一种路基路面智能碾压系统技术方案

一种路基路面智能碾压系统，包括质量检测系统、智能决策系统、无人碾压系统及远程监控中心；质量检测系统用于检测路基路面各填筑层压实质量；智能决策系统分析压实质量数据并得出下一遍或新碾压施工区域的碾压施工参数；无人碾压系统根据得出的碾压施工参数结合无人碾压机单台或机群协同完成施工作业；远程监控中心提供实时通信服务、作业区域规划、导航线路和机群调度服务，并显示现场作业情况，存储作业数据。本发明专利技术可在线检测路基路面不同填筑层、不同填筑料的压实质量，由机器决策控制碾压施工作业，避免人为因素影响，具有检测、分析、决策、控制循环闭环实现的特点，尤其适用于全天候、危险区域或极限条件路基路面碾压施工作业的场景。

An Intelligent Rolling System for Subgrade and Pavement

An intelligent rolling system for roadbed and pavement includes quality detection system, intelligent decision system, unmanned rolling system and remote monitoring center; quality detection system is used to detect compaction quality of each filling layer of roadbed and pavement; intelligent decision system is used to analyze compaction quality data and obtain rolling construction parameters of next or new rolling construction area; unmanned rolling system is based on the rolling implementation obtained. The remote monitoring center provides real-time communication services, operation area planning, navigation lines and group scheduling services, and displays the operation situation on site and stores operation data. The invention can detect the compaction quality of different filling layers and filling materials on-line, control the rolling construction operation by machine decision-making, avoid the influence of human factors, and has the characteristics of detection, analysis, decision-making and closed-loop control. It is especially suitable for all-weather, dangerous areas or extreme conditions of roadbed and pavement rolling construction.

【技术实现步骤摘要】
一种路基路面智能碾压系统
本专利技术属于路基路面工程
，特别涉及一种路基路面智能碾压系统，主要用于公路、铁路、机场、大坝、桥梁、港口等领域路基路面填筑碾压质量控制。
技术介绍
路基路面填筑施工质量是确保路基路面长期性能稳定、基础设施的使用寿命的关键环节。路基路面填筑碾压质量控制不善容易引起很多病害，如路面早期破坏、路基开裂、路基不均匀沉降和路基塌陷等。目前，路基路面主要仍采用现场点抽样检测或监理旁站来控制路基路面的压实质量和碾压施工参数，以进一步实现对路基路面填筑施工质量的控制。然而，现场点抽样检测方法虽然检测精度较高，但是无法反映路基路面整体填筑施工质量情况，并且无法满足路基路面建造大规模机械化施工的实际需求，费时费力，经济性较差，效率较低。而监理旁站则基于人为判断碾压施工参数如碾压遍数等是否合格的方式来实现对路基路面建造质量的控制，这样存在误判、控制精确性较差、受人为因素影响大的问题，不利于对路基路面填筑施工质量进行实时有效控制。因此，有必要研究开发一种可有效避免当前压实质量控制局限性、有效减少人为因素影响和由机器自主决策控制压实质量的路基路面智能碾压技术。随着技术的发展，目前路基路面压实质量监控技术已由以人工驾驶、监理旁站、人工记录施工参数、人工抽样点检测为特点的1.0时代、以人工驾驶、碾压施工过程自动监测及自动化管理、人工抽样点检测、GPS实时监控技术为特点的2.0时代进入了以人工驾驶、碾压施工参数实时监控、压实质量连续检测、连续压实控制(ContinuousCompactionControl)技术、碾压机集成压实监控(Roller-IntegratedCompactionMonitoring，RICM)技术、智能压实(IntelligentCompaction，IC)技术为特点的3.0时代。在国外，研究的热点主要集中在如何将CCC/RICM/IC技术应用于路基路面建造和选取CCC/RICM/IC参数作为机械路面设计的标准值。CCC/RICM技术主要利用安装在碾压施工机械上可对碾压质量信息和碾压施工参数信息进行实时采集的连续数据采集系统。针对路基路面填筑施工质量监控，国外基于CCC/RICM技术研发了许多碾压施工质量监控系统，如美国Caterpillar公司的碾压过程监控系统、瑞典Ammann公司的ACE(AmmannCompactionExpert)系统、Dynamic和Trimble公司的RICM系统、Rinehart和Mooney提出的RICM系统。基于CCC/RICM技术，结合自动反馈控制系统(AFC)，IC技术被提出。利用装备有集成测量系统、机载计算机报告系统、基于GPS定位系统和AFC系统的IC系统可实现对路基路面填筑材料如土、骨料或沥青路面材料的连续压实质量监控。在上述基于CCC/RICM/IC技术研发的路基路面压实质量连续监控系统中，可用于表征路基、底基层、基层和路面层填筑料压实质量的指标主要有CMV、CCV、OMEGA、MDP、MDP40、MDP80、EVIB、Ks、THD，这些连续压实质量指标可以在某种程度上反映路基路面压实质量情况。在国内，相关研究主要集中在表征路基路面填筑压实效果的碾压机集成装置的开发上。张润利等通过监测垂直方向的振动加速度来表征土层密实度，开发了振动压实度计量仪。居彩梅设计了一种振动碾压机的连续压实度检测仪。长安大学武雅丽、马学良、孙祖望等研究了基于能量平衡的振荡碾压机压实自动控制技术。邓学欣等提出通过检测振动轮振动加速度间接反映土壤压实状况的压实度自动检测原理，并开发了响应检测系统。范云和汪英珍开展了填土压实质量检测及机载压实集成系统应用研究。为了解决粗粒土路基压实质量较难控制的问题，基于连续检测路基结构抗力变化的方法，徐光辉等提出了路基压实质量连续动态监控技术。针对高等级公路沥青路面施工质量控制的需求，基于统计学原理，赵文姣利用现场数据研发了一套质量控制系统，该系统可用于控制路面层的施工质量。刘光辉对高填方路基进行了智能沉降预测及应用研究，基于数据库技术建立了高填方路基施工数据库、沉降信息数据库与预测模型数据库一体的高填方路基沉降预测系统，用于分析公路建造施工期的沉降特性及工后沉降的预测。基于RICM/IC技术，刘东海等研发了可实时连续监控高速公路路基施工质量的压实质量监控系统。在自动驾驶施工领域，目前基于GPS技术和自动控制技术的自动导航控制系统已取得一定进展。国外相关研究主要集中农业领域，已经实现播种、插秧、耕种等作业的施工机械自动导航控制。国内相关研究也集中于农业领域，已实现农田播种的自动导航控制和稻田插秧的自动导航转向控制。此外，刘天云等专利技术了一种无人驾驶技术，该技术已被成功应用于土石坝工程，可以有效控制碾压施工参数如行车速度、碾压遍数、振动频率等，进而有效控制土石坝的碾压施工质量。以上国内外最新的研究成果表明，目前路基路面压实质量监控技术仍然停留在以人工驾驶、碾压施工参数实时监控、压实质量连续检测、CCC/RICM/IC技术为特点的3.0时代，该阶段路基路面压实质量控制仍然存在许多问题。压实质量在线检测方法方面，对于粒径分布范围较大的土石混填或填石路基缺乏有效的压实度在线检测方法、缺乏能反映路面结构层整体强度或刚度变化的在线检测方法、缺乏可用于连续、点线面结合的在线检测路基路面平整度、弯沉值和沉降的方法、缺少可实时有效在线检测面层沥青混合料全工作面碾压温度的方法；压实决策方法方面，存在压实过程中不能很好考虑土石料压实过程中的弹塑性变形、已有压实模型并没有考虑模型参数随压实过程的变化情况、已有压实模型不能根据压实情况智能调整至最优碾压参数、压实过程中填筑料的压实质量是否符合要求仍由易产生误判和误差的人来判断的问题；碾压施工参数控制方面的问题，主要有施工单位在碾压过程中主要依靠人工经验控制压实质量、压实效率低、压实均匀性差，碾压施工参数如碾压遍数、碾压轨迹、行车速度、压实厚度等仍由人工监控，导致漏碾、交叉、重复碾压等问题出现，人工驾驶碾压不适用夜间、危险、高原极限施工条件。总的来说，目前路基路面压实质量监控技术仍存在人为因素干扰施工进而影响压实质量的问题，质量控制模式仍偏重于“监”而非“控”，施工模式仍停留在人工驾驶阶段，压实质量仍由人工决策进行控制，路基路面的填筑施工质量并不能得到真正有效控制，碾压质量得不到有效保证，致使路基路面出现不同类型、不同程度的早期病害，降低公路等工程的使用品质，使公路等工程达不到实际使用寿命。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种路基路面智能碾压系统，主要包括质量检测系统、智能决策系统、无人碾压系统和远程监控中心，可用于路基路面碾压施工质量控制，作为路基路面工程施工过程中碾压质量智能化控制的一种有效解决方案，可以在路基路面碾压过程中连续在线检测压实质量、实时精确控制碾压施工参数、由碾压机自主决策控制碾压施工参数进而科学有效控制碾压施工作业，以时间、效率、经济性或压实质量为最优化控制目标，以有效避免人为因素影响、改善压实质量、提高压实效率、路基路面压实均匀性和施工经济性，满足全天候或极限条件施工需求，实现路基路面碾压技术由自动化水平提升至智能化水平，实现路基路面施工进入4.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种路基路面智能碾压系统，包括质量检测系统(1)、智能决策系统(2)、无人碾压系统(3)以及远程监控中心(4)，其特征在于：所述质量检测系统(1)用于实时连续获取路基路面压实质量信息；所述智能决策系统(2)接收质量检测系统(1)获取的压实质量信息和碾压作业监测得到的碾压施工参数信息，根据对所述信息的分析得出上一遍或上一个碾压施工区域路基路面整体压实质量情况，利用压实模型或人工智能算法计算得出下一遍或下一个碾压施工区域碾压施工参数；所述无人碾压系统(3)根据智能决策系统(2)给出的碾压施工参数，结合远程监控中心(4)给出的碾压作业区域规划、导航线路、机群调度信息，采用单台无人碾压机或多台无人碾压机机群协同作业完成现场路基路面碾压施工作业，在完成下一遍或新施工区域压实作业期间，利用质量检测系统(1)实时连续采集路基路面压实质量信息，启动新的检测循环，形成循环闭环系统；所述远程监控中心(4)接收质量检测系统(1)传输的现场路基路面压实质量信息、智能决策系统(2)传输的碾压施工参数信息、无人碾压系统(3)传输的实时碾压施工参数信息以及现场碾压作业环境视频、碾压作业避障信息、无人碾压机实时状态信息，显示现场碾压作业情况，存储现场碾压作业数据，并为现场碾压作业提供实时通信服务，为无人碾压系统(3)提供碾压作业区域规划、导航线路和机群调度服务。...

【技术特征摘要】
1.一种路基路面智能碾压系统，包括质量检测系统(1)、智能决策系统(2)、无人碾压系统(3)以及远程监控中心(4)，其特征在于：所述质量检测系统(1)用于实时连续获取路基路面压实质量信息；所述智能决策系统(2)接收质量检测系统(1)获取的压实质量信息和碾压作业监测得到的碾压施工参数信息，根据对所述信息的分析得出上一遍或上一个碾压施工区域路基路面整体压实质量情况，利用压实模型或人工智能算法计算得出下一遍或下一个碾压施工区域碾压施工参数；所述无人碾压系统(3)根据智能决策系统(2)给出的碾压施工参数，结合远程监控中心(4)给出的碾压作业区域规划、导航线路、机群调度信息，采用单台无人碾压机或多台无人碾压机机群协同作业完成现场路基路面碾压施工作业，在完成下一遍或新施工区域压实作业期间，利用质量检测系统(1)实时连续采集路基路面压实质量信息，启动新的检测循环，形成循环闭环系统；所述远程监控中心(4)接收质量检测系统(1)传输的现场路基路面压实质量信息、智能决策系统(2)传输的碾压施工参数信息、无人碾压系统(3)传输的实时碾压施工参数信息以及现场碾压作业环境视频、碾压作业避障信息、无人碾压机实时状态信息，显示现场碾压作业情况，存储现场碾压作业数据，并为现场碾压作业提供实时通信服务，为无人碾压系统(3)提供碾压作业区域规划、导航线路和机群调度服务。2.根据权利要求1所述路基路面智能碾压系统，其特征在于，所述压实质量信息包括路基、底基层和基层的压实度、弯沉值和平整度，以及路面层的压实度、弯沉值、平整度和碾压温度，所述路面层包括水泥混凝土层和沥青混合料面层，其中压实度的检测由集成声波检测技术或集成压实测量技术实现，弯沉值及平整度的检测由红外或激光测距技术实现，碾压温度的检测由红外温度检测技术实现；所述整体压实质量情况由路基路面填筑料压实质量情况和路基路面填筑料的碾压施工参数情况两部分组成，因而路基路面整体压实质量由路基路面填筑料的压实质量和碾压施工参数共同决定。3.根据权利要求2所述路基路面智能碾压系统，其特征在于，所述集成声波检测技术用于检测粒径分布范围为0～400mm的路基或底基层填筑材料的压实度，所述集成压实测量技术即CCC/RICM/IC技术基于速度或加速度信号提取特征值以表征底基层或基层粒径分布范围为0～200mm的填筑材料的压实度；所述红外或激光测距技术主要用于获取路基、底基层、基层、面层的实时高程数据和沉降量数据，进而利用这些实测数据与点抽样检测方法得出的实际弯沉值进行相关关系分析，建立集成测量数据与点抽样检测数据之间的关系模型，同时利用实时高程数据反映出路基路面平整度情况；所述红外温度检测技术用于检测沥青混合料面层填筑碾压施工时的碾压温度分布情况。4.根据权利要求1所述路基路面智能碾压系统，其特征在于，针对不同的施工环境和情形，所述智能决策系统(2)通过如下方式之一实现智能决策，启动下一遍或新施工区域碾压作业，以形成智能决策循环执行，自动调整碾压施工参数，多级联控、多机协同进行无人碾压作业：方式一，根据质量检测系统(1)得到的压实质量信息和无人碾压系统(3)传输的上一遍碾压作业监测得到的碾压施工参数信息，进行压实模型参数设定，进而利用压实模型对碾压施工参数进行优化，根据优化结果对无人碾压系统(3)进行反馈调节控制；方式二，根据由机器学习或人工智能神经网络模型为核心的碾压施工参数智能预估系统，利用质量检测系统(1)得到的压实质量信息和无人碾压系统(3)传输的上一遍碾压作业监测得到的碾压施工参数信息，对现场作业的碾压机下一遍或下一个碾压区域所使用的碾压施工参数进行预估，实现高效的碾压作业；所述碾压施工参数包括行车速度、振动频率、振幅、激振力、碾压遍数、碾压轨迹、压实厚度和碾压温度。5.根据权利要求4所述路基路面智能碾压系统，其特征在于，所述方式一中，压实模型为粘弹塑性振动压实动力学模型，能够真实模拟不同施工参数下的压实效果与系统响应，根据每一遍质量检测系统(1)测量的压实质量信息，及所用碾压机的已知参数，通过填筑料动力学试验与填筑料的弹塑性力学理论，得到路基路面模型参数与路基路面填筑材料压实质量关系，结合碾压时质量检测系统(1)得到路基路面填筑材料压实质量，进而得到粘弹塑性振动压实动力学模型各参数，通过所建立的振动压实动力学模型进行碾压施工参数优化，得出压实决策最优方案，为无人碾压系统(3)提供最优的碾压施工参数；所述方式二中，碾压施工参数智能预估系统通过周期性的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：林诗梦，王桂英，
申请(专利权)人：北京龙马智行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11