鄒進(jìn)波

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

智能壓實(shí)控制系統(tǒng)是對(duì)數(shù)據(jù)分析技術(shù)、全球衛(wèi)星定位技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的綜合應(yīng)用，可用于公路路基質(zhì)量控制中提高管理效率[1]。智能壓實(shí)控制系統(tǒng)的核心包括碾壓層位高精度處理模塊、智能化分層碾壓模塊、碾壓層位厚度控制模塊等[2]。該文通過智能化算法模擬，進(jìn)行路基壓實(shí)自動(dòng)化分層、厚度精準(zhǔn)識(shí)別、高程擬合模型的建立，并將其應(yīng)用于工程實(shí)踐中。

1 分層碾壓施工的算法

公路路基壓實(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)以里程樁號(hào)為基礎(chǔ)進(jìn)行施工區(qū)域劃分，現(xiàn)場(chǎng)帶狀分布，碾壓層位多需人工操作振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行分層碾壓控制，故施工中易出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)誤差，導(dǎo)致施工管理獲取數(shù)據(jù)與實(shí)際水平之間存在偏差。為提高施工精準(zhǔn)度，需以自動(dòng)智能化技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)路基層位辨識(shí)、分層控制、分層厚度自動(dòng)化管理[3]。

智能化路基施工監(jiān)控系統(tǒng)借助服務(wù)器端完成相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化層位控制和精準(zhǔn)識(shí)別。結(jié)合公路路基壓實(shí)施工流程，針對(duì)智能化自動(dòng)分層識(shí)別的算法進(jìn)行優(yōu)化，詳見圖1。

圖1 公路路基壓實(shí)自動(dòng)分層流程設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)客戶端將路基結(jié)構(gòu)層位信息傳送至系統(tǒng)服務(wù)器，服務(wù)器接收信息后在結(jié)構(gòu)層內(nèi)根據(jù)不同碾壓狀態(tài)展開分層，對(duì)應(yīng)碾壓層位數(shù)據(jù)，根據(jù)不同碾壓層區(qū)域內(nèi)的控制點(diǎn)Pi，進(jìn)行層級(jí)篩選，對(duì)應(yīng)碾壓層內(nèi)設(shè)置1 m×l m網(wǎng)格，自動(dòng)化劃分碾壓層位并完成數(shù)據(jù)處理工作。

（2）Ri為當(dāng)前振動(dòng)壓路機(jī)定位數(shù)據(jù)，Ri-1為上一次定位數(shù)據(jù)，將兩者對(duì)比后系統(tǒng)處理生成振動(dòng)壓路機(jī)碾壓工作區(qū)位圖，與區(qū)域內(nèi)的控制點(diǎn)位Pi進(jìn)行匹配比對(duì)后，判斷控制點(diǎn)是否在操作區(qū)域內(nèi)，完成幾何圖形換算，并根據(jù)碾壓區(qū)域內(nèi)的振動(dòng)壓路機(jī)高程值HRi和控制點(diǎn)位高程值HPi計(jì)算出高程差H，將碾壓區(qū)域內(nèi)控制點(diǎn)的高程值與振動(dòng)壓路機(jī)的高程值賦值一致。

（3）以NPi表示碾壓區(qū)域內(nèi)的控制點(diǎn)碾壓遍數(shù)，并對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)層控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)值，如果NPi≥Ns時(shí)進(jìn)行算法流程的優(yōu)化，如果不符合上述條件則取NPi+1對(duì)碾壓區(qū)域控制點(diǎn)的碾壓遍數(shù)賦值。

（4）將振動(dòng)壓路機(jī)高程值與碾壓區(qū)域控制點(diǎn)高程值差H與碾壓層設(shè)計(jì)厚度值Hr進(jìn)行比較，用RiID表示振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓層位置編號(hào)，用PiID表示被控制點(diǎn)所在結(jié)構(gòu)層的碾壓層位號(hào)。若上述指標(biāo)滿足H＞Hr且PiID＞RiID，表示振動(dòng)壓路機(jī)從路基結(jié)構(gòu)層向碾壓位碾壓，將振動(dòng)壓路機(jī)所處的碾壓層位編號(hào)RiID進(jìn)行更新，并將碾壓控制區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)控制點(diǎn)層位號(hào)進(jìn)行更新。將兩者比較獲得碾壓層位控制點(diǎn)的高程差數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)要求和實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行操作指令的發(fā)送。

（5）以上述操作為基礎(chǔ)，對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓層位編號(hào)RiID進(jìn)行確認(rèn)，判斷是否進(jìn)行碾壓處理，未處于工作狀態(tài)時(shí)將操作指令下達(dá)至下一層碾壓層。

（6）振動(dòng)壓路機(jī)從路基結(jié)構(gòu)層向碾壓層壓實(shí)操作時(shí)，對(duì)碾壓層位是否存在本層的振動(dòng)壓路機(jī)編號(hào)進(jìn)行確認(rèn)。無對(duì)應(yīng)編號(hào)后完成碾壓操作，并對(duì)操作信息進(jìn)行傳輸，確定對(duì)應(yīng)碾壓層位的高程值HPi，將相關(guān)信息傳送至系統(tǒng)客戶端[4]。

（7）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器處理客戶端發(fā)送的信息，完成監(jiān)控命令并自動(dòng)處理分層信息。

2 碾壓層位的高程精度控制

對(duì)路基碾壓層厚的評(píng)估需從層位施工后壓實(shí)厚度和實(shí)時(shí)碾壓厚度兩個(gè)角度進(jìn)行，現(xiàn)對(duì)振動(dòng)壓實(shí)層位壓實(shí)厚度計(jì)算、高程數(shù)據(jù)處理、精度控制措施等進(jìn)行分析。

2.1 碾壓層位控制點(diǎn)位高程取值

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與碾壓層位壓路機(jī)時(shí)間序列、定位信息加以匹配，明確目標(biāo)控制點(diǎn)所在結(jié)構(gòu)層區(qū)域的最終高程數(shù)據(jù)，采用距離加權(quán)平均法進(jìn)行核算，獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)并與網(wǎng)格控制點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正，詳情如下。

（1）假定碾壓層對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格控制點(diǎn)Pi的坐標(biāo)為(x0，y0)，將該控制點(diǎn)作為圓心進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，獲取對(duì)應(yīng)區(qū)域中壓路機(jī)的Ri點(diǎn)位坐標(biāo)(xi，yi)，可根據(jù)兩坐標(biāo)進(jìn)行振動(dòng)壓路機(jī)點(diǎn)位與控制點(diǎn)距離的計(jì)算：

（2）碾壓完畢之后，驗(yàn)證目標(biāo)區(qū)域網(wǎng)格控制點(diǎn)Pi的高程值，確保施工符合方案要求。設(shè)計(jì)施工過程中，如果網(wǎng)格控制點(diǎn)的高程值與設(shè)計(jì)高程值之間符合H＞Hr，即控制點(diǎn)的碾壓高程值達(dá)標(biāo)；如果網(wǎng)格控制點(diǎn)高程值與設(shè)計(jì)高程值之間滿足H≤Hr，則證實(shí)網(wǎng)格控制點(diǎn)高程值存在誤差，需要進(jìn)一步加以處置，詳見圖2。

圖2 碾壓區(qū)域網(wǎng)格控制點(diǎn)位高程計(jì)算

（3）分析網(wǎng)格點(diǎn)位Pi的高程值與設(shè)計(jì)值之間的關(guān)系，如果超過高程差H，則根據(jù)距離加權(quán)平均法進(jìn)行處置，擴(kuò)大區(qū)域圓周半徑搜索控制網(wǎng)格點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，對(duì)Pi數(shù)據(jù)進(jìn)行修訂后獲得正確的高程位置信息，詳見圖3。

圖3 網(wǎng)格控制點(diǎn)位高程計(jì)算處理

2.2 碾壓層位厚度計(jì)算

將不同碾壓層的控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列和位置信息與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)相匹配，獲得控制點(diǎn)位Pi在不同結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)高程并用H（m，n，k）表示。（m，n）對(duì)應(yīng)的是碾壓層中進(jìn)行平面化處理的矩陣信息，借助網(wǎng)格控制點(diǎn)進(jìn)行矩陣信息的詳細(xì)處置，而k為不同路基結(jié)構(gòu)層的層位順序，是確定結(jié)構(gòu)上下層關(guān)系的基礎(chǔ)。根據(jù)（m，n）獲取控制點(diǎn)不同碾壓層位的高程數(shù)據(jù)，并根據(jù)（m，n）和H（m，n，k-1）獲取高程值，如果不存在H（m，n，k-1），則表明該碾壓層達(dá)標(biāo)，無須進(jìn)行再次施工。以下為碾壓層厚度ΔH的計(jì)算公式：

3 工程實(shí)際應(yīng)用

某高速公路路基標(biāo)段全長9.36 km，為應(yīng)對(duì)特殊天氣，路基工程應(yīng)對(duì)措施如下：1）做好人員調(diào)度，備足機(jī)械設(shè)備，在確保工程質(zhì)量基礎(chǔ)上按計(jì)劃進(jìn)度施工；2）做好防御措施，避免路基被雨水浸泡影響樁基質(zhì)量；3）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，結(jié)合試驗(yàn)路段施工經(jīng)驗(yàn)保持路基壓實(shí)6遍以上，根據(jù)碾壓層實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)判斷網(wǎng)格控制點(diǎn)是否落于施工區(qū)域內(nèi)，避免定位數(shù)據(jù)點(diǎn)偏移影響實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)性[5-6]。

3.1 分層碾壓施工算法的驗(yàn)證

標(biāo)度路段路基壓實(shí)施工以智能化路基施工監(jiān)控系統(tǒng)全程監(jiān)控跟蹤，路堤施工監(jiān)控分為三個(gè)層位，分層識(shí)別、精準(zhǔn)監(jiān)控，根據(jù)系統(tǒng)提示可獲取不同層級(jí)的碾壓壓實(shí)遍數(shù)[7-8]?？刂泣c(diǎn)點(diǎn)位數(shù)據(jù)如表1所示，對(duì)表1內(nèi)容分析可知，為控制施工效果需確保施工壓實(shí)6遍以上，同時(shí)需確保每層碾壓層厚大于30 cm且小于35 cm。借助智能化路基施工監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取分層碾壓數(shù)據(jù)，研究結(jié)果顯示分層碾壓算法與自動(dòng)化壓實(shí)分層的現(xiàn)實(shí)條件相吻合。

表1 碾壓施工自動(dòng)分層部分控制點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)

3.2 碾壓層位高程精度

以現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行不同路基結(jié)構(gòu)層碾壓高程數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，并將振動(dòng)壓路機(jī)在不同碾壓層位的測(cè)量數(shù)據(jù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)相匹配[9-10]。借助全站儀進(jìn)行第三碾壓層區(qū)域不同網(wǎng)格點(diǎn)平面中被控制點(diǎn)位位置信息的精準(zhǔn)獲取，讀取位置信息并傳輸?shù)叫畔⑾到y(tǒng)中。將被控制區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)高程數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中提取的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，詳見表2。

對(duì)表2內(nèi)容分析可知，網(wǎng)格控制點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量高程值與數(shù)據(jù)庫提取的網(wǎng)格高程數(shù)值之間存在±3.5 cm的誤差。而根據(jù)公路路基高程施工對(duì)于精度值的要求可知，系統(tǒng)提取的高程數(shù)據(jù)間誤差基本滿足工程需求，即高程精度處理算法應(yīng)用在工程實(shí)踐中的效果可觀。

表2 部分網(wǎng)格控制點(diǎn)位高程對(duì)比

4 結(jié)論

以智能化路基施工監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用為基礎(chǔ)，通過距離加權(quán)平均算法獲得不同路基碾壓層位分層數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示碾壓遍數(shù)基本符合控制要求，高程定位精度為±3.5 cm滿足施工高程差±5 cm的要求。智能化路基施工監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用過程，為降低人工操作可能導(dǎo)致的誤差，需要對(duì)移動(dòng)站GPS天線位置的空間坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定，提高實(shí)時(shí)監(jiān)控的精準(zhǔn)度。