本发明属于高速公路维护技术领域，具体涉及一种高速公路一体化维养方法、系统、操作方法及其装置。
背景技术：
高速公路作为国民经济的大动脉，对国家经济繁荣及人民生活便利起着举足轻重的作用。高速公路维养管理工作的顺畅进行是保障高速公路可持续发展的必要条件。然而，高速公路的传统维养管理工作存在成本居高不下、机械化程度不高等诸多问题，且维养品质差，无法实现“预防性、智能化”的养护要求。在现有技术条件下，主要包括：
中国专利zl201210024824.3公开了一种面向物联网和3dgis的公路隧道智能检修机。此种公路隧道检修机首先通过自动巡逻系统的隧道三维地理信息扫描装置对隧道进行扫描，再利用核心控制系统控制机器人执行各种命令，最后通过自动检修系统和机械手装置来实现公路隧道内零部件的自主检修和更换。但是，此种智能检修机的作业对象为公路隧道，且只能实现对隧道内零部件的自主检修和更换。
中国专利zl201420058372.5公开了一种公路路面维修清理机。此种路面维修清理机首先通过下端弯曲推雪板、抽气泵、吸盘以及垃圾存储箱对路面进行清理，再利用沥青喷枪实现对坑洼路面的修补。此种公路维修清理机“智能化”程度不高，并不能实现“一体化”的养护要求。
中国专利zl2017204799726.7公开了一种多功能公路维修车。此种公路维修车首先通过扫地转盘、喷水器以及吸尘器预先对损坏路面进行清理，再利用红外探测仪来检测道路的坑洼深度，最后利用出料口以及压辊，来实现对坑洼路面的修补。然而，此种公路维修车的作业对象为普通公路的坑洼病变，尚未实现对路面病变性态参数的自动检测和全息反演。
因此，有必要涉及一种高效的集探测、预判、施工一体化的智能高速公路维养系统，是进一步提升高速公路维养效率和品质的重要手段。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供了一种高速公路一体化维养方法、系统、操作方法及其装置，可提高高速公路维养管理工作的时效性和精准性，进而提升高速公路维养效率和品质。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高速公路一体化维养方法，通过对水平维度实时测量，确定施工机械及施工范围水平坐标集；对施工范围的高速公路路面进行平整度扫描，获得高度差分数据坐标；将获得的坐标数据经相应算法处理，预判当前施工范围的路面病害类别；将预判结果转化为相应的动作信号，输出给执行系统，实时对路面开展相应的维养工作。
利用irtk定位技术对水平维度实时测量，利用高度激光扫频对施工范围的高速公路路面进行平整度扫描。
一种高速公路一体化维养系统，包括：
信号采集系统：其包括载波相位差分模块和高度激光扫频模块，分别用来动态实时扫描水平和高度坐标数据；
数据处理系统：其包括坐标差分转化算法模块和路面病变预判算法模块，分别对信号采集系统所采集信号进行实时处理，获得路面病变物理性态参数和坐标参数；
自动维养系统：其包括控制系统和执行系统，可根据数据处理系统的预判病变类型进行维养动作。
还包括云终端，载波相位差分模块和高度扫频激光模块得到的动态实时扫描数据上传云终端，实现对原始数据的备份；路面病变物理性态参数和坐标参数上传云终端。
维养系统的操作方法，包括以下步骤：
通过载波相位差分模块实现水平维度实时测量，经数据处理系统坐标差分转化算法模块处理后，确定施工机械及施工范围水平坐标集；
高度激光扫频模块发出激光扫频信号，对前方施工范围的高速公路路面进行平整度扫描，获得高度差分数据坐标，经路面病变预判算法模块处理，获得路面病变物理性态参数和坐标参数；
控制系统根据预判结果向执行系统输出作动指令，执行系统根据指令的几何参数和位置参数对路面实时展开维养工作。
载波相位差分模块和高度扫频激光模块得到的动态实时扫描数据上传云终端，路面病变物理性态参数和坐标参数上传云终端，并对预判结果进行校核，校核后的病变数据反馈给自动维养系统。
一种高速公路一体化维养装置，包括维养车辆、高度激光扫频模块、载波相位差分模块、坐标差分转化算法模块、路面病变预判算法模块和云终端服务器，所述高度激光扫频模块和载波相位差分模块均设置在维护车辆上，所述维护车辆包括控制系统和执行系统，所述控制系统与执行系统连接，所述高度激光扫频模块、载波相位差分模块和路面病变预判算法模块均与坐标差分算法模块连接，所述云终端服务器和控制系统与路面病变预判算法模块连接。
所述高度激光扫频模块设置在维养车辆前端，所述载波相位差分模块设置在维养车辆内。
所述高度激光扫频模块和载波相位差分模块与云终端服务器连接，实现对原始数据备份。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
1)利用先进数采技术，自动采集坐标，实时与定位卫星系统通讯；
2)自动进行倾斜补偿，实现高速公路路面几何参数的cm级别测量精度；
3)通过nfc硬件射频识别通讯技术，实现坐标差分系统的ms级信号传递；
4)irtk定位系统采用ipower智平衡节能技术，合理分配主机-配机耗能，保障工作时长；
数据云终端可采用加密存储，保障数据安全，并可实现远距离在线和离线数据重现，对维养过程和维养品质进行监控，实现互联网测量内外业一体化作业。
附图说明
图1是本发明维养系统的框型结构示意图；
图2是本发明的工作原理图；
图3是本发明维养装置的结构示意图；
图4是本发明维养装置的连接框图；
其中：图3中1为高度激光扫频模块，2为载波相位差分模块，3为坐标差分转化算法模块，4为路面病变预判算法模块，5为控制系统，6为执行系统，7为云终端服务器。
具体实施方式
下面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1～2所示，一种高速公路一体化维养方法，利用irtk定位技术实现水平维度实时测量，确定施工机械及施工范围水平坐标集；利用高度激光扫频技术，对施工范围的高速公路路面进行平整度扫描，获得高度差分数据坐标；将上述数据实时导入数据处理系统，经相应算法处理，预判当前施工范围的路面病害类别；将预判结果转化为相应的动作信号，输出给作动系统，实时对路面开展相应的维养工作。
高速公路一体化维养系统，包括信号采集系统、数据处理系统、自动维养系统和云终端。其中，信号采集系统包括载波相位差分模块和高度激光扫频模块，分别用来动态实时扫描水平和高度坐标数据；数据处理系统包括坐标差分转化算法模块和路面病变预判算法模块，其中坐标差分转化算法模块把得到的水平维度数据坐标、高度差分数据坐标在三维坐标系统转换的布尔莎—沃尔夫模型中进行空间直角坐标系的转换，对所采集信号进行实时处理，获得路面物理性态参数和坐标参数，路面病变预判算法模块把路面物理性态参数生成动态几何坐标，对进行实时分析，并判断路面病变为何种病变；自动维养系统包括控制系统和执行系统，可根据预判病变类型进行匹配维养动作。
具体包括以下步骤：
启动高速公路一体化维养系统,通过载波相位差分模块实现水平维度实时测量，经数据处理系统坐标差分转化算法模块处理后，确定施工机械及施工范围水平坐标集。
高度激光扫频模块发出激光扫频信号，对前方施工范围的高速公路路面进行平整度扫描，获得高度差分数据坐标，经路面病变预判算法模块处理，获得路面病变物理性态参数和坐标参数。
把载波相位差分模块和高度扫频激光模块得到的动态实时扫描数据上传云终端，实现对原始数据的备份。
把路面病变物理性态参数和坐标参数上传云终端，一方面利用高速公路维养大数据，对预判结果进行校核，另一方面实现维养系统的远程监控、校正、和控制。
将云终端校校核后的病变数据反馈给自动维养系统，其控制系统根据预判结果向自动维养系统输出作动指令，自动维养系统根据指令的几何参数和位置参数对路面实时展开维养工作。
如图3所示，一种高速公路一体化维养装置，包括维养车辆、高度激光扫频模块1、载波相位差分模块2、坐标差分转化算法模块3、路面病变预判算法模块4和云终端服务器7，维护车辆包括控制系统5和执行系统6。
本实施例中，将高度激光扫频模块1置于维养车辆前段保险杠处，以实现对探测区域数据的精准采集,。车头内部置有载波相位差分模块2，实现对施工机械和施工位置水平坐标集的实时测量。云终端服务器7与高度激光扫频模块1和载波相位差分模块2相连，以实现对原始数据的备份。
将坐标差分转化算法模块3、路面病变预判算法模块4和控制系统5置于车架前端，其中坐标差分算法模块3连接高度激光扫频模块1、载波相位差分模块2和路面病变预判算法模块4，以实现对坐标数据的实时处理；路面病变预判算法模块4与云终端服务器7和控制系统5相连，将路面病变物理性态参数和坐标参数经云终端校核后，把病变数据反馈给控制系统5。
将执行系统6置于车架后端，所述执行系统设置有液压滑动铲、沥青容纳箱、沥青出料管、压辊、旋转毛刷等，也可根据具体需求进行选配。具体实施过程如下：如，通过前端处理得知路面病变类型为凹坑破损后，将病变类型数据传递给控制系统5，控制系统随之发出控制指令给执行系统，与之相连的液压滑动铲便自动调整高度对病变路面进行预处理，完成这一步骤后沥青出料管浇注沥青，最后位于执行系统尾部的压辊和旋转毛刷对维养路面压实和清理，完成自动维养作业。上述装置的控制方法，本领域的技术人员在本技术方案的基础上，可以根据实际情况进行调整和设计。
比如：路面发生凸起病变，路面病变预判算法模块4把该路面病变数据经云终端校核后反馈给控制系统5，控制系统5发出与之相对应的控制指令。液压滑动铲调整高度铲除路面凸起，沥青出料管浇注沥青对铲除后的路面进行修补，最后压辊和旋转毛刷把路面压实和清理，实现对该病变路面的自动维养。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。