一种混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法技术

本发明专利技术提供了一种混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法，包括：获取MR三维实景模型；将实时填筑面绝对三维坐标与MR三维实景模型进行关联，基于关联结果对路基进行填筑；基于扫描特征图获取填筑路基压实度；基于路基实体模型获取简化计算模型，将填充路基变量参数输入至简化计算模型，获取填筑路基变形数据；基于孔隙率、填筑路基压实度和填筑路基变形数据，判断路基变形控制指标是否满足设计要求。本发明专利技术结合了混合现实技术可视化强、卷积神经网络图像特征提取能力强、有限元技术非线性计算能力强、二次开发建模速度快及智能化施工效率高的优点。既满足施工进度要求又保证了填筑质量。证了填筑质量。证了填筑质量。

【技术实现步骤摘要】
一种混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法


[0001]本专利技术属于道路交通工程土石混填路基智能填筑施工
，尤其涉及一种混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法。

技术介绍

[0002]高填方成为主要的建筑设施实现形式；同时，由于填筑量大，为节约成本且充分利用挖方弃料，常采用土石混合料作为高填方填料。但是，土石混合料性质复杂，高填方填筑高度大，自重大，如若处治不当工后沉降大等因素都影响着高填方工程的长期运营稳定。其中，填筑阶段，现行方法采用分块倒料摊铺，无法精确按照设计层厚进行填筑，少填耽误工期，超填又容易造成层厚过大，不易压实等特点；压实阶段，目前主要采用经验或随机位置抽查压实度等方法判断当前填筑压实层的路基是否达到预设密实度。误差较大，容易漏判潜在不密实路段；固结阶段，现行方法主要也是采用对少数关键点进行沉降观测进而保证路基变形可控，缺少大范围快捷便利的沉降控制方法。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法，本专利技术基于混合现实技术辅助，在路基填筑，压实、固结观测阶段提供一种智能化的施工控制方法。在路基填筑阶段，结合卫星定位和快速扫描技术，将填筑路基的断面特征实时生成虚拟图像，并和预设填筑断面比对，即可便捷的判断填筑方量是否满足设计要求；在路基压实阶段，利用电磁波扫描装置和卷积神经网络的图像特征提取技术，实时生成填筑体内部的特征扫描图，并提取出孔隙对应的像素块信息，进而通过计算填筑体的孔隙度快速估算填筑体的压实度；在路基沉降观测阶段，基于有限元软件的二次开发平台，合理简化填筑路段的断面形式，即可做到在压实完成后快速生成有限元计算模型，计算不同工况下的路基变形情况，提取关键沉降数据和设计标准进行比对，进一步保障土石混填路基的长期稳定运营。本专利技术可以为土石混填道路工程智能施工提供新的思路，对土石混填工程沉降控制提供一定的参考。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法，包括：
[0005]将填筑路段的三维地质模型和路基实体模型进行耦合，获取MR三维实景模型；
[0006]获取填筑机械的实时三维定位信息和填筑体表面的控制点相对点云坐标，将所述实时三维定位信息和所述控制点相对点云坐标进行耦合，获取填筑面绝对三维坐标，将所述填筑面绝对三维坐标与所述MR三维实景模型进行关联，基于关联结果对路基进行填筑；
[0007]所述路基填筑完成后，基于电磁波探测获取填筑路基的扫描特征图，基于所述扫描特征图获取所述填筑路基压实度；
[0008]对所述路基实体模型进行半结构分析，获得填筑路基的简化计算模型，将填筑路基变量参数输入至所述简化计算模型，获取填筑路基变形数据；
[0009]基于所述填筑路基压实度和所述填筑路基变形数据，判断路基变形控制指标是否满足设计要求，若不满足，则重新获取所述填筑路基压实度，直至路基变形控制指标满足设计要求。
[0010]可选地，将填筑路段的三维地质模型和路基实体模型进行耦合包括：
[0011]基于设计路基的断面特征构建所述三维地质模型，基于高程信息构建路基实体模型，将所述三维地质模型和所述路基实体模型进行耦合，并将整体关联至相应的大地坐标系。
[0012]可选地，获取填筑机械的实时三维定位信息和填筑体表面的控制点相对点云坐标包括：
[0013]在填筑机械上配备GPS接收天线和三维激光扫描设备，在填筑过程中，定位卫星向GPS接收天线实时发送所述填筑机械的三维空间坐标信息，结合基站发送的差分信号综合生成所述填筑机械的所述实时三维定位信息，通过所述三维激光扫描设备获取填筑体表面的所述控制点相对点云坐标。
[0014]可选地，基于电磁波探测获取路基的扫描特征图包括：
[0015]在对所述填筑路基进行碾压夯实的过程中，通过电磁波发射装置不断向填筑体内部发射电磁波，获取所述填筑路基的所述扫描特征图，其中，采用蛇形井字形叠合方式对所述填筑路基进行碾压夯实。
[0016]可选地，基于所述扫描特征图获取填筑路基压实度，包括：
[0017]基于卷积神经法提取所述扫描特征图中小于预设数值的像素块，计算所述像素块在所述扫描图中所有像素块的比值，获得填筑路基的孔隙率，基于所述孔隙率获取所述填筑路基压实度。
[0018]可选地，所述卷积神经法为：
[0019][0020]其中，f(x,y)为原图片对应(x,y)处的值，g(t+Δx,y+Δy)为对原函数进行映射、偏置后对应(x+Δx,y+Δy)上的值，Δx为对图片像素x轴上的偏置量，Δy为对图片像素y轴上的偏置量,y(t)为x(t)和h(t)的结果函数，x(t)为输入函数,h(t)为响应函数。
[0021]可选地，基于卷积神经法提取所述扫描特征图中小于预设数值的像素块包括：
[0022]对扫描特征图的不同特征进行提取，获取原始特征图，将不同尺寸或不同特征的卷积核一起组成一个单元，将所述原始特征图和一个单元内的不同卷积核进行卷积操作。
[0023]可选地，将所述原始特征图和一个单元内的不同卷积核进行卷积操作包括：
[0024]在进行卷积操作前对所述扫描特征图进行padding操作，不同尺寸大小的卷积核对应不同的padding层数，卷积操作中卷积步长均设置为1，分别输出若干份和原图像同样像素大小的图片，采用ReLU激活函数对输出图片进行处理，消除卷积过程中产生的非零像素，再将其作为神经网络的输入，开展下一层卷积操作，卷积的过程中，始终保持图像的像素尺寸不变。
[0025]可选地，基于所述孔隙率获取所述填筑路基压实度的方式为：
[0026][0027]其中，P为压实度，为孔隙率。
[0028]可选地，获取填筑路基变形数据包括：
[0029]在施工过程中实时获取所述填筑路基的荷载情况、材料属性、断面形状和尺寸，并将其输入至所述填筑路基计算模型中，输出所述填筑路基变形数据；其中，所述填筑路基变形数据包括：所述填筑路基的位移变形和应力分布。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0031]1.本专利技术基于混合现实技术，提出一种土石混合路基精确填筑施工技术，结合现有成熟的快速扫描技术和卫星定位技术，将填筑面实时点云数据耦合进填筑路基虚拟模型中，较为直观的判断填筑量是否满足设计要求。避免少填延误工期，超填不易压实的潜在风险；
[0032]2.本专利技术通过在路基压实过程中，不断向填筑体内部发射电磁波，并接收反射信号，结合颜色编码，将反射信号转变为填筑体内部特征扫描图。通过卷积神经方法，采用不同的卷积核提取扫描特征图的孔隙特征，进而快速判断压实路段的孔隙率和压实度。有效弥补了实际工程中随机抽样检测压实度的不全面、费时费工等缺点。能够更加高效的在路基压实阶段对不密实路段进行补救处理，减少路基在实际运营中可能产生的不均匀沉降、路基裂缝等病害。
[0033本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法，其特征在于，包括：将填筑路段的三维地质模型和路基实体模型进行耦合，获取MR三维实景模型；获取填筑机械的实时三维定位信息和填筑体表面的控制点相对点云坐标，将所述实时三维定位信息和所述控制点相对点云坐标进行耦合，获取填筑面绝对三维坐标，将所述填筑面绝对三维坐标与所述MR三维实景模型进行关联，基于关联结果对路基进行填筑；所述路基填筑完成后，基于电磁波探测获取填筑路基的扫描特征图，基于所述扫描特征图获取所述填筑路基压实度；对所述路基实体模型进行半结构分析，获得填筑路基的简化计算模型，将填筑路基变量参数输入至所述简化计算模型，获取填筑路基变形数据；基于所述填筑路基压实度和所述填筑路基变形数据，判断路基变形控制指标是否满足设计要求，若不满足，则重新获取所述填筑路基压实度，直至路基变形控制指标满足设计要求。2.根据权利要求1所述的混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法，其特征在于，将填筑路段的三维地质模型和路基实体模型进行耦合包括：基于设计路基的断面特征构建所述三维地质模型，基于高程信息构建路基实体模型，将所述三维地质模型和所述路基实体模型进行耦合，并将整体关联至相应的大地坐标系。3.根据权利要求1所述的混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法，其特征在于，获取填筑机械的实时三维定位信息和填筑体表面的控制点相对点云坐标包括：在填筑机械上配备GPS接收天线和三维激光扫描设备，在填筑过程中，定位卫星向GPS接收天线实时发送所述填筑机械的三维空间坐标信息，结合基站发送的差分信号综合生成所述填筑机械的所述实时三维定位信息，通过所述三维激光扫描设备获取填筑体表面的所述控制点相对点云坐标。4.根据权利要求1所述的混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法，其特征在于，基于电磁波探测获取路基的扫描特征图包括：在对所述填筑路基进行碾压夯实的过程中，通过电磁波发射装置不断向填筑体内部发射电磁波，获取所述填筑路基的所述扫描特征图，其中，采用蛇形井字形叠合方式对所述填筑路基进行碾压夯实。5.根据权利要求1所述的混合现实技术辅助的路基三维智能填筑施工控制方法，其特征在于，基于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕玺琳，程博文，谢志伟，吕龙，朱长根，徐柯锋，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：