基于GPS技术的压路机压实过程实时监控技术研究

摘要

随着高等级公路建设的迅速发展，对道路的基础承载能力和使用寿命要求逐年提高，在诸多对道路质量和寿命有影响的因素中，压实度对道路质量和寿命起决定性作用。然而，常规道路往往有漏压、欠压和超压等问题出现，难以确保道路施工质量，且传统检测方法会对施工作业带来干扰、影响施工进度，并且难以实现对压实度的实时反馈。具有GPS定位功能的压实度实时检测能够实时监测压路机施工过程，实现施工质量的实时评估和及时反馈控制，有助于路面质量的提升。因此，结合压路机碾压施工特点，研制开发压路机压实过程的实时监控系统。
　　为了有效解决压路机在压实过程中的监控问题，本文依托安徽省交通厅路面远程智能监控系统科技项目，在分析研究GPS全球定位技术和压实度智能检测技术的基础上，将GPS定位技术引入到压路机的施工作业中，主要研究成果如下:
　　(1)基于对GPS卫星定位系统的基本组成和应用特征的分析阐述，选取了GPS绝对定位技术的定位方法，确立了北京54平面坐标系为投影平面、选用了高斯-克吕格投影方法。
　　(2)根据振动压实原理建立了振动压实数学模型，获得了相关关系表达式，通过对振动加速度信号进行采集、分析、处理以及周期拟合，获得了振动加速度信号的有效值，建立了压实度与振动加速度的关系式。
　　(3)通过对GPS的数据采集与解析，利用高斯投影和平面四参数转换法进行求解计算，建立了压路机施工平面坐标系，确立了在压路机碾压轨迹下的纵向、横向的定位方法，计算了碾压遍数，实现了压路机在任意施工模式下的平面定位，绘制了压路机实时碾压轨迹图。
　　(4)基于GPS全球定位技术、压实度与振动加速度信号相关关系，利用LabVIEW软件开发了压路机压实过程实时监控系统，并通过工程测试验证了监控软件的可靠性。
　　结果表明，压路机压实过程的实时监控解决了传统压实度检测方法中采样随机性大和实时性差的缺点，做到了实时检测，并且能够将压路机的实时位置及碾压轨迹图展现给技术人员，使技术人员能够直观全面的获悉压路机的压实情况，避免了路面压实中常见的欠压、过压等现象，提升了道路压实质量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外压实度智能检测研究现状

1．2．2 国内外碾压实时监控研究现状

1．2．3 国内外GPS技术应用研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第二章 GPS卫星定位系统基本原理

2．1 GPS卫星定位系统的组成和应用特征

2．1．1 GPS卫星定位系统的组成

2．1．2 GPS卫星定位系统的应用特征

2．2 GPS卫星定位系统的定位原理

2．2．1 GPS相对定位

2．2．2 GPS绝对定位

2．3 常用坐标系及投影方式

2．3．1 常用坐标系

2．3．2 常用投影方式

2．4 本章小结

第三章 压实度——振动加速度关系分析研究

3．1 传统压实度检测方法

3．2 压实度影响因素

3．2．1 施工工艺对压实度影响

3．2．2 压实设备对压实度的影响

3．2．3 压实材料对压实度的影响

3．3 振动压实数学模型

3．3．1 振动压实原理

3．3．2 振动压实数学模型建立

3．4 振动加速度信号采集及处理

3．4．1 振动加速度信号采集

3．4．2 振动加速度信号分析

3．4．3 振动加速度信号去噪处理

3．4．4 振动加速度信号拟合

3．4．5 压实度—振动加速度相关关系建立

3．5 本章小结

第四章 压路机碾压轨迹算法研究

4．1 施工平面坐标系的建立

4．1．1 GPS数据的采集和解析

4．1．2 北京54平面坐标系的建立

4．1．3 压路机施工平面坐标系的建立

4．1．4 误差分析

4．2 压路机碾压轨迹平面定位算法

4．2．1 压路机碾压轨迹纵向定位算法

4．2．2 压路机碾压轨迹横向定位算法

4．3 压路机碾压遍数计算方法

4．4 压路机碾压轨迹的绘制

4．5 本章小结

第五章 基于GPS技术的压路机压实过程实时监控系统开发

5．1 基本架构

5．2 虚拟仪器

5．2．1 概述

5．2．2 开发环境

5．2．3 设计步骤

5．3．1 整体结构设计

5．3．2 数据格式和接口协议

5．3．3 前面板设计

5．3．4 程序框图构建

5．3．5 监控系统操作步骤

5．4 监控系统工程实测

5．4．1 测试前期准备

5．4．2 测试过程

5．4．3 测试结果及分析

5．5 本章小结

6．1 主要研究结论

6．2 主要创新点

6．3 不足与展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论文和取得的学术成果