实时差分解算与定位； 正反向传感装置，包括设于碾压车的碾轮轴上霍尔效应传感器，以及以所述碾轮轴对称分布设置的多个强磁铁；以及 监控终端，用于根据所述北斗高精度定位接收机提供的定位信号、所述正反向传感装置获得的感应信号和所述卫星信号接收天线架设的相对位置，判断出碾轮的实际作用部位的空间位置和碾压车行驶方向。
2.根据权利要求1所述碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统，其特征在于还包括: 正反转数据采集器，用于根据设定的频率采集所述正反向传感器提供的电压信号，并将所述电压信号传输至监控终端。
3.根据权利要求1或2所述碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统，其特征在于:所述强磁铁为4-6个。
4.一种碾压车行驶方向与作业部位高精度测定方法，其特征在于，包括: 通过设于碾压车司机操作室顶部的卫星信号接收天线接收北斗卫星信号； 设于碾压车司机操作室内的设备集成箱内的北斗高精度接收机根据所述北斗卫星信号进行实时差分解算与定位得到定位信号； 当碾压车行驶时，设于碾压车碾轮上的多个强磁铁产生的磁场穿过设于碾压车碾轮轴上的正反向传感器，使得正反向传感器产生正/反向的电压信号； 监控端根据所述定位信号、正/反向的电压信号和所述卫星信号接收天线架设的相对位置，判断出碾轮的实际作用部位的空间位置和碾压车行驶方向。
【专利摘要】本发明涉及一种碾压车行驶方向与作业部位高精度测定系统及方法，该系统包括卫星信号接收天线，设于碾压车司机操作室的顶部；北斗高精度接收机，设于碾压车司机操作室内的设备集成箱内；正反向传感装置，包括设于碾压车的碾轮轴上霍尔效应传感器和以所述碾轮轴对称分布设置的多个强磁铁；以及监控终端，用于根据所述北斗高精度定位接收机提供的定位信号、所述正反向传感装置获得的感应信号和所述卫星信号接收天线架设的相对位置，判断出碾轮的实际作用部位的空间位置和碾压车行驶方向。本发明结构简单、适用性强、精度高、成本低，能够实现高精度的施工质量监控与分析。
【IPC分类】G01S19-45
【公开号】CN104777500
【申请号】CN201510193353
【发明人】林恩德, 戴洪义, 李恒
【申请人】武汉英思工程科技股份有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月22日