关于测量的动态管理在道路工程中应用_机器人应用论文

时间：2014-09-25 22:31:59 阅读量：0次 所属分类：电子论文

本文针对目前道路测量与施工不同步的现状，根据自动跟踪动态测量的技术特点，从施工点的三维测量、施工点在道路三维模型中的位置分析、施工点设计标高的确定、施工参数的解算等方面，提出利用测量机器人进行道路施工动态控制原理的方法，下文将对道路工程的动

关于测量的动态管理在道路工程中应用
 汤卫平
 
摘要：本文针对目前道路测量与施工不同步的现状，根据自动跟踪动态测量的技术特点，从施工点的三维测量、施工点在道路三维模型中的位置分析、施工点设计标高的确定、施工参数的解算等方面，提出利用测量机器人进行道路施工动态控制原理的方法，下文将对道路工程的动态管理方面进行详细论述。
关键词：机器人；道路施工；三维测量；动态控制
1传统道路施工测量
传统道路施工测量的主要任务包括恢复中线、放样高程和控制
边线。当三项工作完成后，才能进行道路施工作业。由于在每个施工
阶段都要重复进行施工测量的三项工作，不仅任务繁重、效率低，而
且由于施工和测量人员多，致使施工现场相互干扰，很容易出现放样差错。随着测量机器人和动态GPS技术的出现，使道路施工长期希望的测量施工一体化成为可能。在道路路基施工和路面施工中，利用测量机器人时时跟踪测量的优势，可以随时得到施工点的平面位置和施工标高，而知道该点的设计标高，就可以得到该点处的填挖高度，从而使道路施工的动态控制成为可能。通过对施工的动态控制，可克服测量与施工之间时间上的过长等待，进而大大提高施工效率，减轻测量人员的劳动强度。
2新型动态管理模式
2.1测量机器人简介 测量机器人是具有自动目标识别智能化全站仪的俗称。其最基本的特性是能够发现并精确找准目标，同时还可以锁定、跟踪目标进行测量。因此，测量机器人必须拥有水平和垂直两步进马达，以及用于识别目标的CCD影像传感器。目前，有多个测绘仪器厂家生产这种全站仪，如：蔡司公司生产的系列，拓普康公司生产的GTS-80xa/ar系列，索佳公司生产的SET32DM等M自动照准型，天宝公司生产的Trimble5600系列，徕卡公司生产的TCAl800、TCA2003、TPS700auto系列等型号全站仪。以上全站仪都具有测量机器人所具备的特性，属于测量机器人的范畴。
测量机器人具有锁定（Lock）功能，能连续自动跟踪测量。目标（反射棱镜）一旦被识别，仪器就能自动地跟踪测量，特别适合观测动态目标。从各种仪器的技术指标上看，最大跟踪范围可达800m甚至更远，最大跟踪速度一般为100m处为5m/s，测量时间一般为0.3s。将测量机器人的动态跟踪功能与控制测量过程进行测量数据采集处理与分析的软件结合，可以完成道路施工的动态控制。
2.2道路空间三维模型要素道路三维空间模型集中体现平、纵、横三大要素。平是线路中线的平面坐标，纵是线路中线的设计高程，横为垂直于线路中线的横断面。
道路中线的平面位置，是用中线上一系列主点桩及其它详细桩的里程、坐标来标定的。这些量（包括交点的里程）可由交点坐标和加设曲线的要素来确定。道路中线的设计线形可按几个基本线形单元分段计算，包括直线段、缓和曲线段、圆曲线段，其中缓和曲线又有完整缓和曲线和非完整缓和曲线之分。所有线形单元都具有三个要素：起点处曲率半径R1，曲线长度L，终点处曲率半径R2。道路中线的纵向设计，在变坡点通常采用圆曲线的形式。主要设计数据包括：变坡点的里程，变坡点的高程，设计纵坡，圆曲线半径。利用设计数据可以求道路各中桩点的设计高程与里程。
横断面设计的基本形式对于高等级道路，路面一般为水泥路面或中间有分隔带的沥青路面，其路拱（面层顶面横坡）按直线形式放样。而对于低等级中间没有分隔带的沥青路面，其路拱一般采用抛物线形和屋顶线形两种形式。考虑一般横断面设计数据的同时，还要考虑线路曲线段路面的超高与加宽。曲线超高采用绕中轴旋转和绕未加宽路面边缘旋转两种方式，加宽渐变通常按高次抛物线内插。
2.3动态控制原理在道路三维空间体模型中，知道施工点的三维坐标，根据其平面坐标来确定该点对应的中线桩坐标和里程，查找和计算该中线里程桩处的平、纵、横设计数据，以及改点到中线桩的距离，即可求出施工点的设计高程。若已知施工点的实地施工标高，便可求该点的填挖高度。利用两方位角的关系，容易判断施工点是在曲线中点的前或后。再计算出直线段中线桩里程或曲线段中线桩里程。根据施工点所对应的中线桩里程及施工点到对应中线桩的距离，求出施工点设计高程。同时应考虑该中桩所在位置是否存在超高和路面加宽。
2.4系统设计与程序实现将测量机器人的测量、计算机设计与处理数据库及施工机械控制系统组织起来，整个施工过程就进入自动控制状态。测量机器人遥测施工机械上的棱镜，获得施工点的平面位置和施工标高。将施工点的三维坐标数据，通过一副电台调制解调器，无线传输到施工机械上的机械计算机，与机械计算机内的设计数据进行比较，求得该点标高施工参数，控制系统调整实际位置与设计值的偏差，同时又进行施工质量的检核。机械计算机内的控制程序设计流程。
首先建立道路的设计数据库，根据设计数据库和全站仪测量得到的施工点平面坐标，查找该点对应中心桩的位置；根据该中心桩处的横断面设计数据、超高没汁数据及施工点到中心桩的距离，计算施工点处的设计标高；实际测量的施工点标高与设计标高之差，为施工控制参数，作为施工需要的填挖高度量。利用测量机器人自动跟踪目标、时时测量的特点，将自动测量与道路机械施工有机结合起来，构成道路施工的动态控制系统。该系统可以减少道路施工中的测量环节，提高道路施工的效率和精度，实现道路测量与施工的自动化、一体化、程序化，将有效加快道路施工技术革新的步伐。
参考文献：
[1]宋文．公路施工测量[M]．北京：人民交通出版社，2001．
[2]张雨化．道路勘测设计[M]．北京：人民交通出版社，2001．
[3]熊介．椭球大地测量学[M]．北京：解放军出版社，2001．