[发明专利]一种土石方智能碾压系统

说明书

本发明提供了一种土石方智能碾压系统，包括①碾压机工作参数自主决策控制系统、②无人碾压机及机群协同碾压作业系统、③RTK‑系统、④无线通信系统、⑤远程质量监控中心，且基于材料‑机器‑信息‑机器自主决策交互系统框架实现；所述①用于碾压质量控制和验收；所述②根据①得出的碾压机工作参数进行无人碾压作业；所述③用于提供碾压机的空间位置、行车速度和运行状态信息，并定位导航；所述④用于为碾压作业需要通信的场景提供服务；所述⑤用于提供调度服务，显示碾压作业情况、存储作业数据。与现有技术比，本发明具有智能、高效、控制精度高等特点，可根据当前压实状态进行下一遍碾压时参数自主决策控制，实现土石方工程精细化填筑施工。

技术领域

本发明属于土石方工程技术领域，特别涉及一种土石方智能碾压系统，主要用于大坝、公路、铁路、机场、堤坝、桥梁、港口等领域土石方工程填筑碾压质量控制。

背景技术

土石方工程的稳定性由填筑施工质量决定，其具体控制指标有结果控制指标(如压实度K、干密度ρ等)、料源控制指标(如含水量w、级配p等)和施工参数控制指标(如碾压遍数n、行车速度v、振动频率f、行车轨迹等)。土石方压实监控系统是实现对上述三种指标进行全过程监控的有效手段，相关系统已被国内外学者进行了一定的研究并取得了若干成果。其中，碾压机集成压实监控技术(Roller-Integrated Compaction Monitoring，RICM)已经在美国和欧洲的土石方工程中广泛应用。目前国外基于RICM技术研发的压实监控系统主要有美国Caterpillar公司的基于碾压机驱动功率(MDP)的碾压过程监测系统、瑞典Ammann公司的基于土体刚度表征指标K_s的ACE(Ammann Compaction Expert)系统、Dynamic与Trimble公司基于加速度表征指标CMV的RICM系统、Rinehart和Mooney基于总谐波失真指标(THD)的RICM系统。连续压实控制系统(Continuous Compaction Control，CCC)是安装在压实装备上能连续采集碾压机操作和性能实时信息的数据采集系统。从某种意义上来说，CCC是RICM的另一种命名。随着技术的发展，BOMAG，AMMANN和Dynapac公司提供了自动反馈控制系统(AFC)，当辊的跳跃模式被确定或达到一个预设的碾压机测量阈值时，系统中的振幅、频率可以自动调节，利用AFC系统对土进行压实可以增加快速压实的机会，改进土特性的均匀性。当RICM系统提供碾压机频率、振幅、行车速度等的自动反馈控制(AFC)功能时，它往往被称为智能压实系统(Intelligent Compaction，IC)。按照美国联邦高速公路管理局(FHWA)的定义，IC指利用装备有集成测量系统、机载计算机报告系统、基于地图的全球定位系统(GPS)和反馈控制系统的现代振动碾压机对公路材料如土、骨料或沥青路面材料的压实系统。IC技术已经在欧洲和日本实现很多年，该技术在2000年末被引入美国。机器参数的动态控制可以将振动能量应用到欠压区域，防止过度压实和确保土/骨料的均匀压实。尽管IC技术及其系统的应用充满前景，但它们的性能并未得到完全评估。Liu等利用土石坝压实质量实时监控系统，对碾压施工参数(碾压遍数n、压实厚度h、行车轨迹、行车速度v)进行了实时采集，进而分析了含水率w、级配p、压实质量(如压实度K、干密度ρ)和碾压施工参数之间的相关性分析，建立了包含碾压施工参数、含水量、级配、压实质量的多元回归模型，据此模型，结合Kriging空间插值方法，估算了全仓面任意位置处的压实度及全仓面的碾压质量达标率。此外，Liu等还利用填筑碾压质量实时监控技术对混凝土面板堆石坝的压实质量进行了快速质量评估研究，建立了CV值和含水量、级配为变量的土石坝压实质量评估模型，结合Kriging空间插值方法，提出了基于CV值的土石坝填筑材料压实质量全工作面的快速评估方法，实现了全工作面压实质量的快速评估。