高等级公路路面摊铺厚度的实时监控方法及监控系统的制作方法
【专利摘要】高等级公路路面摊铺厚度的实时监控方法及监控系统。本发明属于道路施工质量控制领域，为将自动跟踪全站仪架设在摊铺现场附近，根据已知点坐标通过后方交会测量方法确定架设点位置，利用自动跟踪全站仪按足够小时间间隔定位跟踪360°棱镜，采用倾角仪测量该装置中监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角，采用安装在横梁上的激光测距传感器测量其到摊铺路面的距离；依据各个激光测距传感器与棱镜之间几何空间关系，计算每个激光测距传感器所测量的摊铺路面位置点的三维坐标（x，y，z）；投影得到该位置点在摊铺前基准面上的高程z0；用高程z与z0做差值，则可得到摊铺厚度；判断该位置点处的摊铺厚度是否符合控制标准，如果否，则发送报警信息。本发明主要应用于道路施工质量控制。
【专利说明】高等级公路路面摊铺厚度的实时监控方法及监控系统
【技术领域】
[0001]本发明属于道路施工质量控制领域，尤其是涉及一种高等级公路路面摊铺过程中路面结构层摊铺厚度的实时监控方法及监控系统。
【背景技术】
[0002]路面摊铺厚度是高等级公路施工质量控制的关键指标之一，也是影响公路耐久性能的重要因素。根据《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)的规定，路面摊铺厚度检测通常采用随机插尺法[1_3]，但因采样数量有限，无法客观反映整个施工工作面的摊铺厚度，而且该方法受人为因素影响干扰大，检测结果可能含有较大误差。此外，也常采用拉钢丝线法、架设平衡梁与传感器相结合的方法[4_7]对摊铺厚度进行控制。对于拉钢丝线法，由于固定钢丝线的控制点有一定的距离间隔，往往使得控制点之间的摊铺厚度不易控制。对于架设平衡梁法，需假定梁的前后端(反映摊铺前后端)测点位置处结构层底部(摊铺基面)的高程一致，这样才可用梁前后端的传感器测得的距离之差作为当前摊铺位置摊铺厚度，但在实际施工中梁前后端测点处的高程并不一定相同，由此会带来摊铺厚度计算误差。
[0003]探地雷达、超声波等无损检测方法也已广泛地应用到碾压后路面厚度的检测。这些方法能够自动、连续地检测压实后的路面摊铺厚度，但一般只能进行一条或有限条沿道路中轴线方向路面厚度检测，而且由于未安装绝对位置的定位装置，只是通过计量检测装置从起始测点开始行进的累积距离作为所测的摊铺厚度与起始测点的相对距离。这样，一方面无法获得所测摊铺厚度所对应的绝对位置坐标；另一方面，在检测过程中必须保持检测装置向前单向移动，否则所计量的数值从起始测点开始的累积行进距离并不能反映该检测装置与起始测点的真实相对距离，从而导致这些方法不能直观、准确地指示测摊铺厚度不合格时所对应的路面绝对位置。此外，由于这类检测装置所用车辆车身过重或车轮轮胎未经特殊处理，易于在刚摊铺的高温浙青混凝土路面上下陷或软化，不能适用检测刚摊铺的浙青混凝土路面，导致这些方法只能适用已压实冷却后的路面摊铺厚度的检测，因此不易实现对路面摊铺过程中摊铺厚度的及时控制与调整。Jaselskis-等人利用激光扫描技术监测路面摊铺厚度，该方法虽能检测全断面路面摊铺厚度，但由于无法高精度地测得激光扫描仪安装位置处的绝对坐标(其采用GPS定位，即使应用RTK技术，定位精度在Z方向上也只能达到厘米级)，所以无法满足工程所要求的厚度方向上(即Z方向上)毫米级的精度要求。
[0004]因此，有必要研制开发一种能克服人为因素干扰、高精度、全断面、实时的高等级公路路面摊铺厚度实时监控方法及监控系统，来确保高等级公路路面摊铺质量。
[0005]参考文献:
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【发明内容】
[0017]为克服现有技术的不足，实现高等级公路路面摊铺厚度自动、连续、高精度、全断面、实时的监控，以确保摊铺厚度满足设计要求，对不达标摊铺厚度情况进行实时报警，并形成统计图表，作为相关部门进行摊铺质量管理的依据，为此，本发明采用的技术方案是，高等级公路路面摊铺厚度的实时监控方法，包括下列步骤:将自动跟踪全站仪架设在摊铺现场附近，根据已知点坐标通过后方交会测量方法确定架设点位置，利用自动跟踪全站仪按足够小时间间隔定位跟踪摊铺高程实时采集装置中的360°棱镜，获取棱镜的三维高精度坐标；然后将当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据发送到摊铺高程实时采集装置；摊铺高程实时采集装置跟随摊铺机同步移动；当摊铺高程实时采集装置接收到当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据时，采用倾角仪测量该装置中监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角，采用安装在横梁上的激光测距传感器测量其到摊铺路面的距离；依据各个激光测距传感器与棱镜之间几何空间关系，计算每个激光测距传感器所测量的摊铺路面位置点的三维坐标(X，1，z);然后，由该位置点的平面坐标(X，y),以及监控前由摊铺厚度实时监控客户端输入的摊铺前基准面的三维坐标，投影得到该位置点在摊铺前基准面上的高程Z0 ;接着，用高程Z与Ztl做差值，则可得到摊铺厚度；进而，判断该位置点处的摊铺厚度是否符合控制标准，如果否，则发送摊铺厚度报警信息。
[0018]摊铺厚度的获得及报警信息的发送是利用数据库及应用服务器、摊铺厚度实时监控客户端、摊铺现场报警装置实现的，根据摊铺厚度实时监控客户端输入的摊铺厚度控制标准来判断该位置点处的摊铺厚度是否符合控制标准，如果否，通过Internet网络向摊铺厚度实时监控客户端发送摊铺厚度报警信息，或通过与数据库及应用服务器连接的GSM通讯装置，经GPRS网络向摊铺现场报警装置发出报警短信信息；摊铺厚度实时监控客户端程序安装在施工现场能连接Internet网络的PC或移动笔记本电脑上,在监控开始前,通过该客户端设定当前工作面属性、施工仓面边界、摊铺结构层层数、摊铺厚度控制标准，并输入摊铺前基准面的三维坐标，然后，通过Internet网络存入数据库及应用服务器的数据库中，以供后续应用，在监控过程中，该客户端实时显示每个激光测距传感器所对应位置点处的摊铺厚度，并可查询和输出摊铺厚度监测结果，包括按公路桩号查询横断面的高程图或厚度图以及沿道路轴线方向所有监测点的高度图或厚度图；同时，接收数据库及应用服务器发送的摊铺厚度不达标报警信息，以提示给现场质量管理人员及时调整摊铺机熨平板高度，使摊铺厚度达标；摊铺现场报警装置通过GPRS网络实时接收数据库及应用服务器发送的摊铺厚度不达标报警短信信息，当现场质量管理人员不便接收到摊铺厚度实时监控客户端的报警信息时，亦可通过手持该装置根据该装置接收到的报警短信信息及时采取相应的摊铺厚度控制措施。
[0019]一种高等级公路路面摊铺厚度的实时监控系统，包括:摊铺位置实时定位跟踪装置、摊铺高程实时采集装置，摊铺位置实时定位跟踪装置包括自动跟踪全站仪、平板电脑、无线通讯装置，自动跟踪全站仪架设在摊铺现场附近，架设点位置可根据已知点坐标通过后方交会方法确定，自动跟踪全站仪按足够小时间间隔定位跟踪摊铺高程实时采集装置中的360°棱镜，获取棱镜的三维高精度坐标；然后，通过蓝牙技术与平板电脑连接，将当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标传送到平板电脑中；平板电脑利用无线通讯装置通过Zigbee通讯网络将当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据发送到摊铺高程实时采集装置，摊铺高程实时采集装置包括监测平台小车、棱镜、集成控制器、激光测距传感器、倾角仪、无线通讯装置及数据无线发送装置DTU，摊铺高程实时采集装置中的无线通讯装置通过Zigbee通讯网络接收摊铺位置实时定位跟踪装置发送的当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据，并将接收到的数据传输到集成控制器；同时集成控制器向各个激光测距传感器和倾角仪发出数据读取指令，同步获取各个激光测距传感器到摊铺路面的距离及其对应ID号和监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角；最后，通过数据无线发送装置DTU利用GPRS网络将数据发送到数据库和应用服务器。
[0020]摊铺高程实时采集装置包括监测平台小车、360°棱镜、集成控制器、激光测距传感器、倾角仪；监测平台小车由钢轮、高强度铝合金车架、用于安装激光测距传感器的横梁、以及用于安装棱镜且与横梁垂直的纵梁组成，监测平台小车与摊铺机连接，且随摊铺机同步移动；激光测距传感器安装在监测平台小车的横梁上，横梁长度可根据摊铺路面宽度调整，并沿横梁安装能满足全断面监控要求的适宜个数的激光测距传感器；集成控制器接收摊铺位置实时定位跟踪装置发送的数据；集成控制器向激光测距传感器和倾角仪发出数据读取指令，同步获取激光测距传感器到摊铺路面的距离和监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角。
[0021]本发明的技术特点及效果:
[0022](I)实现路面摊铺厚度数据的自动、连续、高精度、全断面采集，可有效减少由于人工采样数量有限带来的质量评估的片面性；
[0023](2)可对刚摊铺的浙青混凝土路面摊铺厚度进行实时检测与及时反馈，有助于实现摊铺厚度的及时控制与调整；
[0024](3)可确定摊铺厚度采样点位置的绝对坐标，有助于直观、准确地指示所测摊铺厚度不合格时所对应路面的绝对位置，便于指导不合格区域的质量补救；
[0025](4)实现所采集各结构层摊铺厚度数据的自动入库归档，为后续摊铺厚度结果查询提供依据，有助于提高摊铺厚度质量管理的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1高等级公路路面摊铺厚度实时监控系统构架图；
[0027]图2监测平台小车构成图；
[0028]图3高等级公路路面摊铺厚度实时监控系统集成图；
【具体实施方式】
[0029]本系统组成结构见图1，包括:摊铺位置实时定位跟踪装置、摊铺高程实时采集装置、数据库及应用服务器、摊铺厚度实时监控客户端、摊铺现场报警装置五个部分。
[0030]摊铺位置实时定位跟踪装置包括自动跟踪全站仪、平板电脑、无线通讯装置。自动跟踪全站仪架设在摊铺现场附近，架设点位置可根据已知点坐标通过后方交会(通过测量与至少2个已知坐标点的距离及角度，反算测站坐标的方法)等测量方法确定，其按足够小时间间隔定位跟踪摊铺高程实时采集装置中的360°棱镜，获取棱镜的三维高精度坐标(毫米级)；然后，通过蓝牙技术与平板电脑连接，将当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标传送到平板电脑中；平板电脑利用无线通讯装置通过Zigbee通讯网络将当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据发送到摊铺高程实时采集装置。
[0031]摊铺高程实时采集装置包括监测平台小车、360°棱镜、集成控制器、激光测距传感器、倾角仪、无线通讯装置及数据无线发送装置(DTU)。监测平台小车由钢轮、高强度铝合金车架、用于安装激光测距传感器的横梁、以及用于安装360°棱镜且与横梁垂直的纵梁等组成，监测平台小车详见图2，其与摊铺机连接，且随摊铺机同步移动。激光测距传感器安装在监测平台小车的横梁上，可根据摊铺路面宽度调整横梁长度，并沿横梁安装能满足全断面监控要求适宜数量的激光测距传感器。集成控制器包括多电压供电电源与数据控制器两部分，多电压供电电源分别向数据控制器、激光测距传感器、倾角仪、无线通讯装置及数据无线发送装置(DTU)供电。摊铺高程实时采集装置中的无线通讯装置通过Zigbee通讯网络接收摊铺位置实时定位跟踪装置发送的当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据，并将接收到的数据传输到集成控制器；同时集成控制器向各个激光测距传感器和倾角仪发出数据读取指令，同步获取各个激光测距传感器到摊铺路面的距离及其对应ID号和监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角(即横梁及纵梁与施工坐标系水平面的夹角)；最后，通过数据无线发送装置(DTU)利用GPRS网络向数据库和应用服务器发送当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标、各个激光测距传感器到摊铺路面的距离及其对应的ID号、监控平台小车横梁及纵梁的倾斜角等数据信息。
[0032]数据库及应用服务器根据接收的从摊铺高程实时采集装置发送的当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标、各个激光测距传感器到摊铺路面的距离、监控平台小车横梁及纵梁的倾斜角等数据信息，并依据各个激光测距传感器与360°棱镜之间几何空间关系，可计算每个激光测距传感器所测量的摊铺路面位置点的三维坐标(X，y, z);然后，由该位置点的平面坐标(X，y)，以及监控前由摊铺厚度实时监控客户端输入的摊铺基准面三维坐标(一般用不规则三角网TIN模型表示)，可投影得到该位置点平面坐标(X，y)在摊铺基准面的高程Ztl ;接着，用高程z与Ztl做差值，则可得到摊铺厚度(即Z-Ztl);最后，可根据摊铺厚度实时监控客户端输入的摊铺厚度控制标准来判断该位置点处的摊铺厚度是否符合控制标准，如果否，通过Internet网络向摊铺厚度实时监控客户端发送摊铺厚度报警信息，或通过与数据库及应用服务器连接的GSM通讯装置，经GPRS网络向摊铺现场报警装置(如PDA或手机)发出报警短信信息。
[0033]摊铺厚度实时监控客户端程序安装在施工现场能连接Internet网络的PC或移动笔记本电脑上。在监控开始前，通过该客户端设定当前工作面属性、施工仓面边界、摊铺结构层层数、摊铺厚度控制标准等，并输入摊铺基准面的三维坐标(一般用不规则三角网TIN模型表示)，然后，通过Internet网络存入数据库及应用服务器的数据库中，以供后续应用。在监控过程中，该客户端可实时显示每个激光测距传感器所对应位置点处的摊铺厚度，并可查询和输出摊铺厚度监测结果，包括按公路桩号查询横断面的高程图或厚度图以及沿道路轴线方向所有监测点的高度图或厚度图；同时，接收数据库及应用服务器发送的摊铺厚度不达标报警信息，以提示给现场质量管理人员及时调整摊铺机熨平板高度，使摊铺厚度达标。
[0034]摊铺现场报警装置(如PDA或手机)通过GPRS网络实时接收数据库及应用服务器发送的摊铺厚度不达标报警短信信息。当现场质量管理人员不便接收到摊铺厚度实时监控客户端的报警信息时，亦可通过手持该装置根据该装置接收到的报警短信信息及时采取相应的摊铺厚度控制措施。
[0035]图3为本发明的系统集成原理图。
[0036]为实现高等级公路路面摊铺厚度自动、连续、高精度、全断面、实时的监控，本发明实施例提供了一种高等级公路路面摊铺厚度的实时监控系统，参见图1和图3。该系统包括:摊铺位置实时定位跟踪装置、摊铺高程实时采集装置、数据库及应用服务器、摊铺厚度实时监控客户端、摊铺现场报警装置五个部分。
[0037](一)摊铺位置实时定位跟踪装置
[0038]参见图1和图3，摊铺位置实时定位跟踪装置包括:自动跟踪全站仪、平板电脑、无线通讯装置。平板电脑安装自动跟踪全站仪操控系统软件(由自动跟踪全站仪厂家提供)，通过蓝牙技术连接自动跟踪全站仪，利用操控系统软件完成全站仪的设站任务，即根据施工现场已知点坐标，采用后方交会等测量方法确定自动跟踪全站仪的架设点坐标。按足够小时间间隔(本发明实施例中取Is)自动跟踪定位摊铺高程实时采集装置中的360°棱镜，获取棱镜的三维高精度坐标(毫米级)，并使用操控系统软件中的数据发送功能，由平板电脑经USB数据接口实时发送到无线通讯装置，无线通讯装置采用Zigbee通讯网络实时发送当前采样时间刻及其对应的棱镜三维坐标到摊铺高程实时采集装置。
[0039]本发明实施例自动跟踪全站仪优选美国Trimble公司生产的S62’ ’ DR Plus型高精度全站仪，也可选择其他品牌的精度达毫米级且具备自动跟踪功能的全站仪，本发明实施例对此不做限制；本发明实施例平板电脑优选美国ViewSonic公司生产的ViewPad97i型平板电脑，也可选择其他具备蓝牙连接、可安装自动跟踪全站仪操作系统软件和USB数据接口通讯功能的其他品牌电脑，本发明实施例对此不做限制；本发明实施例无线通讯装置优选上海顺舟科技有限公司生产的SZ05-ADV型号Zigbee无线发送器，利用Zigbee通讯协议(基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议)进行通讯，也可选择其他品牌的无线通讯装置，本发明实施例对此不做限制。
[0040](二)摊铺高程实时采集装置
[0041]参见图1、图2和图3，摊铺高程实时采集装置包括:监测平台小车、360°棱镜、集成控制器、激光测距传感器、倾角仪、无线通讯装置、数据无线发送装置(DTU)。其中，360°棱镜、集成控制器、激光测距传感器、倾角仪、无线通讯装置及数据无线发送装置(DTU)都安装在监测平台小车上。监测平台小车与摊铺机通过两个等长度的连接杆相连，随摊铺机同步移动。
[0042]集成控制器主要包括多电压供电电源和数据控制器两部分。多电压供电电源是整个装置的供电设备，本发明中优选爱唯克思RV-22000A型多电压移动电源，输出电压包括5V和18V两种电压，5V电压输出给数据控制器，18V电压输出给无线通讯装置、倾角仪、激光测距传感器、数据无线通讯装置(DTU)，也可选择其他品牌的供电电源，本发明实施例对此不做限制。数据控制器实现数据的接收、处理、传送功能，本发明实施例采用STM-32系列F207ZGT6微控制器，包括CPU (中央处理器)、FLASH存储器、RAM存储器等，通过编制控制程序和硬件设备集成实现以下功能:数据控制器利用RS-232数据接口与无线通讯装置通信，实时接收当前采样时刻及其对应的360°棱镜三维坐标信息；同时分别通过RS-232数据接口和RS-485数据接口向激光测距传感器和倾角仪发出读取数据信息指令，同步获取当前采样时刻各个激光测距传感器到摊铺路面的距离及其对应的ID号、监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角；把同一时刻采集的数据信息加上时间标签，放入FLASH存储器中进行缓存，并利用RAM存储器临时存贮数据；进而，通过RS-232数据接口将上述数据传输给数据无线发送装置(DTU)，再经数据无线发送装置(DTU)向数据库及应用服务器发送当前采样时间刻及其对应的棱镜三维坐标、监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角、各个激光测距传感器到摊铺面的距离值及其对应的ID号等信息。本发明中数据控制器嵌入软件采用Microsoft.NET Framework平台的CH吾言开发，具有编写代码效率高、软件调试直观、维护升级方便和代码重复利用率高等优点。
[0043]监测平台小车是摊铺高程实时采集装置中其他部件的安装平台，详见图2，采用两个等长度的连接杆和摊铺机连接，且随摊铺机同步移动。本发明实施例中监控平台小车采用自主研制开发，包括:4个钢轮、4条高强度铝合金组成的轻型车架、用于安装激光测距传感器的横梁，以及用于安装360°棱镜且与横梁垂直的纵梁等部件。激光测距传感器安装在监测平台小车的横梁上，且其激光测距方向与纵梁保持平行，可根据摊铺路面宽度调整横梁长度，并依据监控路面宽度安装能满足全断面监控要求适宜数量的激光测距传感器。倾角仪也安装在横梁上，用于测量监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角(即横梁及纵梁与施工坐标系水平面的夹角)。其他部件的安装位置本发明实施例对此不做限制。
[0044]360°棱镜是摊铺高程实时采集装置中的定位装置，通过自动跟踪全站仪实时定位跟踪360°棱镜，可得到360°棱镜三维高精度坐标(毫米级)；本发明实施例优选美国Trimble公司生产的360°棱镜，本发明实施例对此不做限制。
[0045]无线通讯装置用于接收由摊铺实时定位跟踪装置中的无线通讯装置传输的当前米样时刻及其对应的棱镜三维坐标信息。本发明实施例优选上海顺舟科技有限公司生产的SZ05-ADV型号Zigbee无线接收器，也可选择与摊铺实时定位跟踪装置中无线通讯装置相适应的其他品牌的无线通讯装置，本发明实施例对此不做限制。
[0046]激光测距传感器用于采集各个激光测距传感器到摊铺路面的距离。本发明实施例优选德国制造的PH-80A型激光测距传感器，激光测距传感器的数目可根据路面摊铺宽度或工程需求进行调整，传感器之间采用并联方式通过RS-485接口连接到集成控制器，集成控制器根据每个激光测距传感器设定的ID号对其传输的距离进行对应，以识别每个激光测距传感器对应的距离。
[0047]倾角仪用于测量监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角，本发明实施例优选Analog公司生产的ADIS-16210型倾角仪，按集成控制器的指令要求，同步获得监测平台小车横梁及纵梁与施工坐标系水平面的夹角。
[0048]数据无线发送装置(DTU)将集成控制器通过RS-232接口发送过来的当前采样时刻及其对应的360°棱镜三维坐标、监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角、各个激光测距传感器到摊铺路面的距离值及其对应ID号等信息通过GSM (全球移动通信系统)通讯模块传送到数据库及应用服务器。GSM通讯模块可采用西门子MC39i或华为GTM900b。该模块工作过程具体如下:首先，数据无线发送装置(DTU)将集成控制器通过RS-232接口传输过来的数据放入FLASH存储器中，再通过缓存，把数据以“栈”的方式发送给CPU (中央处理器)，其中，RAM存储器用来临时存贮数据。接着，CPU对数据进行IP (Internet Protocol，网络之间互连的协议)化，并把IP数据包交给GSM通讯模块。然后，GSM通讯模块根据定制的TCP/IP协议，按一定的时间间隔(如ls)，将当前采样时刻及其对应棱镜三位坐标、各个激光测距传感器到摊铺路面的距离及其对应的ID号、监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角等数据通过GPRS网络发送到数据库及应用服务器。为了保证数据发送的稳定性，GSM通讯模块对通用GSM模块的控制程序进行以下改进:(I)增加设备数据缓存功能，在GPRS断线的情况下对数据进行存储，等GPRS网络连接正常时，再与后续数据一并发送；(2)为保证数据传输的连续性，增加断线重拨功能。
[0049](三)数据库及应用服务器
[0050]数据库及应用服务器包括数据库模块、计算分析模块、信息反馈模块和GSM通讯模块。
[0051]数据库模块主要包括摊铺监测信息的数据接收和数据存储两部分。此模块用来与数据无线发送装置(DTU)、摊铺厚度实时监控客户端、计算分析模块进行数据交互和存储，本发明实施例中采用企业级版本的数据库(如SQL Server2008)来支持数据应用。
[0052]计算分析模块主要实现功能包括:(I)激光测距传感器所测摊铺面位置处的三维坐标实时计算。根据每个采样点对应的激光测距传感器与360°棱镜的空间几何安装关系，以及实时采集的当前时刻360°棱镜三维坐标、监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角和各个激光测距传感器与摊铺路面的距离及其对应的ID号，可实时计算得到所有摊铺面激光采样点的三维坐标。(2)摊铺面三维轨迹线计算。根据摊铺前行连续计算得到的每个激光测距传感器对应的摊铺面采样点三维坐标，可生成各个激光测距传感器对应的摊铺面三维轨迹线。(3)摊铺面激光采样点的摊铺厚度计算。根据各个激光测距传感器对应的三维坐标(X，1，z)，以及由摊铺现场实时监控客户端输入的摊铺前基准面的三维模型(一般用不规则三角网TIN模型表示)，可实时计算每个采样点平面位置(X，y)处对应的基准面高程Z(l，然后计算摊铺面采样点高程z与对应基准面高程Ztl之差，即为该采样点位置(X，y)处的摊铺厚度(即Z-Ztl) ; (4)将该位置处的摊铺厚度与由摊铺现场实时监控客户端输入的摊铺厚度控制标准作对比，判断所计算得到的摊铺厚度数据是否符合控制标准；若不符合控制标准，该模块向信息反馈模块发送报警激活信号。
[0053]信息反馈模块用于发送报警信息，当计算分析模块发出的报警激活信号后，信息反馈模块通过Internet网络向摊铺现场实时监控客户端发出报警信息。该信息包含摊铺厚度值不达标的监测平台小车序号、激光测距传感器的ID号、不达标位置坐标及其对应厚度值，以及控制标准值和超标情况等。
[0054]同时，信息反馈模块通过GSM通讯模块向摊铺现场报警装置(如PDA或手机)发送报警短信信息。当发生报警时，由GSM通讯模块根据预先设定的手机号码，通过GPRS网络向质量管理人员所携带的报警信息接收终端(如PDA或手机)发送报警短信，该短信内容包含摊铺厚度值不达标的监测平台小车序号、激光测距传感器的ID号、不达标位置坐标及其对应厚度值，以及控制标准值和超标情况等。
[0055](四)摊铺厚度实时监控客户端
[0056]摊铺厚度实时监控客户端程序安装在施工现场能连接Internet网络的PC或移动笔记本电脑上。在监控开始前，通过该客户端设定当前工作面属性、施工仓面边界、摊铺结构层层数、摊铺厚度控制标准等，并输入摊铺前基准面的三维坐标(一般用不规则三角网TIN模型表示)；然后，通过Internet网络存入数据库及应用服务器的数据库中，以供后续应用。在监控过程中，该客户端可实时显示各激光测距传感器所对应位置处的摊铺厚度，并可查询和输出摊铺厚度监测结果，包括按公路桩号查询横断面的高程图或厚度图以及沿道路轴线方向所有监测点的高度图和厚度图；同时，接收数据库及应用服务器发送的摊铺厚度不达标报警信息，以提示给现场质量管理人员及时调整摊铺机熨平板高度，使摊铺厚度达标。
[0057](五)摊铺现场报警装置
[0058]摊铺现场报警装置(如PDA或手机)通过GPRS网络实时接收数据库及应用服务器发送的摊铺厚度不达标报警信息。当现场质量管理人员不便接收到摊铺厚度实时监控客户端的报警信息时，亦可通过手持该装置根据该装置接收到的报警信息及时采取相应的摊铺厚度控制措施。本发明实施例中摊铺现场报警装置采用PDA或手机，如三星GALAXY TabPlOOO 等。
【权利要求】
1.一种高等级公路路面摊铺厚度的实时监控方法，其特征是，将自动跟踪全站仪架设在摊铺现场附近，根据已知点坐标通过后方交会测量方法确定架设点位置，利用自动跟踪全站仪按足够小时间间隔定位跟踪摊铺高程实时采集装置中的360°棱镜，获取棱镜的三维高精度坐标；然后将当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据发送到摊铺高程实时采集装置；摊铺高程实时采集装置跟随摊铺机同步移动；当摊铺高程实时采集装置接收到当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据时，采用倾角仪测量该装置中监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角，采用安装在横梁上的激光测距传感器测量其到摊铺路面的距离；依据各个激光测距传感器与棱镜之间几何空间关系，计算每个激光测距传感器所测量的摊铺路面位置点的三维坐标(x，y，z);然后，由该位置点的平面坐标(x，y)，以及监控前由摊铺厚度实时监控客户端输入的摊铺前基准面的三维坐标，投影得到该位置点在摊铺前基准面上的高程Ztl ;接着，用高程z与Ztl做差值，则可得到摊铺厚度；进而，判断该位置点处的摊铺厚度是否符合控制标准，如果否，则发送摊铺厚度报警信息。
2.如权利要求1所述的高等级公路路面摊铺厚度的实时监控方法，其特征是，摊铺厚度的获得及报警信息的发送是利用数据库及应用服务器、摊铺厚度实时监控客户端、摊铺现场报警装置实现的，根据摊铺厚度实时监控客户端输入的摊铺厚度控制标准来判断该位置点处的摊铺厚度是否符合控制标准，如果否，通过Internet网络向摊铺厚度实时监控客户端发送摊铺厚度报警信息，或通过与数据库及应用服务器连接的GSM通讯装置，经GPRS网络向摊铺现场报警装置发出报警短信信息；摊铺厚度实时监控客户端程序安装在施工现场能连接Internet网络的PC或移动笔记本电脑上,在监控开始前,通过该客户端设定当前工作面属性、施工仓面边界、摊铺结构层层数、摊铺厚度控制标准，并输入摊铺前基准面的三维坐标，然后，通过Internet网络存入数据库及应用服务器的数据库中，以供后续应用，在监控过程中，该客户端实时显示每个激光测距传感器所对应位置点处的摊铺厚度，并可查询和输出摊铺厚度监测结果，包括按公路桩号查询横断面的高程图或厚度图以及沿道路轴线方向所有监测点的高度图或厚度图；同时，接收数据库及应用服务器发送的摊铺厚度不达标报警信息，以提示给现场质量管理人员及时调整摊铺机熨平板高度，使摊铺厚度达标；摊铺现场报警装置通过GPRS网络实时接收数据库及应用服务器发送的摊铺厚度不达标报警短信信息，当现场质量管理人员不便接收到摊铺厚度实时监控客户端的报警信息时，亦可通过手持该装置根据该装置接收到的报警短信信息及时采取相应的摊铺厚度控制措施。
3.一种高等级公路路面摊铺厚度的实时监控系统，其特征是，包括:摊铺位置实时定位跟踪装置、摊铺高程实时采集装置，摊铺位置实时定位跟踪装置包括自动跟踪全站仪、平板电脑、无线通讯装置，自动跟踪全站仪架设在摊铺现场附近，架设点位置可根据已知点坐标通过后方交会方法确定，自动跟踪全站仪按足够小时间间隔定位跟踪摊铺高程实时采集装置中的360°棱镜，获取棱镜的三维高精度坐标；然后，通过蓝牙技术与平板电脑连接，将当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标传送到平板电脑中；平板电脑利用无线通讯装置通过Zigbee通讯网络将当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据发送到摊铺高程实时采集装置，摊铺高程实时采集装置包括监测平台小车、棱镜、集成控制器、激光测距传感器、倾角仪、无线通讯装置及数据无线发送装置DTU，摊铺高程实时采集装置中的无线通讯装置通过Zigbee通讯网络接收摊铺位置实时定位跟踪装置发送的当前采样时刻及其对应的棱镜三维坐标数据，并将接收到的数据传输到集成控制器；同时集成控制器向各个激光测距传感器和倾角仪发出数据读取指令，同步获取各个激光测距传感器到摊铺路面的距离及其对应ID号和监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角；最后，通过数据无线发送装置DTU利用GPRS网络将数据发送到数据库和应用服务器。
4.如权利要求3所述的高等级公路路面摊铺厚度的实时监控系统，其特征是，摊铺高程实时采集装置包括监测平台小车、360°棱镜、集成控制器、激光测距传感器、倾角仪；监测平台小车由钢轮、高强度铝合金车架、用于安装激光测距传感器的横梁、以及用于安装棱镜且与横梁垂直的纵梁组成，监测平台小车与摊铺机连接，且随摊铺机同步移动；激光测距传感器安装在监测平台小车的横梁上，横梁长度可根据摊铺路面宽度调整，并沿横梁安装能满足全断面监控要求的适宜个数的激光测距传感器；集成控制器接收摊铺位置实时定位跟踪装置发送的数据；集成控制器向激光测距传感器和倾角仪发出数据读取指令，同步获取激光测距传感器到摊铺路`面的距离和监测平台小车横梁及纵梁的倾斜角。
【文档编号】G01B11/03GK103866673SQ201410057420
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】刘东海, 孙源泽 申请人:天津大学