机场水泥混凝土道面平整度检测系统

1.本发明涉及一种机场水泥混凝土道面平整度检测系统，属于机场道面智能化施工技术领域。


背景技术：

2.水泥混凝土路面具有强度高、承载能力强、使用寿命长等优点，在机场道面的建设中进行了大量应用。平整度作为机场道面施工质量的重要保证之一，是影响道面服务运营水平的重要因素。机场道面不平整会增加飞机轮胎的磨损和燃油消耗，对飞机的机械性能及道面损坏速率等产生影响。为了提高机场道面施工质量，采用合理的平整度检测方法是重要的施工控制手段。
3.目前施工过程中广泛使用的传统平整度检测方法虽然也能保证施工质量，但存在单点随机检测无法全覆盖、事后检测影响工程进度、人工经验依赖程度高、智能化程度低等问题，无法支撑智慧化、数字化的行业发展战略。
4.针对上述问题，本技术领域需要一种快速、实时、全面的平整度检测方法，实现施工过程中平整度的实时准确监测，对不合格区域进行预警，并预测施工完成后机场道面最终平整度数据，减小人为经验判断的误差，为机场道面施工质量提供保证。


技术实现要素：

5.针对现有机场道面平整度检测方法存在的不足，本发明提供了一种机场水泥混凝土道面平整度检测系统，能实时采集道面表面各点纵向凹凸量数据，并对平整度数据在各区域内的分布进行计算分析。在此基础上实现平整度数据的实时可视化监测预警以及对施工完成后平整度数据的预测分析。
6.本发明提供的机场水泥混凝土道面平整度检测系统，包括：数据采集装置，用于实时采集道面表面各点与装置的距离数据、无人机的高程数据、各区域的二维平面坐标数据；数据处理交互系统，用于连接其他装置和模块，处理距离数据、高程数据、坐标数据，计算实时平整度数据和施工局部坐标系坐标数据并存储；实时监测预警系统，用于接受数据处理交互系统传递的实时平整度数据和局部坐标数据并进行实时可视化监测预警；关联预测模型，将施工过程中道面平整度数据与施工完成后平整度数据进行关联，用于在施工过程中预测机场道面最终平整度数据。
7.所述数据采集装置，包括激光雷达测距装置、图像识别装置、gps/北斗定位装置。
8.其中激光雷达测距装置，搭载于无人机上，采用激光雷达，用于在飞行过程中实时采集道面表面各点与装置的距离数据；
9.其中图像识别装置，搭载于无人机上，采用高清摄像机，在飞行过程中实时采集道面表面各点相对于激光雷达测距装置的深度数据，用于对激光雷达测距装置采集的数据进行对比验证；
10.其中gps/北斗定位装置，搭载于无人机上，用于采集道面各区域的二维平面坐标
数据以及无人机在飞行过程中的实时高程数据；
11.作为优选，所述激光雷达测距装置采用频率调制连续波激光雷达，调频形式选用三角波调制形式，考虑无人机飞行过程中引起的多普勒效应，通过相干解调的方式实现距离和相对速度的求解；
12.作为优选，所述图像识别装置采用双目高清摄像机，置于以激光雷达测距装置接收端为对称点的左右两侧，采用双目测距原理，将同一时刻左右两个摄像机获取的两帧图像匹配，计算得到深度数据即道面被测点与激光雷达测距装置的距离。用于对所述激光雷达测距装置测得的距离数据进行对比验证。
13.所述数据处理交互系统，包括数据交互模块、数据处理模块、数据存储模块。
14.其中数据交互模块，用于连接系统端和装置端，实现各系统模块间数据的远程传递交互；
15.其中数据处理模块，用于将道面表面各点与激光雷达的实时距离数据和无人机实时高程数据转换成各点的纵向凹凸量数据和各区域实时平整度数据，将道面各区域的二维平面坐标数据转换成施工局部坐标系坐标数据；
16.所述数据存储模块部署在云服务器中，将平整度数据和局部坐标数据存储在数据库中；
17.作为优选，所述数据交互模块，通过移动通信网络与数据存储模块连接，通过wifi/蓝牙局域网与数据采集装置、实时监测预警系统连接；
18.作为优选，所述数据处理模块，平整度数据的计算公式同连续平整度仪测得标准差计算公式，与传统检测方法的平整度指标直接对应，计算公式如下：
[0019][0020][0021]
式中yi为计算区域内道面表面各点的纵向凹凸量数据，为计算区域内道面表面各点平均纵向凹凸量，s为道面平整度；
[0022]
作为优选，所述数据处理模块，根据所述gps/北斗定位装置通过所述数据交互模块传递的二维平面坐标数据，采用平面四参数坐标系映射转换模型转换得到施工局部坐标系坐标数据；
[0023]
作为优选，所述数据存储模块采用mysql数据库系统，结合navicat进行可视化管理。
[0024]
所述实时监测预警系统，包括视频监控模块、平整度数据可视化监测模块、平整度数据实时预警模块。
[0025]
其中视频监控模块，基于所述图像识别装置采集到的道面各区域图像，对施工现场进行实时监控；
[0026]
其中平整度数据可视化监测模块，通过加载动态链接库实现对所述数据存储模块的连接访问，调用平整度数据、坐标数据在可视化大屏中以图表形式展示，用于实现对平整
度数据的实时可视化监测；
[0027]
其中平整度数据实时预警模块，根据规范设定平整度阈值，当区域平整度未达到阈值时触发预警机制，对问题区域进行记录和显示。
[0028]
所述关联预测模型，将施工过程中道面平整度数据与施工完成后平整度数据进行关联，用于在施工过程中预测机场道面最终平整度数据；
[0029]
作为优选，关联预测模型采用多元线性回归分析，综合考虑施工过程中平整度、水泥道面厚度、施工气温、水泥混凝土含水率因素的影响，建立施工完成后平整度与上述因素的回归关系。
[0030]
与现有技术相比，本发明能达到的有益效果有：
[0031]
(1)本发明基于数据处理装置实现对距离数据、高程数据、坐标数据的连续采集，根据平整度计算模型和平面四参数坐标系映射转换模型将原始数据转换为各区域内的平整度数据和局部坐标数据，实现对施工过程机场道面平整度的连续实时监测。
[0032]
(2)本发明建立视频监控模块和平整度数据可视化监测模块，实现对施工现场和各区域平整度数据的实时可视化展示，帮助技术和管理人员实时、直观掌握现场施工情况。
[0033]
(3)本发明建立平整度数据实时预警模块，实现对平整度未达标区域的实时提示和预警，方便施工人员后续对问题区域进行进一步处理。
[0034]
(4)本发明建立关联预测模型，通过多元线性回归分析的方法综合考虑施工过程中平整度、水泥道面厚度、施工气温、水泥混凝土含水率因素的影响，预测施工完成后平整度数据，为施工质量提供保证，减少人为判断错误率。
附图说明
[0035]
附图用来提供对本发明的进一步理解与解释，并且构成说明书的一部分，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0036]
图1为本发明的数据流程及系统架构。
具体实施方式
[0037]
为了更为清晰明白的说明本发明实施例的技术方案、目的及其优点，下面将结合附图对本发明所提机场水泥混凝土道面平整度检测系统进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例而非全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的基于本发明的其他实施例，均属于本发明的保护范围。
[0038]
本发明实施例提供一种机场水泥混凝土道面平整度检测系统，如图1所示，本实施例的机场水泥混凝土道面平整度检测系统，包括：数据采集模块、数据处理交互模块、实时监测预警模块和关联预测模块。
[0039]
所述数据采集模块，包括激光雷达测距装置、图像识别装置、gps/北斗定位装置，搭载于无人机上，用于在无人机飞行过程中实时采集道面表面各点与装置的距离数据、无人机的高程数据、各区域的二维平面坐标数据。
[0040]
其中激光雷达测距装置采用频率调制连续波激光雷达，调频形式选用三角波调制形式，考虑无人机飞行过程中引起的多普勒效应，通过相干解调的方式实现距离和相对速度的求解，用于在飞行过程中实时采集道面表面各点与装置的距离数据。
[0041]
其中图像识别装置，采用双目高清摄像机，置于以激光雷达测距装置接收端为对称点的左右两侧，采用双目测距原理，将同一时刻左右两个摄像机获取的两帧图像匹配，计算得到深度数据即道面被测点与激光雷达测距装置的距离。将同一时刻测得的深度数据与激光雷达测距装置测得的距离数据对比，当两者偏差在一定阈值范围内时，取平均值作为各时刻道面表面各点与装置的距离数据。
[0042]
其中gps/北斗定位装置，搭载于无人机上，采用定位设备采集道面各区域的二维平面坐标数据以及无人机在飞行过程中的实时高程数据。
[0043]
所述数据采集模块通过wifi/蓝牙局域网与所述数据处理交互系统连接，实现实时采集数据的传递交互。
[0044]
所述数据处理交互模块，包括数据交互模块、数据处理模块、数据存储模块，用于连接其他装置和模块，处理距离数据、高程数据、坐标数据，计算实时平整度数据和施工局部坐标系坐标数据并存储。
[0045]
其中数据交互模块，通过移动通信网络与数据存储模块连接，通过wifi/蓝牙局域网与数据采集装置、实时监测预警系统连接，实现各系统模块间数据的远程传递交互。
[0046]
其中数据处理模块，计算平整度数据的方法同连续平整度仪测标准差，与传统检测方法的平整度指标直接对应，计算公式如下：
[0047][0048][0049]
式中yi为计算区域内道面表面各点的纵向凹凸量数据，为计算区域内道面表面各点平均纵向凹凸量，s为道面平整度。
[0050]
其中数据处理模块，采用平面四参数坐标系映射转换模型，将所述数据交互模块传递的二维平面坐标数据转换为施工局部坐标系坐标数据。
[0051]
其中数据存储模块，部署在云服务器中，采用mysql数据库系统，结合navicat进行可视化管理，通过移动通信网络与数据交互模块连接，将平整度数据和施工局部坐标系坐标数据存储在数据库中。
[0052]
所述实时监测预警系统，包括视频监控模块、平整度数据可视化监测模块、平整度数据实时预警模块，用于接受数据处理交互系统传递的实时平整度数据和局部坐标数据并进行实时可视化监测预警。
[0053]
其中视频监控模块，基于所述图像识别装置采集到的道面各区域图像，对施工现场进行实时监控；
[0054]
其中平整度数据可视化监测模块，通过加载动态链接库实现对所述数据存储模块的连接访问，调用平整度数据、坐标数据在可视化大屏中以图表形式展示，用于实现对平整度数据的实时可视化监测；
[0055]
其中平整度数据实时预警模块，根据规范设定平整度阈值，当区域平整度未达到阈值时触发预警机制，对问题区域进行记录和显示。
[0056]
所述关联预测模型，采用多元线性回归分析，综合考虑施工过程中平整度、水泥道面厚度、施工气温、水泥混凝土含水率因素的影响，建立施工完成后平整度与上述因素的回归关系，用于预测施工完成后道面平整度数据，计算公式如下：
[0057]s′
＝as+bh+ct+dω+e
[0058]
式中s
′
为施工结束后的平整度(mm)，s为施工过程中的平整度(mm)，h为道面厚度(m)，t为施工温度(℃)，ω为水泥混凝土含水率，a、b、c、d、e为回归系数，由施工前试验段数据确定。
[0059]
最后应说明：以上基于本发明的实施例仅用与说明本发明的技术方案及具体实施方式，并不构成对本发明的限制，尽管本发明实施例对本发明技术方案作力详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明技术方案和构思前提下，任何基于本发明做出的技术特征的等同替换或修改，均应属于本发明的保护范围。