一种路基刷坡施工方法及系统与流程

本发明涉及路基施工领域，具体为一种路基刷坡施工方法及系统。

背景技术：

传统路基刷坡多采用挖掘机方式施工，人工测量放线辅助手段来控制路基刷坡成型。虽经过多年的实践，但在路基成型精度、机械利用率、施工成本及效率等方面均有待提高。尤其是随着试车场施工在我国大规模展开，一些试车场曲面高速环道的倾斜角度过大，为超大斜面道路类型，导致此类问题更为突出，例如上海大众汽车有限公司建设的高速环道为半径1500m的21％横向单面坡曲线段，若采用传统路基刷坡技术对超大斜面道路进行刷坡施工，施工效率和精度均难以满足施工要求，因此，如何提高路基成型精度、机械利用率、施工成本及效率成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

一种路基刷坡施工方法，包括：

根据路基施工参数，建立与路基施工区域对应的数字地形模型，该数字地形模型中包含路基刷坡基准位置；

利用倾斜传感技术、gps定位和差分技术，实时监测挖掘机斗尖的空间位置；

将所述挖掘机当前时刻斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置进行比较，得到斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值；

根据斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值，控制所述挖掘机挖斗移动至路基刷坡基准位置，进行刷坡施工。

优选的，所述数字地形模型为dem数据模型。

优选的，将所述斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值以图像形式反映在显示屏上。

优选的，所述倾斜传感技术包括：

在挖掘机上安装数据处理器，在挖掘机车身和机械臂上分别安装倾斜传感器；

数据处理器收集倾斜传感器传输的数据进行计算，获得挖掘机挖斗斗尖的空间姿态信息。

将挖掘机挖斗斗尖的空间姿态信息与路基刷坡基准位置进行比对，获得斗尖与路基刷坡基准位置差值。

优选的，所述gps定位和差分技术包括：

在所述挖掘机上安装gps接收机，挖掘机外安装gps基站；

对所述gps接收机发送的卫星信号和gps基站发送的rtk差分数据进行解算，得到所述挖掘机的水平定位wgs-84坐标；

将所述挖掘机的水平定位wgs-84坐标转换为工程坐标，得到所述挖掘机当前测量高程值，与设计高程值进行对比计算，获得挖掘机与刷坡位置之间的差值。

一种路基刷坡施工系统，包括挖掘机本体，包括安装在挖掘机本体上的倾斜传感器、gps接收装置和数据处理器，所述倾斜传感器、gps接收装置分别与数据处理器连接，所述数据处理器与挖掘机本体上的电源输出端连接；

挖掘机本体外架设有gps基站，所述gps基站与gps接收装置无线连接；

所述数据处理器存储有与路基施工区域对应的数字地形模型。

优选的，所述倾斜传感器的数量至少为4个，分别安装在挖掘机本体的车身、大臂、小臂和挖斗上。

优选的，所述gps接收装置包括安装在挖掘机本体上的gps天线和gps接收机，所述gps天线、gps接收机和数据处理器依次连接。

优选的，所述数据处理器输出端连接有显示器。

优选的，所述挖掘机本体上架设有与gps接收装置连接的数据链天线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明根据斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值，控制挖掘机挖斗移动至路基刷坡基准位置，进行刷坡施工，节省了传统刷坡方法中繁重的测量放样工作和大量的劳动力投入，同时大幅提高机械利用率，提高了施工效率，缩短了工期。

2、将所述斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值以图像形式反映在显示屏上可以方便操作手观察和操作。

3、利用gps定位和差分技术可以精确定位挖掘机的三维坐标。

4、通过倾斜传感器、gps接收装置和gps基站可以获取挖掘机斗尖的精确的空间位置信息，并与数据处理器内存储的数字地形模型进行比对，指导操作手进行挖坡作业。

5、将倾斜传感器安装在挖掘机本体的车身、大臂、小臂和挖斗上可以精确的感应挖掘机斗尖的空间姿态信息。

6、数据处理器输出端连接有显示器可以将斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值以图像形式反映出来，便于操作手的操作和观察。

7、挖掘机本体上架设与gps接收装置连接的数据链天线可以增强gps接收装置的信号接收能力。

附图说明

图1为本发明施工方法流程图；

图2为本发明施工系统连接示意图；

图3为本发明施工系统安装示意图。

1-挖斗倾斜传感器，2-小臂倾斜传感器，3-大臂倾斜传感器，4-gps接收机，5-数据处理器，6-车身倾斜传感器，7-gps天线，8-数据链天线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，提供一种路基刷坡施工方法，包括如下步骤s1至s4：

s1、根据路基施工参数，建立与路基施工区域对应的数字地形模型，该数字地形模型中包含路基刷坡基准位置；

使用dem不规则三角网模型，将施工设计参数或者电子数据格式图纸导入到3d-office软件中，软件自动生成数字高程模型(digitalelevationmodel,dem)，具体过程如下：

s11、使用3d-office导入三维点或者输入设计参数编辑点位自定义格式点击确定；

s12、数据导入后的点在软件中显示；

s13、形成dem模型数据；

s14、从3d-office导出现场机械信号处理器使用的格式文件，例如tn3格式。

s2、利用倾斜传感技术、gps定位和差分技术，实时监测挖掘机斗尖的空间位置；

具体地，步骤s2的详细细分步骤包括s21至s24：

s21、在挖掘机上安装数据处理器5，在挖掘机车身和机械臂上分别安装倾斜传感器；

s22、通过数据处理器5内安装的信号集成及机械智能控制软件3d-mc收集倾斜传感器传输的数据进行计算，获得挖掘机挖斗斗尖的空间姿态信息；

s23、在挖掘机上安装gps接收机4，挖掘机外安装gps基站；

对gps接收机4发送的卫星信号和gps基站发送的rtk差分数据进行解算，得到挖掘机的水平定位wgs-84坐标；

s24、通过挖掘机挖斗斗尖的空间姿态信息和挖掘机的水平定位wgs-84坐标，获得挖掘机斗尖的空间位置。

s3、将挖掘机当前时刻斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置进行比较，得到斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值；

具体地，步骤s3的详细细分步骤包括s31至s32：

s31、使用信号集成及机械智能控制软件3d-mc，将挖掘机挖斗斗尖的空间姿态信息与路基刷坡基准位置进行比对，获得挖掘机挖斗斗尖与路基刷坡基准位置的差值；

s32、将挖掘机的水平定位wgs-84坐标转换为工程坐标，得到挖掘机当前测量高程值，与设计高程值进行对比计算，获得差值，结合挖掘机挖斗斗尖与路基刷坡基准位置的差值，计算出挖掘机挖斗斗尖与刷坡位置的实时空间差距。

s4、根据斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值，控制挖掘机挖斗移动至路基刷坡基准位置，进行刷坡施工；

具体地，步骤s4中再次使用3d-mc，根据s3中挖掘机挖斗斗尖与刷坡位置的实时空间差距，控制挖掘机挖斗移动至路基刷坡基准位置，进行刷坡施工。

本实施例通过斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值，控制挖斗移动至路基刷坡基准位置，进行刷坡施工，节省了传统刷坡方法中繁重的测量放样工作和大量的劳动力投入，同时大幅提高机械利用率，提高了施工效率，缩短了工期。

本实施例中还将斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值以图像形式反映在显示屏上。通过将斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值以图像形式反映在显示屏上可以方便操作手观察和操作。

如图2和图3所示，本实施例还公开一种路基刷坡施工系统，包括挖掘机本体，包括安装在挖掘机本体上的倾斜传感器、gps接收装置和数据处理器5，倾斜传感器、gps接收装置分别与数据处理器5连接，数据处理器5与挖掘机本体上的电源输出端连接。

挖掘机本体外架设有gps基站，gps基站与gps接收装置无线连接；

数据处理器5存储有与路基施工区域对应的数字地形模型。

数据处理器5内安装有3d-mc软件，倾斜传感器为三轴传感器，包括挖斗倾斜传感器1、小臂倾斜传感器2、大臂倾斜传感器3、车身倾斜传感器6，分别安装在挖掘机本体的车身、大臂、小臂和挖斗上；挖斗倾斜传感器1通过安装板安装在挖斗的狗骨头处，挖斗倾斜传感器1中心线与狗骨头中心线平行；小臂倾斜传感器2和大臂倾斜传感器3分别通过安装板安装在小臂和大臂侧面，小臂倾斜传感器2和大臂倾斜传感器3的中心线分别与小臂和大臂两端连接轴的连线平行；车身倾斜传感器6通过安装板安装在车身上，车身倾斜传感器6底面与挖掘机本体底盘平行。

通过倾斜传感器、gps接收装置和gps基站可以获取挖掘机斗尖的精确的空间姿态信息，并与数据处理器5内存储的数字地形模型进行比对，指导操作手进行挖坡作业。

优选的，倾斜传感器的数量至少为4个，分别安装在挖掘机本体的车身、大臂、小臂和挖斗上。通过将倾斜传感器安装在挖掘机本体的车身、大臂、小臂和挖斗上可以更加精确的感应挖掘机斗尖的空间姿态信息。

优选的，gps接收装置包括安装在挖掘机本体上的gps天线7和gps接收机4，gps天线7、gps接收机4和数据处理器5依次连接。

优选的，数据处理器5输出端连接有显示器。通过显示器可以将斗尖的空间位置与路基刷坡基准位置之间的差值以图像形式反映在显示器上，方便操作手观察和操作。

优选的，挖掘机本体上架设有与gps接收装置连接的数据链天线8。

挖掘机本体上架设与gps接收装置连接的数据链天线8可以增强gps接收装置的信号接收能力。

本系统的工作原理：通过数据处理器5内安装的信号集成及机械智能控制软件3d-mc收集并处理倾斜传感器传输的数据进行计算，获得挖掘机本体上的挖斗斗尖的空间姿态信息，将斗尖的空间姿态信息与数字地形模型的路基刷坡基准位置进行比对，获得斗尖与路基刷坡基准位置的差值；通过gps天线7和gps接收机4获取卫星定位数据，并利用3d-mc与gps基站发送的差分数据进行解算，得到挖掘机本体的水平定位wgs-84坐标，将挖掘机的水平定位wgs-84坐标转换为工程坐标，得到挖掘机本体当前测量高程值，与数字地形模型的设计高程值进行对比计算，获得差值，结合斗尖与路基刷坡基准位置的差值，计算出斗尖与刷坡位置的实时空间差距；根据斗尖与刷坡位置的实时空间差距，控制挖斗移动至路基刷坡基准位置，进行刷坡施工。