路面3D智能摊铺原理及可行性的探讨(1)

。路面三维智能铺装的可行性探讨传统的路面铺设工作已经为我们所熟悉。整个铺路过程涉及很多工作。对机械和人员配合、天气等方面的要求都比较高。建筑企业的投资相对较大。针对这种情况，建筑企业和一些相关研究单位一直在不断寻找一种更加省时、省力、省钱的施工方法。以下主要介绍最新的摊铺施工技术3D智能摊铺。一、3D智能摊铺机的结构及其各自的功能。一般来说，机械主要由四部分组成：摊铺机、全球定位系统、激光系统和控制系统。简单地从摊铺机本身来说，在这个系统中，摊铺机并没有改进，就像现有的钢丝行走摊铺机一样。作为一种高效的测量工具，全球定位系统正逐步广泛应用于建筑行业。在这种摊铺系统中，其功能是测量平面坐标(不包括高程)。激光系统，由于GPS高程精度不能满足路面施工规范的要求，所以采用激光系统测量高程。控制系统主要接收和处理数据，并根据与设计数据的比较来控制摊铺机，以满足摊铺规范要求。第二，全球定位系统事实上，我们把所有接收卫星信号的仪器都称为三座标全球定位系统是不准确的，因为目前至少有三种卫星，包括我国的北斗卫星、俄罗斯的全球导航卫星系统和美国的全球定位系统。在我们的工作中，我们习惯于调用所有三个全球定位系统！下面是一个介绍。(全球定位系统定位示意图)在3D智能摊铺机摊铺过程中，参考站应固定在固定位置。这个位置需要一个相对较高的地形，一方面便于接收来自天空的卫星信号，另一方面便于传输传输信号。移动站安装在智能摊铺机的固定位置。全球定位系统可以获得高精度的平面坐标，主要是通过观测和接收来自天空的卫星信号(携带卫星本身的距离、时间和点信息等)。)。要观测的卫星数量要求移动站和参考站必须同时观测4颗以上的公共卫星。全球定位系统(更具体地说是RTK)是一种测量方法，可以在现场实时动态地获得厘米级平面定位精度。它的出现大大提高了野外作业的效率和准确性。GPS平面定位精度可以达到厘米级，完全可以满足公路规范对公路平面定位精度的要求。当然，它也有自己的缺点，其中最大的影响是它可能会被空间障碍物阻挡，导致信号丢失，从而无法准确测量出需要询问的点。这个缺点直接决定了它不能在隧道中使用。如果在山区有许多障碍物，单卫星接收器通常是不可用的。双星和三星接收机(单星接收机：指只接收一种卫星信号的接收机。现在在我国，如果提到单卫星接收器，它们通常指的是只接收来自美国的全球定位系统卫星信号的接收器。双星接收机：指能接收两种卫星信号的接收机。目前，当我们说双星接收机时，我们通常指的是能够接收来自我们自己国家的北斗卫星信号和来自俄罗斯的全球导航卫星系统，或者来自美国的北斗卫星信号和全球定位系统卫星信号的接收机。三星接收机：指能够同时接收北斗、全球导航卫星系统和全球定位系统卫星信号的接收机)不太有影响力。如果在山区使用智能摊铺机，必须提前到达施工现场，不进行任何调查，以了解山区堵塞对全球定位系统的影响程度。如果影响相对较大，我们可以使用更先进的卫星接收器来尝试消除这一因素。当然，成本会相应增加。如果遮蔽太严重，或者有严重影响卫星信号的因素(如大面积水域和大量高压极线)，则只能采取其他措施进行铺设作业。这只能根据目前的技术水平来判断，也许将来通过一定的技术水平可以克服这个缺点。对于高程，全球定位系统技术间接测量一个点的正或正常高度。全球定位系统水准测量包括两个方面：(1)用全球定位系统方法确定大地高；(2)用其他技术方法确定高度异常。以便确定正高度或正常高度。很难确定高程异常。它随地形和地理位置而变化。可以说高程异常随位置而变化。根据测绘部门给出的某一点的高程，只能推断该点的高程异常。当当地电位变化较大时，控制点以外的点的实测高程异常值将不同于测绘部门给出的值！这种情况在陡峭的山区会更加明显。因此，用全球定位系统测量的高程一般达不到路面规范要求的高程精度(-1cm 1.5cm)。下面简要介绍高程异常的概念。全球定位系统测得的高程是该站相对于WGS-84椭球的大地高，即图中左侧的Hg，而中国采用的高程系统是相对于似大地水准面的正常高程系统，即图中右侧的H。接地点的地面高度高且正常，如图1所示，具有以下关系：H=Hg- (1)其中h为正常高度，Hg为全球定位系统测得的地球高度， 为高程异常。从上述公式可以看出，通过全球定位系统相位测量可以精确地测量出汞。获得正常高度的关键是求解各点的高程异常 。三。激光系统由于全球定位系统测量的高程不能满足规范中规定的精度要求，因此必须采用其他智能高程控制方法。目前，市场上的激光系统是最新的高程测量方法。激光系统主要由三部分组成：激光发射器、激光接收器和激光控制控制器。楼层标高=已知点标高变送器仪表高度高-接收器仪表高度高(图为当前市场开发的激光高程测量产品)1.激光发射器。用来发射激光形成激光平面。激光发射器通常具有自动调平功能。如果激光发射器在工作中因振动或碰撞而偏离，它将自动停止发射、报警并再次自动调平。在道路建设中2.激光接收器。它用于接收激光信号、显示信号并将信号传送给控制器。激光接收器通常安装在平地机器上，并通过电缆与控制器连接。接收机接收信号的精度可以调节。例如，最小二乘B2激光接收机的精度控制范围是3毫米到5毫米3.激光控制器。用于处理激光接收器传输的信号，控制液压工作站的工作，以调整摊铺厚度和横向坡度。事实上，激光系统的原理并不十分复杂。它类似于液位计的原理。它通过发射激光提供高程基准。接收器根据该数据计算待计算点的高程，从而实现控制高程的功能。其高程精度可达1cm以内，满足路面规范对高程精度的要求。然而，它也有它的缺点，例如，如果多个铺路机同时铺路，可能使激光相互屏蔽，从而影响连续的高程测量。如果高程测量中断，将直接导致摊铺作业停止或摊铺厚度失控。这个问题可以通过预先规划铺路机的顺序、铺路机之间的距离和行驶速度来避免，这实际上增加了施工难度。然而，这种方法应该改进，例如，可以提高激光发射器的高度以避免堵塞。四.操纵系统摊铺机、全球定位系统和激光控制系统都存在于市场上。然而，如何将这三者融合在一起，形成一个“新的”机械式3D智能摊铺机，取决于一个至关重要的控制系统。如果把整个3D智能铺路比作一个会走路的人，那么这个控制系统就是这个人的大脑，控制整个铺路的成败。系统的工作可以分为三个步骤。第一步是接收来自全球定位系统的平面数据信号和来自激光发射器的高程数据信号。第二步是根据平面数据推导设计桩号和摊铺机位置标高，以便与实测标高进行比较。第三步是控制液压系统，根据比较结果调整摊铺机的摊铺厚度、横向坡度和平整度。该系统是通过数字编程获得的，其系统稳定性需要严格测试。从理论上讲，这是可行的，但实现起来有点困难。该系统需要接收不同的信号，还需要对信号进行快速处理，实现实时、准确的处理，进一步控制摊铺机液压系统，调整摊铺厚度、横坡、平整度等。实时的。然而，由于这种机器已经在市场上存在，它一定克服了相关领域的困难。被当场观察和研究！五、施工中注意的要点1.施工前准备(1)已知水准点的精度较高，最好是二等水准高程；(2)开始操作前，检查系统各部件是否正常；(3)用移动站检查摊铺数据是否正确；(4)设备激光发射器运输保护(随身携带，避免碰撞)；(5)做好其他设备的检查工作；(6)做好替代方案，如中途意外停车，及时改用传统拖鞋施工；2、施工中的注意事项(1)控制摊铺机的速度；(2)在附加条件下，不断检查摊铺的精度，如用水准仪和全站仪检查摊铺路面的精度。如果有偏差，迅速查明原因，如果在短时间内无法找到，及时采用传统的摊铺方法将损失降到最低；(3)注意各种机器的协调；(4)如果事故中途停止，应及时采取替代方案；(5)注意施工的连续性；3.施工结束了施工完毕后，注意仪器的保存，避免激光发射器的碰撞和撞击，全球定位系统必须防水防震。六.与传统方法相比的优势1、施工平整度比较。3D控制系统：通过绝对标高的精确控制，结合摊铺机的调平原理，平整度精度小于2mm/4m。传统的滑靴法：以厚度控制为主要目标，不能自行控制平面度传统的平衡木方法以保证平滑度为主要目标，平滑度精度取决于基准面和系统工作模式误差。2.施工平整度比较3D控制系统：摊铺机可以严格按照设计表面摊铺。从理论上讲，实际摊铺能够准确、完美地符合设计路面数据，从而确保高精度的乘坐舒适性指标。传统的滑靴法：乘坐舒适性取决于基准线或基准面的精度和工作模式的误差，不能保证乘坐舒适性。传统的平衡木方法可以保证一定范围内的平滑度，但效果依赖于参考面，无法达到接近设计面的效果。3.误差分析3D控制系统：(1)、系统安装误差：2mm (2)、水平控制点误差：1mm (3)、摊铺机系统稳定性误差。传统滑靴法：(1)基准点误差：1毫米(2)，钢丝误差：2毫米(3)，钢丝偏斜误差：2-4毫米(4)，滑靴系统误差：2-5毫米(5)、现场不可预测的误差：如钢丝移动、桩沉降、内部计算误差或误差(6)、摊铺机系统稳定性误差。传统的平衡梁法：(1)、基准面精度：不能保证(2)、系统误差：2-5毫米(3)、摊铺机系统稳定性误差(4)，以平顺性为主要目标。因为系统的主要目标不同，所以误差不能直接比较。例如，3D系统控制精确，而滑块主要控制厚度，平衡杆主要控制乘坐舒适性。此外，两种系统的厚度和乘坐舒适性精度仍远低于3D系统。传统方法不能同时控制厚度和乘坐舒适性，更不用说绝对高度了。4.人员效率和工作强度3D控制系统：(1)、人员要求：3人(主要分工：激光站变更、实时激光检测、摊铺机系统控制)(2)、工作强度：行业内无数据处理和准备，无现场测量、放样、打桩、挂线、水平检测，完全实现免打桩施工。传统拖鞋法：(1)人员要求：8-10人。拖鞋控制2人，全站仪里程放样2人，水准测量和检测2人，打桩、挂线2人，现场指挥2人。(2)工作强度：内部数据准备(数据复杂可能导致错误)现场实时放样、水平检测、数据记录和数据整理。传统的平衡木方法：(1)人员要求：6-8人。平衡梁控制2人，全站仪里程放样2人，水准测量和检测2人，现场指挥2人。(2)工作强度：内部数据准备(数据复杂可能导致误差)现场实时放样、水平检测、数据记录、数据分析计算等。就人员效率和工作强度而言，两者之间存在巨大差异。与此同时，涉及的人员越多，网站就越复杂，带来的错误也越多。5.经济效益分析。3D控制系统：(1)人员节约：摊铺作业可减少5人(2)，材料节约：精确控制每层厚度，减少沥青材料用量(实际节约量将超过我们的想象)(3)节油：运料车需要用拖鞋方式来回倒车，整个工期相当可观(4)，工期缩短：无测量作业造成的工期延误，摊铺工期成本可降至最低。主要体现在四个方面(1)人员节约(2)、节约材料(3)节油(4)、缩短工期三维控制系统的引入彻底改变了传统的摊铺工作模式。与传统的施工模式相比，不同程度地提高了精度控制、效率和效率。这是未来摊铺机控制系统的主要技术发展方向，真正实现了从传统施工模式向现代数字化施工模式的转变。随着现代建筑要求逐渐向精细化和数字化发展，挖掘机、推土机、平地机、压实监测等方面的控制系统将越来越多地应用于建筑工地！当然，上面只列出了它与传统方法相比的优点，而没有提到它的缺点。下面主要讨论以下缺点和可能出现的问题。七、与传统方法相比的缺点和可能存在的问题1、不能在隧道中使用。这主要是因为全球定位系统无法在隧道中接收卫星信号。然而，激光探测器可以在隧道中正常工作而不受任何影响。目前，隧道路面没有新的铺设方法，采用传统的平衡梁法或滑靴法。由于高程这一关键因素不受影响，因此，只要能够定位，就可以解决无法在隧道中使用的问题。鉴于这种情况，可以采用更先进的惯性导航技术。惯性导航系统属于航位推算导航方法。也就是说，根据连续测量的载体的航向角和速度，从已知点的位置计算下一点的位置。因此，可以连续测量移动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用于形成导航坐标系，以稳定坐标系中加速度计的测量轴，并给出航向和姿态角。加速度计用于测量运动物体的加速度。速度通过加速度与时间的积分获得，距离通过速度与时间的积分获得。让我们来谈谈惯性导航的优点和缺点优势(1)由于它是一个独立的系统，不依赖任何外部信息，不向外界辐射能量，隐蔽性好，不受外界电磁干扰的影响；(2)它可以在空气中，在地球表面，甚至在水下工作一整天，遍布世界各地。(3)能够提供位置、速度、航向和姿态角数据，生成的导航信息连续性好、噪声低；(4)数据更新率高，短期准确性和稳定性好。不足之处(1)由于导航信息的整合，定位误差随时间增加，长期精度较差；(2)每次使用前需要较长的初始对准时间；它的缺点决定了它的使用范围，惯性导航系统可以在隧道中使用，但它不适合长隧道！理论上，隧道施工还有另一种方法。全站仪和激光系统一起使用。在正常情况下，单个隧道不太宽，摊铺机最多只能走两趟，因此摊铺机在隧道内走两趟，每趟沿中线。施工顺序如下：首先，放出隧道中心线，准确、密集地标出桩号。在人工操作下，履带式摊铺机严格按照中心线匀速行走。摊铺机后面安装了一个全站仪。棱镜安装在摊铺机所在的中间堆位置。全站仪通过在