一种用于记录压路机碾压轨迹的数据采集设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供的一种用于记录压路机碾压轨迹的数据采集设备，涉及轨迹信息获取领域，其中，所述装置包括，RTK基准站和安装于压路机机顶的机载采集站，所述机载采集站和所述RTK基准站相连；所述机载采集站包括主板和接收不同卫星定位系统发射信号的具有超长基线RTK功能的第一GNSS RTK板卡，所述主板与所述第一GNSS RTK板卡相连；所述RTK基准站包括接收不同卫星定位系统发射信号的第二GNSS RTK板卡。上述装置提高了压路机的位置信息获取的精准度。
【专利说明】
一种用于记录压路机碾压轨迹的数据采集设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及轨迹信息获取领域，尤其涉及一种用于记录压路机碾压轨迹的数据采集设备。
【背景技术】
[0002]压实作业是公路工程施工过程中最重要的工序。目前，压实质量的监管采用压实度或沉降差指标控制。压实度指标检测重复性差，且个别抽样点的代表性存在问题，难以真实反映全路基的整体压实情况。更关键的是压实度指标仅适用于土质路基，对于土石混填和填石路基无法适用；沉降差指标适用于土石路基和填石路基，但是沉降差指标的观测人为误差影响大，且同样存在代表性问题。同时压实施工工艺档案的真实性和准确性欠缺，质量问题原因难追溯。总之，不管是压实度指标还是沉降差指标，都重复性和代表性问题，同时实施起来也需要试验检测人员的细致操作和监理人员的高度谈认真负责。
[0003]为解决好上述问题，需要综合利用现代传感器、北斗精确定位、物联网和大数据等技术，研发智能化、信息化的设备，并以此为基础构建一套科学有效的管控方案，压实遍数监控系统，通过对路基路面压实过程精确实时监控确保路基路面的压实质量。对于压实不合格区域，实时发现，即时整改，实现路基压实质量的可监管、可溯源。
[0004]但是现有的压路机碾压监控系统中存在的问题是，目前对压路机定位的设备中采用普通RTK差分技术，现有的对压路机的轨迹记录设备中压路机与基准站之间的距离大于几公里之后定位的精度大大降低，定位的随机性误差增加。因此需要沿路架设多个基站来保证定位的精度，这样基准站的维护成本将成倍增加。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术的缺陷，本实用新型提出了解决上述技术问题的一种用于记录压路机碾压轨迹的数据采集设备，可精准的获取压路机的碾压轨迹信息。
[0006]本实用新型提供一种用于记录压路机碾压轨迹的数据采集设备，包括:RTK基准站和安装于压路机机顶的机载采集站，所述机载采集站和所述RTK基准站相连；
[0007]所述机载采集站包括主板和接收不同卫星定位系统发射信号的具有超长基线RTK功能的第一GNSS RTK板卡，所述主板与所述第一GNSS RTK板卡相连；
[0008]所述RTK基准站包括接收不同卫星定位系统发射信号的第二GNSSRTK板卡。
[0009]优选的，所述机载采集站还包括第一加速度传感器，所述第一加速度传感器与所述主板相连。
[0010]优选的，所述装置还包括第二加速度传感器，所述第二加速度传感器安装于压路机振动轮上，与所述主板相连。
[0011]优选的，所述机载采集站还包括陀螺仪，所述陀螺仪与所述主板相连。
[0012]优选的，所述机载采集站还包括电子罗盘，所述电子罗盘与所述主板相连。
[0013]由上述技术方案可知，本实用新型提供的一种压路机碾压轨迹的获取装置，通过使用卫星定位系统对压路机进行全天候精确定位;利用超长基线网络中的RTK差分算法实现当压路机距离基准站较远的情况下，仍能够准确获取压路机的位置信息，提高了压路机碾压轨迹信息获取的精准度。【附图说明】
[0014]图1为本实用新型一实施例提供的压路机碾压轨迹信息的获取装置的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型一实施例提供的压路机碾压轨迹信息的获取装置的应用场景示意图；
[0016]图3为本实用新型一实施例提供的压路机碾压轨迹信息的获取装置的工作流程图。【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0018]压路机碾压轮的准确运动轨迹方有压路机有效碾压轨迹。传统方法得到时的是压路机的运动轨迹而非碾压轮的碾压轨迹，并且压路机的位置在工作环境较恶劣时定位不准确。本实用新型提供的装置可以克服上述问题，具体如下。
[0019]图1示出了本实用新型一实施例提供的压路机碾压轨迹信息的获取装置结构示意图，如图1所示，本实施例的压路机碾压轨迹信息的获取装置包括:
[0020]RTK基准站12和安装于压路机机顶的机载采集站11，所述机载采集站11和所述RTK 基准站12相连；[〇〇21]可以理解的是，所述线RTK基准站安装于安装在施工现场附近的某开阔位置，所述机载采集站11和所述RTK基准站12通过网络相连；[〇〇22]所述机载采集站11包括主板13和接收不同卫星定位系统发射信号的具有超长基线RTK功能的第一GNSS RTK板卡14,所述主板13与所述第一GNSS RTK板卡14相连；[〇〇23]所述RTK基准站12包括接收不同卫星定位系统发射信号的第二GNSS RTK板卡15。 [〇〇24] 本实施例中，所述第一GNSS RTK板卡14和所述第二GNSS RTK板卡15可接收多种卫星导航系统的多种频率的信号，并且具有超长基线RTK解算功能。[〇〇25] 可以理解的是，第一和第二GNSS RTK板卡中的GNSS模块可同时接收GPS、北斗和 GLONASS三星座的多种频率的卫星导航信号，进行全天候精确的位置获取，使压路机的位置获取误差控制在厘米级。该GNSS定位模块由于同时接收三星座的多种频率的卫星导航信号，故可以相对快速准确定位。另外该GNSS定位模块具有超长基线RTK解算功能，可在基线长度达到上百公里以上时仍能快速准确定位。GNSS模块定位在对空开阔的环境中且网络 RTK工作良好时位置定位精度高;在对空视野受限的环境中或差分数据通信网络通信质量较差时位置定位精度较低，此时GNSS模块定位位置随机误差较大但无累积误差；[〇〇26] 上述装置利用超长基线RTK技术，可以在压路机距离基准站10千米以上100千米以内任然能够得到误差较小的差分解，这样既能保持较高的定位精度，又能大大减小建立多个基准站的成本。
[0027]进一步的，所述机载采集站还包括图1未示出的第一加速度传感器16，所述第一加速度传感器16与所述主板13相连。第一加速度传感器16用来辅助测量压路机运动轨迹，能够使得压路机轨迹信息获取的更加准确。
[0028]在实施例中，通过在第一加速度传感器16，来获取压路机加速度值，第一加速度传感器16优选的采用高精度三轴加速度计来反映压路机的位置变化。
[0029]上述装置利用第一加速度传感器16修正恶劣环境下RTK定位精度较低时压路机的位置，使得结果更加准确。
[0030]进一步的，所述装置还包括图1未示出的第二加速度传感器17，所述第二加速度传感器17安装于压路机振动轮上，与所述主板13相连。
[0031]上述装置利用GNSSRTK技术确定压路机在最近一段较短时间内的位移变化情况，提高了获取的压路机碾压轨迹信息的精度。
[0032]进一步的，所述机载采集站还包括图1未示出的陀螺仪18，所述陀螺仪与所述主13板相连。
[0033]可以理解的是，陀螺仪18用于辅助测量压路机的碾压轨迹，高精度三轴加速度计和陀螺仪18的累积误差很大但随机误差小，故高精度三轴加速度计和陀螺仪18能较准确的反应压路机的实时运动参数，且在短时间内能较准确反应压路的位移变化情况和运动方向变化情况;故高精度三轴加速度计和陀螺仪18的数据可以用于有效修正GNSS模块定位精度较低时的压路机位置。使得定位更加的准确。可克服压路机在多山、峡谷等对空视野不开阔地区或差分数据通信网络通信质量较差时GNSS定位模块定位精度较低的情况。
[0034]上述装置利用GNSSRTK技术确定压路机在最近一段较短时间内运动方向变化情况，提高了获取的压路机碾压轨迹信息的精度。
[0035]上述装置通过高精度三轴加速度计和陀螺仪18实时获取压路机运动参数，包括压实机的实时运动速度和运动方向。用于修正GNSS模块定位精度较低时的位置信息。可克服压路机在多山、峡谷等对空视野不开阔地区或差分数据通信网络通信质量较差时GNSS定位模块定位精度较低的情况。加速度传感器和陀螺仪18在有卫星定位时，能够进一步的校正位置信息，提高精确度，另外在即使在短时间内没有卫星信号，也能确定压路机的实时位置。
[0036]进一步的，所述机载采集站还包括图1未示出的电子罗盘19，所述电子罗盘19与所述主板13相连。
[0037]由于现有的监控系统只对压路机本身进行定位，未对压路机碾压轮进行准确定位，压路机本身的运动轨迹不能准确代表压路机的实际碾压轨迹。对于压路机，特别是单钢轮压路机等使用单个碾压轮的压路机，即使得到压路机准确后也并不能得到碾压轮的准确位置。(如:对于压路机，前进和后退均是正常的碾压步骤。得到压路机的运动轨迹而不知压路机朝向时难以正确得到碾压轮的准确位置)。
[0038]电子罗盘19实时获取的压路机朝向为压路机相对于地磁场的朝向，因此可以准确知道压路机的前进倒退状态，进而在压路机的准确位置和朝向的基础上，加上确定的压路机碾压轮位置向量得到压路机碾压轮的准确位置。
[0039]上述装置在获取压路机的准确位置和朝向的基础上，加上实际测量的碾压轮位置向量(本装置的GNSS天线相位中心到压路机碾压轮的向量)得到压路机碾压轮的准确位置。
[0040] 上述装置的工作流程如下所述:[〇〇411 GNSS定位模块通过网络RTK技术实时获取压路机的位置信息，通过高精度三轴加速度计和陀螺仪18实时获取压路机的运动参数，通过电子罗盘19实时获取压路机的朝向。 对GNSS模块获取的实时位置信息与三轴加速度计、陀螺仪18获取的运动参数进行融合处理，提高了压路机的位置信息获取的准确度；同时解决了传统方法中因无法确定压路机朝向而产生的对碾压轮的定位误差。
[0042]值得说明的是，本装置通过本地存储记录的数据并采用有应答帧的通信协议发送至远程服务器;本装置具有无线网络功能，可通过现场局域网和附近的多个装置实现信息共享。
[0043]现有设备只能完成单机的压实作业，在多机协同作业的状态下难界定碾压的范围，容易造成碾压区域的“漏压”和“超压”现象，无法保证压实的质量。本实施例通过无线路由器对压路机施工现场进行组网，使得多台压路机能够互相交换数据，避免了出现碾压区域的“漏压”和“超压”现象。通过无线网络路由器现场对多台压路机迅速组网，多机作业中能相互传输压实数据，提升了压实作业的质量。
[0044]上述装置能够实现山区、丘陵等复杂地形情况下精确采集压路机的位置信息，并且通过加速度传感器采集压路机的振幅和频率数据计算出压路机的速度、方向数据，实现对压实作业的监控，采集的数据通过现场无线网络传输给现场服务器，实现了多机协同作业。
[0045]图2示出了本实用新型一实施例提供的压路机位置信息的获取装置的一种应用场景示意图。如图2所示，包括移动站，基准站、远程服务器和现场服务器。[〇〇46] 基准站采用RTK基准站，由GNSS天线、GNSS RTK板卡、移动数传模块构成。GNSS天线安装在开阔无遮挡的高处，天线参考点的坐标通过支持HNC0RS网络的精确定位设备获得。 [〇〇47] 机载采集站包括Nand Flash存储器、STM32微控制器、GNSS RTK板卡、无线路由器、 电源管理模块、第一加速度传感器、陀螺仪惯导模块和电子罗盘，STM32微控制器对采集的数据进行处理，计算出压路机的位置信息和其他压实参数数据;利用GPRS模块把采集的数据传输到远程服务器;电源管理模块给主板供电。[〇〇48] RTK基准站和移动站均采用密封防水结构封装，适用全天候作业。[〇〇49] RTK基准站通过GNSS RTK板卡计算出差分数据后，利用移动数传模块把数据传送到远程服务器，以便所述装置获取差分数据。所述装置上的移动透传模块连接远程服务器的端口接收到差分数据之后通过RS232传送给GNSS RTK板卡得到差分之后的位置位置信息。安装在压路机钢轮上的加速度传感器采集压路机的加速度值。陀螺仪输出三轴角度信息，所述装置采集这三路输入信号，通过运算得到经炜度、海拔、振幅、频率、速度、方向、UTC 时间等压实数据，然后存入Nand Flash存储器中。所述装置通过GPRS网络模块把压实数据上传至远程服务器。同时所述装置把压实数据传至现场服务器，为多机协同作业时提供它压路机压实数据。
[0050]当获取不到卫星定位数据时，机载采集站获取陀螺仪和加速度传感器的值，通过计算得到位置信息。
[0051]或者，机载采集站获取陀螺仪和加速度传感器的值，校正压路机的位置信息。所述装置通过特定的通讯协议与远程数据中心通讯，防止压实数据丢失。移动数传模块电台数传模块。现场组网可以用zigbee协议的模块。
[0052]图3示出了本实用新型一实施例提供的压路机位置信息的获取装置的工作流程图。如图3所示，本实施例的压路机位置信息的获取装置的工作流程包括如下步骤:
[0053]301、开始。
[0054]302、系统初始化，包括初始化GPS模块，建立TCP/UDP连接。
[0055]303、检测是否收到定位数据，若是，则执行步骤304，否则，执行步骤312。
[0056]304、通过加速度传感器采集加速度值。
[0057]305、计算压实数据，包括经玮度、海拔、振幅、频率、速度、方向、UTC时间等。
[0058]306、数据打包。
[°°59] 307、判断Nand Flash是否写满，若是，则执行步骤408，否则，执行步骤313。
[0060] 308、存储到Nand Flash中。
[0061 ] 309、将数据发送至现场服务器。
[0062 ] 310、将数据发送至远程服务器。
[0063]311、结束。
[0064]312、采集陀螺仪值、加速度值。
[0065]313、擦除已发送成功的数据。
[0066]本实用新型使用三星八频高精度北斗定位系统对压路机进行全天候精确定位，采用加速度传感器采集压路机的加速度值。通过所述装置对采集的数据进行处理，计算出压路机的经玮度、海拔、振幅、频率、速度、方向、UTC时间等压实数据。通过移动数传模块把采集的压实数据传输到远程数据中心，同时通过现场无线路由器把数据传输到现场服务器，实现了对压路机的精准位置信息的获取，并且采集了压实数据。
[0067]本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在于该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0068]此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0069]本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
[0070]最后应说明的是:本领域普通技术人员可以理解:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。
【主权项】
1.一种用于记录压路机碾压轨迹的数据采集设备，其特征在于，包括:RTK基准站和安装于压路机机顶的机载采集站，所述机载采集站和所述RTK基准站相连； 所述机载采集站包括主板和接收不同卫星定位系统发射信号的具有超长基线RTK功能的第一GNSS RTK板卡，所述主板与所述第一GNSS RTK板卡相连； 所述RTK基准站包括接收不同卫星定位系统发射信号的第二GNSS RTK板卡。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述机载采集站还包括第一加速度传感器，所述第一加速度传感器与所述主板相连。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第二加速度传感器，所述第二加速度传感器安装于压路机振动轮上，与所述主板相连。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述机载采集站还包括陀螺仪，所述陀螺仪与所述主板相连。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述机载采集站还包括电子罗盘，所述电子罗盘与所述主板相连。
【文档编号】G01S19/43GK205581306SQ201620044695
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年1月18日
【发明人】袁铜森, 朱自强, 曾智力, 杨德钊, 胡伟伦
【申请人】湖南致同工程科技有限公司