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壓實(shí)是道路施工作業(yè)的一個(gè)重要組成部分，壓實(shí)質(zhì)量對(duì)道路的安全與壽命有著決定性的影響，有效的壓實(shí)能夠顯著的提高路基的承載能力和穩(wěn)定性，防止?jié)B透，消除沉陷。

在目前的壓路機(jī)作業(yè)過(guò)程中，主要依賴操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)，容易出現(xiàn)漏壓、過(guò)壓的情況。通常，在完工后，還需要采用點(diǎn)抽檢的方法，進(jìn)行壓實(shí)路面的密實(shí)度檢測(cè)。這樣的工作流程存在檢測(cè)周期長(zhǎng)、檢測(cè)結(jié)果不能真實(shí)反映全路段壓實(shí)質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

基于北斗RTK的碾壓控制系統(tǒng)可以使工作人員在壓實(shí)過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)壓實(shí)狀況，控制壓實(shí)質(zhì)量，從而保證路基路面在最少碾壓遍數(shù)下得到充分壓實(shí)，可有效地避免欠壓和過(guò)壓等現(xiàn)象的發(fā)生。這樣既能節(jié)省人力，縮短工期，又可以在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上加快施工進(jìn)度，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2、系統(tǒng)介紹

基于北斗RTK的碾壓監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行定位的方式為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(Real Time Kinematic-RTK)測(cè)量定位，其定位精度可達(dá)到1.5cm，RTK是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分測(cè)量技術(shù)，是測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新的突破。

在實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)控中心安裝了基于北斗RTK的碾壓監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)軟件可以遠(yuǎn)程監(jiān)視建筑工程壓路機(jī)工作狀態(tài)和碾壓質(zhì)量。該監(jiān)控平臺(tái)軟件可以實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前壓路機(jī)的工作狀態(tài)和工作面的壓實(shí)信息。監(jiān)控中心可根據(jù)壓路機(jī)的實(shí)時(shí)信息以及工作狀態(tài)，對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度、監(jiān)控、管理等工作。對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行實(shí)時(shí)糾正管理。并根據(jù)軌跡回放，整體控制施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。

壓路機(jī)駕駛員也可以根據(jù)安裝在駕駛室中液晶顯示屏實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前工作面的高程值，掌握碾壓層是否達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度要求，可有效的避免出現(xiàn)過(guò)壓和欠壓現(xiàn)象的發(fā)生，避免了現(xiàn)有工藝中不論土質(zhì)類型如何一律必須壓實(shí)若干遍的情形，提高鋪層材料的均勻性，避免粗骨料的破碎，提高整個(gè)壓實(shí)作業(yè)的效率，降低了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)壓路機(jī)駕駛員還可以從駕駛室中的液晶屏獲取車輛的運(yùn)行軌跡、速度、壓實(shí)次數(shù)等信息。及時(shí)了解當(dāng)前工作面的壓實(shí)情況，平整度等信息。

質(zhì)量控制的自動(dòng)化也能使經(jīng)驗(yàn)不足的司機(jī)獲得很好的壓實(shí)質(zhì)量，從而降低了能源消耗，既可節(jié)省時(shí)間，又可提高工程質(zhì)量，充分體現(xiàn)出實(shí)時(shí)檢測(cè)的優(yōu)越性，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、分析等工作均在監(jiān)控中心的 PC 機(jī)上進(jìn)行，也可以直接送入大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以留作檔案或做進(jìn)一步處理。

3、系統(tǒng)組成

基于北斗RTK的碾壓監(jiān)控系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)與硬件設(shè)備兩部份構(gòu)成，軟件系統(tǒng)又可以分為平臺(tái)調(diào)度軟件和車載終端軟件。

3.1  平臺(tái)調(diào)度軟件

安裝在監(jiān)控中心的平臺(tái)調(diào)度軟件可以及時(shí)的獲取壓路機(jī)的工作狀態(tài)以及當(dāng)前工作面的狀況，對(duì)工程的進(jìn)度和工程的質(zhì)量進(jìn)行宏觀的調(diào)控。

平臺(tái)調(diào)度軟件主要可以實(shí)現(xiàn)的功能包括：

1、可以通過(guò)圖像分析技術(shù)實(shí)時(shí)分析碾壓遍數(shù)。主要可以進(jìn)行總碾壓遍數(shù)的統(tǒng)計(jì)、任意時(shí)間段范圍內(nèi)的碾壓遍數(shù)統(tǒng)計(jì)。采用實(shí)時(shí)分析，可對(duì)任一部位的碾壓遍數(shù)進(jìn)行查詢，具有分析精度高，速度快，計(jì)算準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

該功能實(shí)現(xiàn)的原理為將RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入監(jiān)控中心的PC機(jī)上，A 點(diǎn)為參考站，M點(diǎn)為流動(dòng)站，求出A點(diǎn)的坐標(biāo)后，固定 A 點(diǎn)的坐標(biāo)不改變，解算M點(diǎn)連續(xù)位置，得到M點(diǎn)每秒一次的三維坐標(biāo)及時(shí)間信息，據(jù)此，可以描述出碾壓軌跡圖，碾壓倉(cāng)面的三維地形模型以及碾壓遍數(shù)圖。

2、該平臺(tái)調(diào)度軟件可以對(duì)壓路機(jī)的運(yùn)行軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄，防止工作面產(chǎn)生過(guò)壓和漏壓的現(xiàn)象。

在平臺(tái)調(diào)度軟件中，得到移動(dòng)站M 點(diǎn)的連續(xù)軌跡點(diǎn)坐標(biāo)后導(dǎo)入軟件即可得到碾壓軌跡圖，同時(shí)，亦可將其坐標(biāo)導(dǎo)入 EXCEL 表中進(jìn)行處理。

3、平臺(tái)調(diào)度軟件可以對(duì)碾壓后的工作面平整度進(jìn)行計(jì)算，判斷當(dāng)前工作面是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

路面平整度指的是路表面縱向的凹凸量的偏差值，是路面評(píng)價(jià)及路面施工驗(yàn)收中的一個(gè)重要指標(biāo)，主要反映的是路面縱斷面剖面曲線的平整性。當(dāng)路面縱斷面剖面曲線相對(duì)平滑時(shí)，則表示路面相對(duì)平整，或平整度相對(duì)好，反之則表示平整度相對(duì)差。好的路面則要求路面平整度也要好。路面平整度是評(píng)定路面質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)之一，它關(guān)系到行車的安全，舒適以及路面所受沖擊力的大小和使用壽命。

 4、平臺(tái)調(diào)度軟件除了可以實(shí)時(shí)監(jiān)控碾壓的實(shí)際情況外，對(duì)所有的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都進(jìn)行了備份和存儲(chǔ)，事后可以對(duì)碾壓過(guò)程進(jìn)行回放，作為施工效果的評(píng)價(jià)和后分析評(píng)價(jià)的依據(jù)。

5、平臺(tái)調(diào)度軟件可以與車載終端軟件實(shí)現(xiàn)雙向通信，共享信息的同時(shí)指揮和管理機(jī)械進(jìn)行施工。

6、生成分析報(bào)告，可根據(jù)每個(gè)工作面的實(shí)際工作情況生成分析報(bào)告。

  3.2  車載終端軟件

安裝在壓路機(jī)工作平板上的車載終端軟件是專為操作機(jī)械的施工人員所定制的，該車載終端軟件主要用于使機(jī)械操作人員了解當(dāng)前施工機(jī)械的位置、速度信息，以及及時(shí)的獲取當(dāng)前工作面的狀態(tài)和接收監(jiān)控中心發(fā)來(lái)的施工指令。

車載終端軟件所具有的功能主要包括：

1、引導(dǎo)司機(jī)進(jìn)行施工，通過(guò)碾壓軌跡記錄，指導(dǎo)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工。該功能實(shí)現(xiàn)原理與監(jiān)控中心軟件一致。

2、機(jī)械操作人員可以通過(guò)車載終端軟件獲取當(dāng)前壓路機(jī)的行進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓路機(jī)速度的控制，進(jìn)一步控制工作面的壓實(shí)質(zhì)量。

該功能的計(jì)算原理是通過(guò)車載終端軟件處理得到的M點(diǎn)坐標(biāo)及其時(shí)間信息，可以求出 M 點(diǎn)每個(gè)時(shí)刻的速度。設(shè)相臨兩個(gè)時(shí)刻 t1 和 t2 的 M 點(diǎn)點(diǎn)位坐標(biāo)為 P1 ( x1 ， y1 ， h1 )和 P2 ( x2 ， y2 ， h2 )，則距離

P1P22= ( x1- x2 )2 + ( y1-y2)2 + (h1-h2)2

因?yàn)閿?shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為1 秒，即 $t=t2-t1=1；所以，碾壓速度 v=P1P2/$t

由于這種方式計(jì)算的速度突變比較厲害，與實(shí)際情況并不相符合，所以，在這里采用了一種平滑方式，如將前6秒的速度取平均作為其即時(shí)速度。可以時(shí)間作為橫坐標(biāo)軸，速度作為縱軸，繪制數(shù)據(jù)的碾壓速度圖。

3、以圖像的形式記錄碾壓機(jī)的實(shí)際碾壓次數(shù)和碾壓軌跡圖。避免過(guò)壓和欠壓情況的發(fā)生。

4、記錄當(dāng)前工作面的高程以及當(dāng)前工作面的平整度，方便機(jī)械操作人員查看自己的工作是否滿足質(zhì)量要求。

5、接收平臺(tái)調(diào)度軟件發(fā)送的指令，根據(jù)指令進(jìn)行施工。

3.3 硬件設(shè)備

構(gòu)成基于北斗RTK的碾壓監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分主要包括構(gòu)成基準(zhǔn)站與移動(dòng)站的司南導(dǎo)航自主研發(fā)的M300GNSS接收機(jī)全套設(shè)備以及工業(yè)平板電腦等設(shè)施。

3.3.1  基準(zhǔn)站

基準(zhǔn)站是為了提高系統(tǒng)的監(jiān)控精度而設(shè)置的，在一般情況下，為便于供電，管理和維護(hù)，基準(zhǔn)站應(yīng)建立在監(jiān)控中心，為確保監(jiān)控精度，基準(zhǔn)站與施工區(qū)的距離應(yīng)控制在5~6km范圍內(nèi)。

本系統(tǒng)基準(zhǔn)站是由M300GNSS接收機(jī)+UDL電臺(tái)構(gòu)成，司南導(dǎo)航M300 GNSS接收機(jī)采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)BDS+GPS雙星五頻GNSS模塊，為GNSS產(chǎn)業(yè)革命性產(chǎn)品，其GPS+BDS跟蹤能力，增多跟蹤衛(wèi)星數(shù)量，增加多余觀測(cè)量提高解算精度，特別是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星的不斷增多，可用性與可靠性不斷加強(qiáng)；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的獨(dú)有功能，5顆地球同步衛(wèi)星，可大大降低接收機(jī)跟蹤衛(wèi)星的PDOP，提高解算精度。其單點(diǎn)定位精度小于1.5米，RTK定位精度可達(dá)到1.5cm，完全可以滿足日常施工要求。

UDL電臺(tái)使移動(dòng)GPS接收機(jī)和基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)，通過(guò)相同頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊傳輸，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的精準(zhǔn)定位。

3.3.2  移動(dòng)站以及平板電腦

安裝在碾壓機(jī)械上的流動(dòng)站，主要由系統(tǒng)集成機(jī)箱，M300GNSS接收機(jī)以及測(cè)量天線和無(wú)線通訊天線組成。移動(dòng)站的主要作用在于進(jìn)行移動(dòng)觀測(cè)，其觀測(cè)項(xiàng)目主要是碾壓機(jī)械的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行速度、碾壓遍數(shù)和壓實(shí)度，并將有效的觀測(cè)結(jié)果連續(xù)、實(shí)時(shí)地反饋到平板電腦和監(jiān)控中心。

4、測(cè)試及結(jié)論

為了驗(yàn)證基于北斗RTK的碾壓監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行中的穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性，確保其能夠按系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)期目的可靠運(yùn)行、我們?cè)趯?shí)際項(xiàng)目中對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

通過(guò)該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)證，采集到了比較實(shí)用可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)大量統(tǒng)計(jì)分析得出如下結(jié)論：

·系統(tǒng)軟硬件是可靠的，在多次不同環(huán)境測(cè)試過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題。

·本系統(tǒng)采用了RTK定位技術(shù)，其平面定位精度為1.5cm，足以滿足日常施工的精度要求。

·可以完整記錄壓路機(jī)的運(yùn)行軌跡、以及統(tǒng)計(jì)碾壓遍數(shù)，有效的避免了過(guò)壓和欠壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。

·可以及時(shí)的獲取當(dāng)前工作面的高程和機(jī)械的速度信息，引導(dǎo)機(jī)械操作人員施工。

·對(duì)于施工過(guò)程中的平整度控制，由于沒(méi)有具體要求，沒(méi)有現(xiàn)成的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，只取得了視覺上的平整。

·可以較好的實(shí)現(xiàn)車載終端與監(jiān)控中心的雙向通信，及時(shí)的解決施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

通過(guò)本次試驗(yàn)，基于北斗RTK的碾壓控制系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的施工方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定性強(qiáng)，提高了施工進(jìn)度，大大節(jié)省傳統(tǒng)人力物力。而且無(wú)需測(cè)量人員和輔助施工人員，縮減人力成本和管理成本。以圖形、數(shù)值等多種方式顯示實(shí)際施工偏差，引導(dǎo)操作手精確施工，縮短工期。通過(guò)及時(shí)有效的信息傳遞，有效的避免了二次施工現(xiàn)象，避免了資金浪費(fèi)，使企業(yè)以及承包商的利益最大化。