本发明涉及市政工程和公路工程技术咨询领域，特别是涉及一种路基的沉降信息预测方法、路基的沉降信息预测系统、软土路基的沉降信息预测设备。
背景技术：
在市政工程和公路工程技术咨询领域中，软土是沿海地区高速公路和市政道路难以回避的特殊岩土类型。由于沿海环境非常容易引起软土淤积，典型的滨海相、涡湖相、三角洲相、泻湖相和溺谷相环境均广泛淤积有大量软土。基于软土的强度低、变形量大、变形持续时间长、含水量高和透水性差等特点，软土路基在外荷载作用下常常发生沉降并表现为多种类型的病害。
软土路基施工阶段的沉降变形可以通过填土速率的差异来控制。软土路基的沉降主要发生在施工填土期间，该沉降的量和速率等可以通过填土速率予以控制，通常会借助测量设备对路基开展沉降观测，观测结果兼具反映已有填土速率合理性和提供后续填土速率的选择依据。
传统技术主要通常将现场采集的软土路基沉降变形的数据与以往积累的典型工况数据进行比对，利用比对分析结果对软土路基的沉降变形等沉降信息进行预测，然而这种技术容易由于参考的典型工况的类型单一造成与实际施工的软土路基的地质类型不匹配，导致预测软土地基的沉降信息的准确性偏低，而且传统技术往往是通过施工人员的个人经验将现场采集的数据与典型工况数据进行分析，同样也会降低预测的准确性和效率。
技术实现要素：
基于此，有必要针对传统技术准确性低的问题，提供一种路基的沉降信息预测方法、路基的沉降信息预测系统和软土路基的沉降信息预测设备。
一种路基的沉降信息预测方法，包括步骤：
获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息；其中，所述沉降测量装置设于所述目标路基中，用于采集所述目标路基的位置变化信息；
将所述位置变化信息输入至预测模型库，获取所述预测模型库的各个沉降预测模型输出的预测值；其中，所述预测模型库是对多个与不同路基类型匹配的沉降预测模型进行封装的模型库；
根据所述各个沉降预测模型输出的预测值确定所述目标路基的沉降信息。
上述路基的沉降信息预测方法，获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息，将该位置变化信息输入至预测模型库中获取各个沉降预测模型输出的预测值，根据各个沉降预测模型的预测值对该目标路基的沉降信息进行预测，使得目标路基中的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对目标路基的沉降信息进行分析预测，提高了对路基的沉降信息进行预测的准确性，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设咨询的质量。
在一个实施例中，所述获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息的步骤包括：
获取所述沉降测量装置中的定位装置记录的纬度数据、经度数据和高程数据；根据所述纬度数据、经度数据和高程数据获取所述目标路基的位置变化信息。
在一个实施例中，所述根据所述纬度数据、经度数据和高程数据获取所述目标路基的位置变化信息的步骤包括：
获取所述沉降测量装置中的陀螺仪记录的位置变化量和姿态变化量；根据所述位置变化量和姿态变化量分别对所述定位装置记录的纬度数据、经度数据和高程数据进行修正，确定所述目标路基的位置变化信息。
在一个实施例中，所述获取所述沉降测量装置中的陀螺仪记录的位置变化量和姿态变化量的步骤包括：
获取陀螺仪的第一水平偏移量、第二水平偏移量、垂直偏移量以及平面偏移角、第一方向偏移角和第二方向偏移角；将第一水平偏移量、第二水平偏移量、垂直偏移量以及平面偏移角、第一方向偏移角和第二方向偏移角作为陀螺仪的位置变化量和姿态变化量。
在一个实施例中，所述获取所述预测模型库的各个沉降预测模型输出的预测值的步骤包括：
在所述预测模型库的各个沉降预测模型中利用曲线拟合方法构建与所述沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线；根据所述与所述沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线得到所述各个沉降预测模型的预测值。
在一个实施例中，所述根据所述各个沉降预测模型输出的预测值确定所述目标路基的沉降信息的步骤包括：
计算所述各个沉降预测模型输出的预测值的平均值；根据所述各个沉降预测模型输出的预测值的平均值获取所述目标路基的沉降信息；
或
所述根据所述各个沉降预测模型输出的预测值确定所述目标路基的沉降信息的步骤包括：
从典型工程数据库中提取各个路基类型的历史沉降数据；将所述历史沉降数据与所述各个沉降预测模型输出的预测值进行比对分析得到所述目标路基的沉降信息。
在一个实施例中，在所述确定所述目标路基的沉降信息的步骤之后，还包括：
从所述沉降信息中提取所述目标路基的沉降速率；根据所述沉降速率确定所述目标路基的填土速率。
在一个实施例中，提供了一种路基的沉降信息预测系统，包括：
获取模块，用于获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息；其中，所述沉降测量装置设于所述目标路基中，用于采集所述目标路基的位置变化信息；
输出模块，用于将所述位置变化信息输入至预测模型库，获取所述预测模型库的各个沉降预测模型输出的预测值；其中，所述预测模型库是对多个与不同路基类型匹配的沉降预测模型进行封装的模型库；
确定模块，用于根据所述各个沉降预测模型输出的预测值确定所述目标路基的沉降信息。
上述路基的沉降信息预测系统，通过获取模块获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息，利用输出模块将该位置变化信息输入至预测模型库中获取各个沉降预测模型输出的预测值，通过确定模块根据各个沉降预测模型的预测值对该目标路基的沉降信息进行预测，使得目标路基中的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对目标路基的沉降信息进行分析预测，提高了对路基的沉降信息进行预测的准确性，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设咨询的质量。
在一个实施例中，提供了一种软土路基的沉降信息预测设备，包括：沉降测量装置，以及服务器；其中，
所述沉降测量装置包括埋设于软土路基的路基填土底部的底板，所述底板上设有竖直支撑杆，所述竖直支撑杆的顶端穿过路基填土并延伸于所述路基的路基上表面一定高度；所述竖直支撑杆的顶端设有用于采集软土路基的位置变化信息的信息采集装置，通过互联网连接至所述服务器，将采集的位置变化信息传输至所述服务器；所述服务器，用于执行如上任一实施例所述的路基的沉降信息预测方法获取所述软土路基的沉降信息。
上述软土路基的沉降信息预测设备，使得软土路基的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对软土路基的沉降信息进行分析预测，提高了对软土路基的沉降信息进行预测的准确性，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设咨询的质量。
在一个实施例中，所述信息采集装置包括卫星定位模块、陀螺仪、时钟、数据通信模块和控制模块；其中，所述卫星定位模块、陀螺仪、时钟和数据通信模块分别连接至控制模块，所述控制模块通过数据通信模块连接至所述服务器。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一实施例所述路基的沉降信息预测方法。
上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，使得目标路基中的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对目标路基的沉降信息进行分析预测，提高了对路基的沉降信息进行预测的准确性，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设咨询的质量。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任一实施例所述路基的沉降信息预测方法。
上述计算机可读存储介质，通过其存储的计算机程序，使得目标路基中的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对目标路基的沉降信息进行分析预测，提高了对路基的沉降信息进行预测的准确性，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设咨询的质量。
附图说明
图1为一个实施例中的路基的沉降信息预测方法的应用环境图；
图2为一个实施例中的路基的沉降信息预测方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中的路基的沉降信息预测方法的流程示意图；
图4为一个实施例中的路基的沉降信息预测系统的结构框图；
图5为一个实施例中的软土路基的沉降信息预测设备的结构示意图；
图6为一个实施例中的信息采集设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的路基的沉降信息预测方法，可以应用于如图1所示的应用环境中，图1为一个实施例中的路基的沉降信息预测方法的应用环境图。
沉降观测装置10可以通过互联网与服务器40进行通信，沉降观测装置10可以埋设于如图1的箭头20所指示的目标路基中，沉降观测装置10可以用于采集该目标路基的位置变化信息，将采集的位置变化信息通过互联网发送至服务器40进行后续处理和数据分析。其中，服务器40可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
在一个实施例中，提供了一种路基的沉降信息预测方法，以该方法应用于图1中的服务器为例进行说明，参考图2，图2为一个实施例中的路基的沉降信息预测方法的流程示意图，该预测方法可以包括以下步骤：
步骤s101，获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息。
在本步骤中，沉降测量装置可以设于目标路基中，可以用于采集该目标路基的位置变化信息；其中，位置变化信息可以包括目标路基的路基上表面随时间变化的高程变化量、水平面的倾斜角度变化量以及变化量的平均值等信息。
本步骤主要是通过设于目标路基中的沉降测量装置，获取该沉降测量装置检测的所述目标路基的位置变化信息。
步骤s102，将所述位置变化信息输入至预测模型库，获取所述预测模型库的各个沉降预测模型输出的预测值。
由于路基的类型很多，例如软土，也称软弱粘性土或软粘土等，它主要包括淤泥、淤泥质土、有机土、腐殖土、泥炭质土和泥炭，属于沿海地区高速公路和市政道路难以回避的特殊岩土类型，针对不同的路基类型，通常需要针对性采用与该路基类型匹配的沉降预测模型对该路基的沉降信息进行预测。
本步骤主要是利用预测模型库中的各个沉降预测模型输出多个预测值。其中，该预测模型库是指对多个沉降预测模型进行封装的模型库，沉降预测模型是分别与不同的路基类型匹配的预测模型，各个沉降预测模型是用于对不同路基类型的路基的沉降信息进行预测的模型；预测模型库可以是预先封装好的，在有新的沉降预测模型加入时，也将该沉降预测模型进行增补封装，扩展原有的预测模型库。
本步骤可以将步骤s101获取的所述目标路基的位置变化信息输入到封装好的预测模型库中，预测模型库中的各个沉降预测模型分别获取该位置变化信息，并分别输出与该沉降预测模型匹配的路基的沉降信息的预测值。
步骤s103，根据各个沉降预测模型输出的预测值确定目标路基的沉降信息。
本步骤可以利用各个沉降预测模型输出的预测值进行分析处理，结合各个沉降预测模型输出的预测值，从而确定目标路基的沉降信息，相比于仅利用特定的沉降预测模型对沉降信息进行预测的方式，其中，沉降信息包括该目标路基的沉降速率等信息。由于本步骤综合了与各个路基类型相对应的沉降预测模型输出的预测值对目标路基的沉降信息预测，能够提高预测的准确性。
上述实施例提供的路基的沉降信息预测方法，获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息，将该位置变化信息输入至预测模型库中获取各个沉降预测模型输出的预测值，根据各个沉降预测模型的预测值对该目标路基的沉降信息进行预测，使得目标路基中的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对目标路基的沉降信息进行分析预测，提高了对路基的沉降信息进行预测的准确性，同步提供了路基沉降变形信息采集、变形预测和填土速度决策咨询的功能，速度快、普适性强和可操作性强，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设咨询的质量。
在一个实施例中，步骤s101的获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息的步骤可以包括：
获取沉降测量装置中的定位装置记录的纬度数据、经度数据和高程数据；根据纬度数据、经度数据和高程数据获取目标路基的位置变化信息。
在本实施例中，沉降测量装置上可以设有定位装置，包括卫星定位装置，该定位装置可以用于记录纬度数据、经度数据和高程数据。
本实施例可以通过设于沉降测量装置上的卫星定位装置获取目标路基的纬度数据x、经度数据y和高程数据h，根据纬度数据x、经度数据y和高程数据h获取目标路基的位置变化信息。
其中，可以对纬度数据x、经度数据y和高程数据h进行预处理，将异常数据进行剔除，分别计算纬度数据、经度数据和高程数据的差值，可以采用如下公式计算差值：δx＝xm-1-xm、δy＝ym-1-ym、δh＝hm-1-hm，其中，m为自然数，表示不同时刻采集的数据，δx、δy和δh分别对应于纬度数据的差值、经度数据的差值和高程数据的差值。
本实施例的技术方案通过定位装置记录的纬度数据、经度数据和高程数据获取目标路基的位置变化信息，能够从纬度、经度和高程三个方面全面反映目标路基的位置变化信息，提高了采集和测量位置变化信息的准确性，也提高了数据采集的效率。
在一个实施例中，进一步的，步骤s101中的根据纬度数据、经度数据和高程数据获取目标路基的位置变化信息的步骤可以包括：
获取沉降测量装置中的陀螺仪记录的位置变化量和姿态变化量；根据位置变化量和姿态变化量分别对定位装置记录的纬度数据、经度数据和高程数据进行修正，确定目标路基的位置变化信息。
本步骤主要是利用陀螺仪记录的位置变化量和姿态变化量对定位装置记录的数据进行修正，从而获取准确的路基的位置变化信息。其中，陀螺仪可以设于沉降测量装置之中，该陀螺仪可以用于记录目标路基的位置变化量和姿态变化量，如横坐标的位置变化量δxt、纵坐标的位置变化量δyt和高程变化量δht，水平面倾斜角的姿态变化量θ水平t、横坐标方向倾斜角的姿态变化量θ倾斜xt和纵坐标方向倾斜角的姿态变化量θ倾斜yt等，能够准确测量目标路基的位置变化信息。可以采用九轴陀螺仪记录位置变化信息，九轴陀螺仪通常包括加速度、三轴陀螺仪和磁强计，将九轴数据融合得到位置变化信息。
本实施例是考虑到在目标路基的位置发生变化时，例如在软土路基的填土过程中，软土路基的路基上表面会发生沉降、水平面偏移等位置变化，如果仅靠定位装置记录的纬度数据、经度数据和高程数据难以全面反映目标路基发生的位置变化信息，本实施例通过陀螺仪记录的位置变化量和姿态变化量对定位装置记录的信息进行修正，能够准确获取目标路基的位置变化信息。
在一个实施例中，进一步的，步骤s101中的获取沉降测量装置中的陀螺仪记录的位置变化量和姿态变化量的步骤可以包括：
获取陀螺仪的第一水平偏移量、第二水平偏移量、垂直偏移量以及平面偏移角、第一方向偏移角和第二方向偏移角；将第一水平偏移量、第二水平偏移量、垂直偏移量以及平面偏移角、第一方向偏移角和第二方向偏移角作为陀螺仪的位置变化量和姿态变化量。
在本实施例中，第一水平偏移量和第二水平偏移量可以分别指陀螺仪在纬度方向和经度方向的偏移量，垂直偏移量是指陀螺仪在高程方向的偏移量，平面偏移角是指在经纬度方向所构成平面的平面偏移角度，第一方向偏移角和第二方向偏移角可以分别指陀螺仪在纬度方向和经度方向的偏移角度。
本实施例主要是将该陀螺仪记录的在纬度方向、经度方向和高程方向的偏移量，以及经纬度平面的偏移角度、纬度方向和经度方向的偏移角度作为陀螺仪的位置变化量和姿态变化量，使得陀螺仪记录的属于与定位装置记录经纬度等数据匹配，能够准确对定位装置记录的信息进行修正，提高采集目标路基的位置变化信息的准确性。
在一个实施例中，步骤s102中的获取预测模型库的各个沉降预测模型输出的预测值的步骤可以包括：
在预测模型库的各个沉降预测模型中利用曲线拟合方法构建与沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线；根据与该沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线得到各个沉降预测模型的预测值。
在本实施例中，可以根据各个沉降预测模型的类型，包括通过指数曲线法、分段函数曲线法、有限元数值分析法、双曲线法、gompertz模型法、gm模型预测法、weibull模型法、泊松曲线法、变权重组合s型成长模型法、asaoka法、pearl模型法等方法对应的沉降预测模型，构建与沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线，在每一类拟合曲线的构造过程中，构建曲线拟合曲线的方法可以包括l-m算法(levenberg-marquardt)、高斯-牛顿算法(gauss-newton)和信赖域算法(trust-region)，一般采用信赖域算法进行曲线拟合，获取构建的与沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线，根据该拟合曲线得到各个沉降预测模型对目标路基的沉降信息的预测值，该预测值可以包括与沉降测量装置的位置变化信息匹配的参数、与拟合结果的均方根误差、r方等评价指标用于反映曲线拟合效果的数据，还可以是“时间-累计总沉降量(t-s总)、时间-阶段沉降量(t-s阶段)”等拟合曲线的数值。
在有必要时，技术人员也可以根据实际情况设置“待定系数的上、下限、拟合起点”等参数提升拟合效果。曲线拟合完成后，可以输出拟合曲线、参数并显示拟合结果的均方根误差、r方等评价指标用于反映曲线拟合的效果，同时也可根据用户需求输出“时间-累计总沉降量(t-s总)、时间-阶段沉降量(t-s阶段)、”等曲线，并按照模板输出包含各类曲线、各类指标、相关参数及拟合结果的报告。
上述实施例提供的技术方案，利用曲线拟合方法构建与沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线，根据该拟合曲线获取各个沉降预测模型的预测值，通过各拟合曲线的曲线特性，反映出各个沉降预测模型的预测结果，准确得到各个沉降预测模型对目标路基的沉降信息的预测值，进一步提高了沉降信息预测的准确性。
在一个实施例中，步骤s103中的根据各个沉降预测模型输出的预测值确定目标路基的沉降信息的步骤可以包括：
计算各个沉降预测模型输出的预测值的平均值；根据各个沉降预测模型输出的预测值的平均值获取所述目标路基的沉降信息。
本实施例中，不同沉降预测模型的适用条件和影响因素会导致该模型对目标路基的预测值造成一定预测差异，例如在利用曲线拟合方法构建与沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线时，不同拟合曲线的适用条件和影响因子不同势必导致预测结果存在差异。
本实施例主要是通过计算各个沉降预测模型输出的预测值的平均值，根据该平均值获取所述目标路基的沉降信息。例如，通过计算各个沉降预测模型输出的对该目标路基的沉降速率的预测值的平均值，将该平均值作为目标结构的沉降速率。
本实施例的技术方案可以根据需要计算各类沉降预测模型的预测结果的平均值供用户进行参考，也可以根据用户的专业意见选择某一种或几种沉降预测模型的预测结果进行深入分析，从而得到该目标路基的沉降信息，提高预测目标路基的沉降速率的准确性和效率。
在一个实施例中，步骤s103中的根据各个沉降预测模型输出的预测值确定目标路基的沉降信息的步骤可以包括：
从典型工程数据库中提取各个路基类型的历史沉降数据；将历史沉降数据与各个沉降预测模型输出的预测值进行比对分析得到目标路基的沉降信息。
其中，典型工程数据库记录各种不同地质背景的工程案例的工程数据，包括各种地质背景的路基的沉降数据,典型工程数据库的建立可通过数据录入和批量导入的方式，按照事先设置的要求，用户可以将典型工程案例的关键参数如时间、沉降量、软土成分、软土参数、软土厚度、软土埋深等逐一录入数据库，也可以事先按照既定的格式要求形成文档，最终将典型工程案例的文档批量导入到数据库，可以通过互联网同步传输到服务器上。此外，按照既定格式要求形成的工程案例信息文档也可以直接通过互联网传输至服务器，其他控制设备再通过互联网从服务器上自动读取，确保服务器和控制设备中的工程案例信息完全一致。
本实施例将典型工程数据库记录的各个路基类型的历史沉降数据与各个沉降预测模型输出的预测值进行数据分析和比对，可以结合目标路基的施工工期并选取地质背景尽可能相似的工程案例作为分析比对的数据源，根据比对分析的结果得到该目标路基的沉降信息，该方案将各个路基类型的历史沉降数据和各个沉降预测模型输出的预测值进行结合，进一步提高了对沉降信息预测准确性。
在一个实施例中，在步骤s103中的确定目标路基的沉降信息的步骤之后，还可以包括如下步骤：
从沉降信息中提取目标路基的沉降速率；根据沉降速率确定目标路基的填土速率。
本实施例中，目标路基的沉降速率是指目标路基随着时间变化的沉降量。由于沉降信息通常包括该目标路基的沉降速率，本实施例可以从该沉降信息中提取目标路基的沉降速率，从而根据沉降速率确定填土速率，还可以对前期填土速率进行评价和输出后期填土速率的建议值，使得该目标路基在施工阶段的沉降变形可以通过填土速率来进行控制，提高了填土速率预测的准确性，避免不同技术个人经验的差异导致填土速率的判断差异甚至误差，提高施工的安全性。
在一个实施例中，提供一种路基的沉降信息预测方法，参考图3，图3为另一个实施例中的路基的沉降信息预测方法的流程示意图，该方法可基于如图1所示的应用环境实现，该方法可以包括如下步骤：
s201，获取沉降测量装置中的定位装置记录的纬度数据、经度数据和高程数据；
在本步骤中，可以在路基施工进行之初，预先埋设沉降观测装置，装置包括底板100、竖直支撑杆200及竖直支撑杆200顶部配置的信息采集模块300。底板100和竖直支撑杆200的材料密度与压实的填土相差并不太大，因板件或杆件的重量导致的过高应力引发的局部沉降完全可以忽略。竖直支撑杆件可以根据需要按照固定长度逐级加长或加高，必要时也可以根据需要而按照固定高度逐级缩短。当填土施工开始后，信息采集模块根据用户的预设需求按时读取信息，时间间隔可以通过人为设定且可以根据需要调整，间隔包括半小时、1小时、2小时……，或是1天(周)、2天(周)、3天(周)，采集的信息可以包括北斗卫星导航系统、全球定位系统和格洛纳斯定位系统三套卫星定位系统获得的位置信息，即纬度数据xt、经度数据yt、高程数据ht，还可以获取时间信息t。随着填土厚度的不断增加，竖向支撑杆200可以根据实际情况不断的按照固定长度逐级加长(高)，采集的信息可以通过存储模块进行存储，通过互联网将所存储的数据同步传输给服务器40，能够准确测量目标路基的位置变化信息。
s202，获取沉降测量装置中的陀螺仪记录的位置变化量和姿态变化量；根据位置变化量和姿态变化量分别对定位装置记录的纬度数据、经度数据和高程数据进行修正，确定所述目标路基的位置变化信息。
本步骤中，陀螺仪可以采用九轴陀螺仪，将加速度、陀螺仪和磁强计所构成的九轴数据融合，获取的位置变化(δxt、δyt、δht)和姿态变化(θ水平t、θ倾斜xt、θ倾斜yt)，根据陀螺仪记录的位置变化和姿态变化对定位装置的纬度数据、经度数据和高程数据进行修正，得到准确的目标路基的位置变化信息。
在以下两种情况需要进行数值调整：
(1)支撑杆件高度调整的情况下：当支撑杆件需要升高时，相同沉降量对应的现场信息采集模块所采集的高程h势必会增大。高程h增大的量为δh调，其中正常的填土过程中δhan<δhbn则可通过公式“δh调＝δhbn-δhan”进行计算，如挖土过程中测量回弹量则相反通过公式“δh调＝δhan-δhbn”进行计算。由于本发明每次升高杆件的高度为固定值l0，所以正常情况下的δh调＝l0。因此，每一轮调升杆件高度后存储模块都将在所测时间高程上扣除单次升高值，即第k次升高杆件后存储系统记录的高程为h＝ht-k×l，其中ht是第k次升高杆件后采集系统获得的高程值。
(2)支撑杆件倾斜的情况下：本发明采用的底部预制板件和竖直支撑杆件均为特制构件，不考虑材料会发生完全变形的情况出现。当某种因素导致杆件发生倾斜时，底部的预制板件势必会同步发生倾斜，此时的实际高程h的计算公式为“h＝(ht-k×l)sinθ”，θ代表杆件的倾角，ht是第k次升高杆件后采集系统获得的高程值。倾角θ的计算公式为:
θ＝arctan[1/(tan2θ倾斜xbk+tan2θ倾斜ybk)]。
在支撑杆需要进行调整的情况下，如随着填土厚度的不断增大，原先远离地表的支撑杆件顶部所配现场信息获取模块逐渐接近地表，需要将该模块增加一级高度以远离地面，可以通过如下方式进行信息采集：
当信息采集模块与地表距离低于某一固定值时，可以人为按下信息采集模块的手工记录按钮，信息采集模块采集高度调整前的信息(xan、yan、han、δxan、δyan、δhan、θ水平an、θ倾斜xan、θ倾斜yan、tan,n＝1,2,3,等任意自然数)，信息存储和传输结束后关闭信息采集模块，关闭后增加一级支撑杆件，相关装置固定完毕后开启现场信息获取模块，再次人为按下现场信息获取模块的手工记录按钮，信息采集模块采集高度调整后的现场信息(xbn、ybn、hbn、δxbn、δybn、δhbn、θ水平bn、θ倾斜xbn、θ倾斜ybn、tbn，n＝1,2,3,等任意自然数)，信息存储和传输结束后自动进入正常工作模式。
s203，将所述位置变化信息输入至预测模型库，在预测模型库的各个沉降预测模型中利用曲线拟合方法构建与所述沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线；根据与所述沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线得到各个沉降预测模型的预测值。
本步骤中，可以对位置变化信息的数据经初步处理，具体包括异常剔除、计算数据差值(δx＝xm-1-xm、δy＝ym-1-ym、δh＝hm-1-hm、δθ水平＝θ水平m-1-θ水平m、δθx倾斜＝θx倾斜m-1-θx倾斜m、δθy倾斜＝θy倾斜m-1-θy倾斜m、δt＝tm-1-tm，m＝1，2，3，……等自然数)和平均值等。利用初步处理位置变化信息的数据，可以根据各个沉降预测模型的类型，包括通过指数曲线法、分段函数曲线法、有限元数值分析法、双曲线法、gompertz模型法、gm模型预测法、weibull模型法、泊松曲线法、变权重组合s型成长模型法、asaoka法、pearl模型法等方法对应的沉降预测模型，构建与沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线，在每一类拟合曲线的构造过程中，构建曲线拟合曲线的方法可以包括l-m算法(levenberg-marquardt)、高斯-牛顿算法(gauss-newton)和信赖域算法(trust-region)，一般采用信赖域算法进行曲线拟合，获取构建的与沉降测量装置的位置变化信息匹配的拟合曲线，根据该拟合曲线得到各个沉降预测模型对目标路基的沉降信息的预测值，该预测值可以包括与沉降测量装置的位置变化信息匹配的参数、与拟合结果的均方根误差、r方等评价指标用于反映曲线拟合效果的数据，还可以是“时间-累计总沉降量(t-s总)、时间-阶段沉降量(t-s阶段)”等拟合曲线的数值。
在有必要时，技术人员也可以根据实际情况设置“待定系数的上、下限、拟合起点”等参数提升拟合效果。曲线拟合完成后，可以输出拟合曲线、参数并显示拟合结果的均方根误差、r方等评价指标用于反映曲线拟合的效果，同时也可根据用户需求输出“时间-累计总沉降量(t-s总)、时间-阶段沉降量(t-s阶段)、”等曲线，并按照模板输出包含各类曲线、各类指标、相关参数及拟合结果的报告。
通过各拟合曲线的曲线特性，反映出各个沉降预测模型的预测结果，准确得到各个沉降预测模型对目标路基的沉降信息的预测值，进一步提高了沉降信息预测的准确性。
s204，从典型工程数据库中提取各个路基类型的历史沉降数据；将所述历史沉降数据与所述各个沉降预测模型输出的预测值进行比对分析得到所述目标路基的沉降信息。
本步骤中，从典型工程数据库中提取各个路基类型的历史沉降数据；将历史沉降数据与各个沉降预测模型输出的预测值进行比对分析得到目标路基的沉降信息。典型工程数据库记录各种不同地质背景的工程案例的工程数据，包括各种地质背景的路基的沉降数据。将典型工程数据库记录的各个路基类型的历史沉降数据与各个沉降预测模型输出的预测值进行数据分析和比对，可以结合目标路基的施工工期并选取地质背景尽可能相似的工程案例作为分析比对的数据源，根据比对分析的结果得到该目标路基的沉降信息，将各个路基类型的历史沉降数据和各个沉降预测模型输出的预测值进行结合，进一步提高了对沉降信息预测准确性。
s205，从所述沉降信息中提取所述目标路基的沉降速率。
在本步骤中，由于沉降信息通常包括该目标路基的沉降速率，本实施例可以从该沉降信息中提取目标路基的沉降速率，从而根据沉降速率确定填土速率，可以自动套用已有工程案例提供建议的施工填土速率，可以提供参考工程案例及建议结果供技术人员选择和参考，还可以对前期填土速率进行评价和输出后期填土速率的建议值，使得该目标路基在施工阶段的沉降变形可以通过填土速率来进行控制，提高了填土速率预测的准确性，提高施工的安全性。
上述实施例的技术方案，使得目标路基中的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对目标路基的沉降信息进行分析预测，提高了对路基的沉降信息进行预测的准确性，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设的质量，可以用于基于公路和道路软土路基沉降变形相关信息采集、沉降量计算及预测、填土速率合理性判别和工程施工速率咨询的方法，效率高、普适性强、可操作性强。
在一个实施例中，提供了一种路基的沉降信息预测系统，如图4所示，图4为一个实施例中的路基的沉降信息预测系统的结构框图，该预测系统可以包括：获取模块101、输出模块102和确定模块103，其中：
获取模块101，用于获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息；其中，沉降测量装置设于所述目标路基中，用于采集目标路基的位置变化信息；
输出模块102，用于将所述位置变化信息输入至预测模型库，获取预测模型库的各个沉降预测模型输出的预测值；其中，预测模型库是对多个与不同路基类型匹配的沉降预测模型进行封装的模型库；
确定模块103，用于根据各个沉降预测模型输出的预测值确定所述目标路基的沉降信息。
上述路基的沉降信息预测系统，通过获取模块101获取沉降测量装置检测的目标路基的位置变化信息，利用输出模块102将该位置变化信息输入至预测模型库中获取各个沉降预测模型输出的预测值，通过确定模块103根据各个沉降预测模型的预测值对该目标路基的沉降信息进行预测，使得目标路基中的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对目标路基的沉降信息进行分析预测，提高了对路基的沉降信息进行预测的准确性，同步提供了路基沉降变形信息采集、变形预测和填土速度决策咨询的功能，速度快、普适性强和可操作性强，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设的质量。
关于路基的沉降信息预测系统的具体限定可以参见上文中对于路基的沉降信息预测方法的限定，在此不再赘述。上述路基的沉降信息预测系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种软土路基的沉降信息预测设备，参考图5，图5为一个实施例中的软土路基的沉降信息预测设备的结构示意图，该预测设备可以包括：沉降测量装置，以及服务器40；其中，
该沉降测量装置可以包括埋设于软土路基的路基填土20底部的底板100，底板100上设有竖直支撑杆200，竖直支撑杆200的顶端穿过路基填土并延伸于所述路基的路基上表面30一定高度；竖直支撑杆200的顶端设有用于采集软土路基的位置变化信息的信息采集装置300，通过互联网连接至服务器40，将采集的位置变化信息传输至服务器40；服务器40，可以用于执行如上任一实施例所述的路基的沉降信息预测方法获取该软土路基的沉降信息。
其中，竖直支撑杆200可以包括可拆卸连接的多个长度固定的子支撑杆210，竖直支撑杆200的顶端穿过路基填土并延伸于路基的路基上表面一定高度，竖直支撑杆200的顶端设有信息采集装置300，该信息采集装置300主要用于采集软土路基的路基上表面的位置变化信息，该信息采集装置300可以通过互联网与后台的服务器40进行通信连接，将采集到的路基上表面的位置变化信息传输至服务器40。
上述软土路基的沉降信息预测设备，使得软土路基的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对软土路基的沉降信息进行分析预测，提高了对软土路基的沉降信息进行预测的准确性，同步提供了路基沉降变形信息采集、变形预测和填土速度决策咨询的功能，速度快、普适性强和可操作性强，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设的质量。
在一个实施例中，该软土路基的沉降信息预测设备还可以包括移动终端50、工作站60；其中，移动终端50和工作站60可以通过互联网与沉降测量装置、服务器40通信。
在本实施例中，移动终端50可以包括个人数字助理510和平板电脑520等便携移动设备，该移动终端50可以作为人机接口为现场工作人员提供测量或采集软土路基的位置变化信息的数据，工作站60可以是专业技术人员的工作设备如个人电脑等，服务器40可以将相应的数据通过互联网传输至工作站60为专业技术人员提供需要的软土路基的信息数据进行专业分析。
在本实施例中，服务器40可以根据需要配置连接信号发射终端的互联网，即通过互联网和信号发射终端向移动终端50发出控制指令，也可配置移动通讯模块单元如gprs、gsm、tdscdma或lte等、com、uart串口模块单元、usb串口模块单元如普通usb或microusb，即通过移动通信适配器和移动通信网络将控制指令推送给移动终端50，服务器40的主要功能包括：接收并存储移动终端50发出的位置变化信息及随时拍摄的影像照片功能，依据控制协议发出指令配置移动终端50的功能以指导移动终端50工作。
参考图6，图6为一个实施例中的信息采集设备的结构示意图，在一个实施例中，进一步的，信息采集装置300可以包括卫星定位模块310、陀螺仪320、时钟330、数据通信模块340和控制模块350；其中，所述卫星定位模块310、陀螺仪320、时钟330和数据通信模块340分别连接至控制模块350，控制模块350通过数据通信模块340连接至服务器40。
在本实施例中，信息采集装置300可以包括卫星定位模块310、陀螺仪320、时钟330、数据通信模块340和控制模块350，卫星定位模块310、陀螺仪320、时钟330和数据通信模块340分别连接至控制模块350，控制模块350通过数据通信模块连接至服务器40，卫星定位模块310可以包括北斗卫星导航系统、全球定位系统和格洛纳斯卫星导航系统的卫星定位模块，陀螺仪320可以采用九轴陀螺仪，数据通信模块340，可以包括兼容2g、3g、4g和5g通信单元、uart串口模块、wifi通信模块单元、bt4.0蓝牙通信模块单元、ble蓝牙通信模块单元、zigbee通信模块单元，根据需要配置的移动通讯模块单元如gprs、gsm、tbscdma或lte等、usb串口模块单元如pc端usb或microusb等，控制模块350，可以包括cpu中央控制器及附属支撑构件，控制模块350分别与卫星定位模块310、陀螺仪320、时钟330和数据通信模块340连接，能够根据需要调取各类数据，可以执行数据读取、处理、运算、建模或比对等指令，还通过数据通信模块340连接服务器40，能够从服务器获得所需信息。
在一个实施例中，信息采集装置300还可以包括分别连接至控制模块350的数据存储器360、输入设备370和显示设备380。
在本实施例中，数据存储器360可以包括flash模块单元，eeprom模块单元，ddram模块等，根据具体需要而配置的microsd模块单元和/或tif模块单元。输入设备370和显示设备380可以作为该装置的人机接口，其中，输入设备370可以用于输入相关控制指令或参数至控制模块350，显示设备380可以用于显示采集的数据信息，例如“时间-路基沉降量”曲线，建模曲线等。
上述各个实施例提供的软土路基的沉降信息预测设备，使得软土路基的路基上表面的位置变化信息得到准确预测，而且通过信息采集装置采集路基上表面的位置变化信息能够避免人工读数引起的误差，提高了对软土路基信息预测的准确性，将该软土路基发送至服务器、移动终端和工作站，能够进一步为软土路基的沉降信息的预测提供数据参考，提高市政工程和公路工程建设的质量，各个模块采取低耦合的形式，可以灵活切换更改。元器件以贴片的形式高度集成，电源及电路等采用结构性防水方案。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一实施例所述路基的沉降信息预测方法。
上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，使得目标路基中的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对目标路基的沉降信息进行分析预测，提高了对路基的沉降信息进行预测的准确性，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设的质量。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任一实施例所述路基的沉降信息预测方法。
上述计算机可读存储介质，通过其存储的计算机程序，使得目标路基中的沉降测量装置的位置信息与各个不同路基类型匹配的沉降预测模型进行结合，利用预测模型库的多个沉降预测模型对目标路基的沉降信息进行分析预测，提高了对路基的沉降信息进行预测的准确性，为市政工程和公路工程建设过程中的软基施工填土速率咨询提供准确的沉降信息参考数据，提高市政工程和公路工程建设的质量。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。