CN117073625A - 一种3d变量摊铺控制***及控制方法 - Google Patents

一种3d变量摊铺控制***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种3D变量摊铺控制***及控制方法，属于摊铺控制领域，***包括：定位模块，用于实时检测摊铺机的航向角及摊铺机顶部的空间坐标信息；姿态传感器，用于实时检测熨平板的纵向倾角值及横向倾角值；前方测距传感器，用于实时检测熨平板前方位置的高程信息；后方测距传感器，用于实时检测熨平板后方位置的高程信息；控制器，用于基于预先建立的待摊铺路段的数字地面模型，根据摊铺机的航向角、摊铺机顶部的空间坐标信息、熨平板的纵向倾角值、横向倾角值、熨平板前后方位置的高程信息，控制熨平板的摊铺高度及倾斜角度。本发明提高了摊铺的控制精度。

Description

一种3D变量摊铺控制***及控制方法
技术领域
本发明涉及摊铺控制领域，特别是涉及一种3D变量摊铺控制***及控制方法。
背景技术
摊铺技术作为公路工程沥青混凝土路面的重要内容之一，其技术水平的高低直接影响到工程的整体质量。目前在沥青混凝土路面摊铺施工过程中，中桩、边桩测量放样为摊铺施工前测量的主要工作内容，其方法主要是使用动态实时载波差分定位获取中桩、边桩一定距离的经纬度值。目前的3D摊铺技术在施工前和施工过程中要做大量工作，包括全站仪或者激光发射器的架设，这两种仪器对架设的要求非常高，且在施工过程中，每两百米就需要架设两台甚至多台全站仪。而激光发射器模式下，要将激光发射器控制点安装在浇筑的固定基座上，且控制点之间要相互通视，同时控制点间距需要相同。
上述常规的测量工作不仅耗时耗力，效率低下，需要专门的人员架设仪器设备，在人工有限的情况下，无法取得大量的放样点数据，导致构建的数字地面模型的精度不高，无法进行高精度摊铺，并且，摊铺过后需要人为测试摊铺的质量，摊铺后的路面若达不到设计要求，则需要人为输入参数调节摊铺厚度，并重复施工，造成极大的损失。
综上，现有摊铺施工技术人工成本和时间成本较大，摊铺质量易受到人为因素和物理因素的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D变量摊铺控制***及控制方法，可提高路面的摊铺精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种3D变量摊铺控制***，用于控制摊铺机的运行，所述3D变量摊铺控制***包括定位模块、姿态传感器、前方测距传感器、后方测距传感器及控制器。
定位模块，设置在所述摊铺机的顶部，用于实时检测所述摊铺机的航向角及所述摊铺机顶部的空间坐标信息。
姿态传感器，设置在所述摊铺机的熨平板上，用于实时检测所述熨平板的纵向倾角值及所述熨平板的横向倾角值。
前方测距传感器，设置在所述摊铺机的平衡梁上，且位于所述熨平板的前方位置，用于实时检测所述熨平板前方位置的高程信息。
后方测距传感器，设置在所述摊铺机上，且位于所述熨平板的后方位置，用于实时检测所述熨平板后方位置的高程信息。
控制器，分别与所述定位模块、所述姿态传感器、所述前方测距传感器、所述后方测距传感器及所述熨平板连接，用于基于预先建立的待摊铺路段的数字地面模型，根据所述摊铺机的航向角、所述摊铺机顶部的空间坐标信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值、所述熨平板前方位置的高程信息及所述熨平板后方位置的高程信息，控制所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述数字地面模型中包括待摊铺路段各点的摊铺设计高程、摊铺设计角度及路面高程。
可选地，所述定位模块包括两个RTK-GNSS接收器。
可选地，所述控制器包括以下9个模块。
数据获取模块，用于获取所述数字地面模型及所述摊铺机各结构的距离值。
旋转矩阵确定模块，分别与所述定位模块及所述姿态传感器连接，用于根据所述摊铺机的航向角、所述熨平板的纵向倾角值及所述熨平板的横向倾角值，确定车体坐标系旋转矩阵；车体坐标系的原点为定位模块的位置，X轴为摊铺机的前进方向，Y轴垂直于X轴并与地面平行，Z轴垂直于X-Y轴。
前方坐标确定模块，分别与所述旋转矩阵确定模块及所述数据获取模块连接，用于根据所述车体坐标系旋转矩阵及所述摊铺机各结构的距离值，确定所述前方测距传感器的坐标信息。
前方高程确定模块，分别与所述数据获取模块及所述前方坐标确定模块连接，用于根据所述前方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述前方测距传感器位置处的路面高程。
第一控制模块，分别与所述前方高程确定模块、所述数据获取模块、所述前方测距传感器、所述姿态传感器及所述熨平板连接，用于根据所述前方测距传感器位置处的路面高程、所述数字地面模型、所述熨平板前方位置的高程信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值及所述摊铺机各结构的距离值，确定第一控制变量，并根据所述第一控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述第一控制变量包括第一高程差值及第一角度差。
后方坐标确定模块，与所述前方坐标确定模块连接，用于根据所述前方测距传感器的坐标信息，确定所述后方测距传感器的坐标信息。
后方高程确定模块，分别与所述数据获取模块及所述后方坐标确定模块连接，用于根据所述后方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述后方测距传感器位置处的路面高程。
摊铺厚度确定模块，分别与所述后方坐标确定模块、所述后方高程确定模块及所述后方测距传感器连接，用于根据所述后方测距传感器的坐标信息、所述后方测距传感器位置处的路面高程及所述熨平板后方位置的高程信息，确定摊铺厚度。
第二控制模块，分别与所述第一控制模块、所述摊铺厚度确定模块及所述熨平板连接，用于根据所述第一控制变量及所述摊铺厚度，确定第二控制变量，并根据所述第二控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述第二控制变量包括第二高程差值及第二角度差。
为实现上述目的，本发明还提供了一种3D变量摊铺控制方法，包括以下步骤。
通过定位模块实时检测摊铺机的航向角及所述摊铺机顶部的空间坐标信息。
通过姿态传感器实时检测熨平板的纵向倾角值及熨平板的横向倾角值。
通过前方测距传感器实时检测熨平板前方位置的高程信息。
通过后方测距传感器实时检测熨平板后方位置的高程信息。
通过控制器根据所述摊铺机的航向角、所述摊铺机顶部的空间坐标信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值、所述熨平板前方位置的高程信息及所述熨平板后方位置的高程信息，控制所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述数字地面模型中包括待摊铺路段各点的摊铺设计高程、摊铺设计角度及路面高程。
可选地，通过控制器根据所述摊铺机的航向角、所述摊铺机顶部的空间坐标信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值、所述熨平板前方位置的高程信息及所述熨平板后方位置的高程信息，控制所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度，具体包括以下步骤。
获取数字地面模型及摊铺机各结构的距离值。
根据所述摊铺机的航向角、所述熨平板的纵向倾角值及所述熨平板的横向倾角值，确定车体坐标系旋转矩阵；车体坐标系的原点为定位模块的位置，X轴为摊铺机的前进方向，Y轴垂直于X轴并与地面平行，Z轴垂直于X-Y轴。
根据所述车体坐标系旋转矩阵及所述摊铺机各结构的距离值，确定所述前方测距传感器的坐标信息。
根据所述前方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述前方测距传感器位置处的路面高程。
根据所述前方测距传感器位置处的路面高程、所述数字地面模型、所述熨平板前方位置的高程信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值及所述摊铺机各结构的距离值，确定第一控制变量，并根据所述第一控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述第一控制变量包括第一高程差值及第一角度差。
根据所述前方测距传感器的坐标信息，确定所述后方测距传感器的坐标信息。
根据所述后方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述后方测距传感器位置处的路面高程。
根据所述后方测距传感器的坐标信息、所述后方测距传感器位置处的路面高程及所述熨平板后方位置的高程信息，确定摊铺厚度。
根据所述第一控制变量及所述摊铺厚度，确定熨平板的第二控制变量，并根据所述第二控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述第二控制变量包括第二高程差值及第二角度差。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过定位模块实时检测摊铺机的航向角及摊铺机顶部的空间坐标信息，通过姿态传感器实时检测熨平板的纵向倾角值及横向倾角值，通过前后方测距传感器实时检测熨平板前方位置及后方位置的高程信息，控制器结合上述检测到的数据自动控制熨平板的摊铺高度及倾斜角度，无需人工参与，提高了摊铺的效率及摊铺控制的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的3D变量摊铺控制***的示意图。
图2为本发明提供的3D变量摊铺控制方法的流程图。
符号说明：1-摊铺机，2-平衡梁，3-熨平板，4-姿态传感器，5-后方测距传感器，6-前方测距传感器，7-定位模块，8-未摊铺地面，9-摊铺后的地面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种3D变量摊铺控制***及控制方法，解决摊铺路面不平整的问题，提高路面摊铺精度，同时，通过实时检测摊铺厚度，及时反馈并调整摊铺作业，保证摊铺质量，为摊铺作业质量监测提供技术支持，节省运营成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的3D变量摊铺控制***包括：定位模块7、姿态传感器4、前方测距传感器6、后方测距传感器5及控制器（图中未示出）。
定位模块7设置在所述摊铺机1的顶部，定位模块7用于实时检测所述摊铺机1的航向角及所述摊铺机1顶部的空间坐标信息。
在本实施例中，所述定位模块7包括两个实时动态载波相位差分-全球卫星定位***（Real-time kinematic-Global Navigation Satellite System，RTK-GNSS）接收器。两个RTK-GNSS接收器间的连线与摊铺机1机体平行。两个RTK-GNSS接收器之间的距离大于1.2米。
姿态传感器4设置在所述摊铺机1的熨平板3上，姿态传感器4用于实时检测所述熨平板3的纵向倾角值及所述熨平板3的横向倾角值。
姿态传感器4的作用主要是控制熨平板3按照路面的设计角度去倾斜摊铺，并推算熨平板3的三维坐标信息。因此，使用螺丝将姿态传感器4拧紧锁死在熨平板3中部的板面上。
前方测距传感器6设置在所述摊铺机1的平衡梁2上，且位于所述熨平板3的前方位置，前方测距传感器6用于实时检测所述熨平板3前方位置的高程信息。
后方测距传感器5设置在所述摊铺机1上，且位于所述熨平板3的后方位置，后方测距传感器5用于实时检测所述熨平板3后方位置的高程信息。
控制器分别与所述定位模块7、所述姿态传感器4、所述前方测距传感器6、所述后方测距传感器5及所述熨平板3连接，控制器用于基于预先建立的待摊铺路段的数字地面模型，根据所述摊铺机1的航向角、所述摊铺机1顶部的空间坐标信息、所述熨平板3的纵向倾角值、所述熨平板3的横向倾角值、所述熨平板3前方位置的高程信息及所述熨平板3后方位置的高程信息，控制所述熨平板3的摊铺高度及倾斜角度。所述数字地面模型中包括待摊铺路段各点的摊铺设计高程、摊铺设计角度及路面高程。
摊铺机1后方的熨平板上方支架处装有配套控制器的稳定装置，使控制器可以稳定牢固地安装在上面，并且在施工完毕后易于拆卸。
具体地，在开始摊铺前，将施工道路段的设计要素输入到控制器，控制器结合道路数字地面模型，生成摊铺后的目标路面信息，并作为摊铺工作时的参考基准。在摊铺道路起始点时，控制器根据姿态传感器4实时测量的横向倾角值将熨平板3调节到设计角度。
具体地，所述控制器包括：数据获取模块、旋转矩阵确定模块、前方坐标确定模块、前方高程确定模块、第一控制模块、后方坐标确定模块、后方高程确定模块、摊铺厚度确定模块及第二控制模块。
数据获取模块用于获取所述数字地面模型及所述摊铺机1各结构的距离值。具体地，摊铺机各结构的距离值包括：前方测距传感器在车体坐标系下X-Y-Z三个方向上的距离值、熨平板至前方测距传感器安装臂杆铰接点在车体坐标系下的距离值及前方测距传感器至臂杆铰接点的距离值。
旋转矩阵确定模块分别与所述定位模块7及所述姿态传感器4连接，旋转矩阵确定模块用于根据所述摊铺机1的航向角、所述熨平板3的纵向倾角值及所述熨平板3的横向倾角值，确定车体坐标系旋转矩阵：。
其中，R为车体坐标系旋转矩阵，为摊铺机1的航向角，/>为熨平板3的纵向倾角值，/>为熨平板3的横向倾角值，/>表示X-O-Y平面绕O-Z轴的旋转矩阵，/>表示X-O-Z平面绕O-Y轴的旋转矩阵，/>表示Y-O-Z平面绕O-X轴的旋转矩阵。
车体坐标系的原点为定位模块7的位置，X轴为摊铺机1的前进方向，Y轴垂直于X轴并与地面平行，Z轴垂直于X-Y轴。
前方坐标确定模块分别与所述旋转矩阵确定模块及所述数据获取模块连接，前方坐标确定模块用于根据所述车体坐标系旋转矩阵及所述摊铺机1各结构的距离值，确定所述前方测距传感器6的坐标信息：。
其中，为前方测距传感器6在世界坐标系下的坐标信息，/>为前方测距传感器6的X轴坐标，/>为前方测距传感器6的Y轴坐标，/>为前方测距传感器6的Z轴坐标，R为车体坐标系旋转矩阵，/>为摊铺机顶部的空间坐标信息，xw为摊铺机顶部的X轴坐标，yw为摊铺机顶部的Y轴坐标，zw为摊铺机顶部的Z轴坐标，/>为前方测距传感器6在车体坐标系下X-Y-Z三个方向上的距离值，即定位模块7与前方测距传感器6在X-Y-Z三个方向的各个测量距离增量。
前方高程确定模块分别与所述数据获取模块及所述前方坐标确定模块连接，前方高程确定模块用于根据所述前方测距传感器6的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述前方测距传感器6位置处的地面高程。
第一控制模块分别与所述前方高程确定模块、所述数据获取模块、所述前方测距传感器6、所述姿态传感器4及所述熨平板3连接，第一控制模块用于根据所述前方测距传感器6位置处的路面高程、所述数字地面模型、所述熨平板3前方位置的高程信息、所述熨平板3的纵向倾角值、所述熨平板3的横向倾角值及所述摊铺机1各结构的距离值，确定第一控制变量，并根据所述第一控制变量调整所述熨平板3的摊铺高度及倾斜角度。所述第一控制变量包括第一高程差值及第一角度差。
具体地，所述第一控制模块采用以下公式确定第一控制变量：。
其中，为第一高程差值，/>为第一角度差，/>为前方测距传感器6位置处的路面高程，Df为前方测距传感器6的测距值，即熨平板前方位置的高程信息，/>为前方测距传感器6至臂杆铰接点的距离值，HD为熨平板当前位置的摊铺设计高程，/>为熨平板当前位置的摊铺设计角度，/>为熨平板的纵向倾角值，/>为熨平板3的横向倾角值，d为熨平板3至前方测距传感器6安装臂杆铰接点在车体坐标系下的距离值。
后方坐标确定模块与所述前方坐标确定模块连接，后方坐标确定模块用于根据所述前方测距传感器6的坐标信息，确定所述后方测距传感器5的坐标信息。
后方高程确定模块分别与所述数据获取模块及所述后方坐标确定模块连接，后方高程确定模块用于根据所述后方测距传感器5的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述后方测距传感器5位置处的路面高程。
摊铺厚度确定模块分别与所述后方坐标确定模块、所述后方高程确定模块及所述后方测距传感器5连接，摊铺厚度确定模块用于根据所述后方测距传感器5的坐标信息、所述后方测距传感器5位置处的路面高程及所述熨平板3后方位置的高程信息，确定摊铺厚度：；其中，/>为摊铺厚度，zb为后方测距传感器5的Z轴坐标，Db为后方测距传感器5的测距值，即熨平板后方位置的高程信息，ZD,b为后方测距传感器5位置处的路面高程。
具体地，通过摊铺厚度与设计厚度对比得到高程偏差，从而对熨平板3控制进行反馈校正。
第二控制模块分别与所述第一控制模块、所述摊铺厚度确定模块及所述熨平板3连接，第二控制模块用于根据所述第一控制变量及所述摊铺厚度，确定第二控制变量，并根据所述第二控制变量调整所述熨平板3的摊铺高度及倾斜角度。所述第二控制变量包括第二高程差值及第二角度差。
具体地，所述第二控制模块采用以下公式确定第二控制变量：；其中，/>为第二高程差值，/>为第二角度差，/>为第一高程差值，/>为第一角度差，/>为摊铺厚度。
本发明3D变量摊铺控制***的控制步骤如下。
（1）将RTK-GNSS双接收器安装在摊铺机1的车顶，让双接收器间的连线与车体保持平行。RTK-GNSS双接收器用于获取航向角和准确的空间坐标信息。
（2）将姿态传感器4安装在熨平板3振动微弱处。姿态传感器4用于获取纵向倾角值和横向倾角值，以及车体坐标X-Y-Z三个方向的运动加速度值，使用加速度与三个方向的运动位移融合可以很好地解决摊铺过程中机械振动带来的测量值不准确等问题。结合获取的航向角，构建车体坐标系旋转矩阵，便于车体坐标系转空间坐标系时的计算。
（3）在安装平衡梁2、前方测距传感器6和后方测距传感器5后，调节前方测距传感器6使其与熨平板3牵引点间的连线与车体前进方向垂直。
非接触式平衡梁2的安装与注意事项。摊铺机1的安装结构包括：直杆两根、卜杆四根、大臂焊接件四块、长平衡梁两组、测距传感器基座四只、挡圈十四只、长杆加基座四只。非接触式平衡梁调平装置具有非线性、多变量和大滞后等特征，它是一个机、液、电一体化的闭环控制***。由于熨平板3和牵引点会对摊铺机调平***作业质量产生干扰，而摊铺机1行走支撑面的高低不平会对牵引点和熨平板3产生影响。为了获得比较平整的摊铺质量，在摊铺施工过程中需要控制好摊铺速度、螺旋输送器的送料量和刮板输送器的供料稳定性。
安装前方测距传感器6和后方测距传感器5时，应确保其与地面垂直，距离地面在25cm至65cm（优选为30cm~40cm）之间，安装牢固。工程过程中，应确保人或物体水平距离前方测距传感器及后方测距传感器20厘米以外，以免产生误探测。摊铺前应清除路面上的异物，遇散落料石，应确保它在能被探测到区域的20厘米之外。摊铺作业时应保持摊铺恒定速度、螺旋分料器分料均匀，并避免频繁改变铺层的厚度。
（4）分别测量RTK-GNSS定位接收器与前方测距传感器6之间、前方测距传感器6与后方测距传感器5之间、前方测距传感器6与熨平板3末端之间在X-Y-Z三个方向上的物理机构距离增量。
在测量出RTK-GNSS定位接收器与前方测距传感器6在X-Y-Z三个方向的距离增量后，结合车体坐标系旋转矩阵和前方测距传感器6在车体坐标系中的坐标，解算得到当前时刻前方测距传感器6在空间坐标系中的坐标信息。
（5）实时测量各部件的位姿信息并推算出熨平板3末端的空间坐标信息。
（6）使用高精度的三维激光扫描仪对施工路面进行扫描，建立数字地面模型。无需在施工前的中桩、边桩的测量放样中浪费大量时间和人工。中边桩的测量放样点直接采用三维激光扫描仪得到处理数据，并且根据实地要求，可以在数据处理时得到相应的点密度，再对其建立高精度数字地面模型，能做到因地制宜，而不是传统的固定距离测量放样，可以免去大量的架设工作，同时在摊铺过程中，能够准确测试出摊铺质量，包括摊铺后的平整度和摊铺厚度，以此对摊铺机1进行反馈校正，形成闭环控制，并且在此过程中，无需使用过多的高精度测量仪器，同时减少了人工成本，降低了操作门槛。
将前方测距传感器6的坐标信息代入数字地面模型中，获取对应位置的高程，将(xa,ya,ZD,a)作为解算熨平板3末端和后方测距传感器5当前时刻的基础坐标信息。保证后续的坐标解算建立在高精度的数字地面模型上，用以解决RTK-GNSS测量中高程误差+15mm的问题。
（7）得到熨平板3末端空间坐标信息后结合摊铺设计要素，精准控制熨平板3调节高度和姿态。
具体地，由前方测距传感器6的坐标信息确定熨平板3末端的坐标信息，结合摊铺设计要素得到当前时刻的第一高程差值和第一角度差/>，并以此作为摊铺控制***的控制变量。
（8）结合前方测距传感器6当前时刻的坐标信息，由坐标平移得到后方测距传感器5当前时刻的坐标信息，并获取该坐标信息下对应在数字地面模型中的路面高程和后方测距传感器5当前采样时刻的测量值（熨平板3后方位置的高程信息），进而解算得到当前时刻的摊铺厚度，并对熨平板3的控制进行反馈调节。如图1所示，8为未摊铺地面，9为摊铺后的地面。
如图2所示，本发明提供的3D变量摊铺控制方法包括步骤100至步骤500。
步骤100：通过定位模块实时检测摊铺机的航向角及所述摊铺机顶部的空间坐标信息。
步骤200：通过姿态传感器实时检测熨平板的纵向倾角值及熨平板的横向倾角值。
步骤300：通过前方测距传感器实时检测熨平板前方位置的高程信息。
步骤400：通过后方测距传感器实时检测熨平板后方位置的高程信息。
步骤500：通过控制器根据所述摊铺机的航向角、所述摊铺机顶部的空间坐标信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值、所述熨平板前方位置的高程信息及所述熨平板后方位置的高程信息，控制所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度。所述数字地面模型中包括待摊铺路段各点的摊铺设计高程、摊铺设计角度及路面高程。
进一步地，步骤500包括步骤（1）至步骤（9）。
（1）获取数字地面模型及摊铺机各结构的距离值。
（2）根据所述摊铺机的航向角、所述熨平板的纵向倾角值及所述熨平板的横向倾角值，确定车体坐标系旋转矩阵。车体坐标系的原点为定位模块的位置，X轴为摊铺机的前进方向，Y轴垂直于X轴并与地面平行，Z轴垂直于X-Y轴。
（3）根据所述车体坐标系旋转矩阵及所述摊铺机各结构的距离值，确定所述前方测距传感器的坐标信息。
（4）根据所述前方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述前方测距传感器位置处的路面高程。
（5）根据所述前方测距传感器位置处的路面高程、所述数字地面模型、所述熨平板前方位置的高程信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值及所述摊铺机各结构的距离值，确定第一控制变量，并根据所述第一控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度。所述第一控制变量包括第一高程差值及第一角度差。
（6）根据所述前方测距传感器的坐标信息，确定所述后方测距传感器的坐标信息。
（7）根据所述后方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述后方测距传感器位置处的路面高程。
（8）根据所述后方测距传感器的坐标信息、所述后方测距传感器位置处的路面高程及所述熨平板后方位置的高程信息，确定摊铺厚度。
（9）根据所述第一控制变量及所述摊铺厚度，确定第二控制变量，并根据所述第二控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述第二控制变量包括第二高程差值及第二角度差。
本发明在施工前能够提高施工路面的信息采集效率，并减少了人工劳动强度，降低了施工和运营成本。同时，本发明在原有的非接触式平衡梁摊铺的技术上加入了实时高程信息，构成了3D变量摊铺，不但可以提高摊铺的控制精度，减小摊铺误差，还可以检测出摊铺质量并以此作为反馈，闭环控制熨平板进行反馈调控，从而得到更好的摊铺效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种3D变量摊铺控制***，用于控制摊铺机的运行，其特征在于，所述3D变量摊铺控制***包括：
定位模块，设置在所述摊铺机的顶部，用于实时检测所述摊铺机的航向角及所述摊铺机顶部的空间坐标信息；
姿态传感器，设置在所述摊铺机的熨平板上，用于实时检测所述熨平板的纵向倾角值及所述熨平板的横向倾角值；
前方测距传感器，设置在所述摊铺机的平衡梁上，且位于所述熨平板的前方位置，用于实时检测所述熨平板前方位置的高程信息；
后方测距传感器，设置在所述摊铺机上，且位于所述熨平板的后方位置，用于实时检测所述熨平板后方位置的高程信息；
控制器，分别与所述定位模块、所述姿态传感器、所述前方测距传感器、所述后方测距传感器及所述熨平板连接，用于基于预先建立的待摊铺路段的数字地面模型，根据所述摊铺机的航向角、所述摊铺机顶部的空间坐标信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值、所述熨平板前方位置的高程信息及所述熨平板后方位置的高程信息，控制所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述数字地面模型中包括待摊铺路段各点的摊铺设计高程、摊铺设计角度及路面高程。
2.根据权利要求1所述的3D变量摊铺控制***，其特征在于，所述定位模块包括两个RTK-GNSS接收器。
3.根据权利要求1所述的3D变量摊铺控制***，其特征在于，所述控制器包括：
数据获取模块，用于获取所述数字地面模型及所述摊铺机各结构的距离值；
旋转矩阵确定模块，分别与所述定位模块及所述姿态传感器连接，用于根据所述摊铺机的航向角、所述熨平板的纵向倾角值及所述熨平板的横向倾角值，确定车体坐标系旋转矩阵；车体坐标系的原点为定位模块的位置，X轴为摊铺机的前进方向，Y轴垂直于X轴并与地面平行，Z轴垂直于X-Y轴；
前方坐标确定模块，分别与所述旋转矩阵确定模块及所述数据获取模块连接，用于根据所述车体坐标系旋转矩阵及所述摊铺机各结构的距离值，确定所述前方测距传感器的坐标信息；
前方高程确定模块，分别与所述数据获取模块及所述前方坐标确定模块连接，用于根据所述前方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述前方测距传感器位置处的路面高程；
第一控制模块，分别与所述前方高程确定模块、所述数据获取模块、所述前方测距传感器、所述姿态传感器及所述熨平板连接，用于根据所述前方测距传感器位置处的路面高程、所述数字地面模型、所述熨平板前方位置的高程信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值及所述摊铺机各结构的距离值，确定第一控制变量，并根据所述第一控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述第一控制变量包括第一高程差值及第一角度差；
后方坐标确定模块，与所述前方坐标确定模块连接，用于根据所述前方测距传感器的坐标信息，确定所述后方测距传感器的坐标信息；
后方高程确定模块，分别与所述数据获取模块及所述后方坐标确定模块连接，用于根据所述后方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述后方测距传感器位置处的路面高程；
摊铺厚度确定模块，分别与所述后方坐标确定模块、所述后方高程确定模块及所述后方测距传感器连接，用于根据所述后方测距传感器的坐标信息、所述后方测距传感器位置处的路面高程及所述熨平板后方位置的高程信息，确定摊铺厚度；
第二控制模块，分别与所述第一控制模块、所述摊铺厚度确定模块及所述熨平板连接，用于根据所述第一控制变量及所述摊铺厚度，确定第二控制变量，并根据所述第二控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述第二控制变量包括第二高程差值及第二角度差。
4.根据权利要求3所述的3D变量摊铺控制***，其特征在于，所述旋转矩阵确定模块采用以下公式确定车体坐标系旋转矩阵：
；
其中，R为车体坐标系旋转矩阵，为摊铺机的航向角，/>为熨平板的纵向倾角值，/>为熨平板的横向倾角值，/>表示X-O-Y平面绕O-Z轴的旋转矩阵，/>表示X-O-Z平面绕O-Y轴的旋转矩阵，/>表示Y-O-Z平面绕O-X轴的旋转矩阵。
5.根据权利要求3所述的3D变量摊铺控制***，其特征在于，所述摊铺机各结构的距离值包括前方测距传感器在车体坐标系下XYZ三个方向上的距离值；
所述前方坐标确定模块采用以下公式确定前方测距传感器的坐标信息：
；
其中，为前方测距传感器在世界坐标系下的坐标信息，/>为前方测距传感器的X轴坐标，/>为前方测距传感器的Y轴坐标，/>为前方测距传感器的Z轴坐标，R为车体坐标系旋转矩阵，/>为摊铺机顶部的空间坐标信息，xw为摊铺机顶部的X轴坐标，yw为摊铺机顶部的Y轴坐标，zw为摊铺机顶部的Z轴坐标，/>为前方测距传感器在车体坐标系下XYZ三个方向上的距离值。
6.根据权利要求5所述的3D变量摊铺控制***，其特征在于，所述摊铺机各结构的距离值还包括熨平板至前方测距传感器安装臂杆铰接点在车体坐标系下的距离值及前方测距传感器至臂杆铰接点的距离值；
所述第一控制模块采用以下公式确定第一控制变量；
；
其中，为第一高程差值，/>为第一角度差，/>为前方测距传感器位置处的路面高程，Df为熨平板前方位置的高程信息，/>为前方测距传感器至臂杆铰接点的距离值，HD为熨平板当前位置的摊铺设计高程，/>为熨平板当前位置的摊铺设计角度，/>为熨平板的纵向倾角值，/>为熨平板的横向倾角值，d为熨平板至前方测距传感器安装臂杆铰接点在车体坐标系下的距离值。
7.根据权利要求3所述的3D变量摊铺控制***，其特征在于，所述摊铺厚度确定模块采用以下公式确定摊铺厚度：
；
其中，为摊铺厚度，zb为后方测距传感器的Z轴坐标，Db为熨平板后方位置的高程信息，ZD,b为后方测距传感器位置处的路面高程。
8.根据权利要求3所述的3D变量摊铺控制***，其特征在于，所述第二控制模块采用以下公式确定第二控制变量：
；
其中，为第二高程差值，/>为第二角度差，/>为第一高程差值，/>为第一角度差，/>为摊铺厚度。
9.一种3D变量摊铺控制方法，应用于权利要求1至8任一项所述的3D变量摊铺控制***，其特征在于，所述3D变量摊铺控制方法包括：
通过定位模块实时检测摊铺机的航向角及所述摊铺机顶部的空间坐标信息；
通过姿态传感器实时检测熨平板的纵向倾角值及熨平板的横向倾角值；
通过前方测距传感器实时检测熨平板前方位置的高程信息；
通过后方测距传感器实时检测熨平板后方位置的高程信息；
通过控制器根据所述摊铺机的航向角、所述摊铺机顶部的空间坐标信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值、所述熨平板前方位置的高程信息及所述熨平板后方位置的高程信息，控制所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述数字地面模型中包括待摊铺路段各点的摊铺设计高程、摊铺设计角度及路面高程。
10.根据权利要求9所述的3D变量摊铺控制方法，其特征在于，通过控制器根据所述摊铺机的航向角、所述摊铺机顶部的空间坐标信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值、所述熨平板前方位置的高程信息及所述熨平板后方位置的高程信息，控制所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度，具体包括：
获取数字地面模型及摊铺机各结构的距离值；
根据所述摊铺机的航向角、所述熨平板的纵向倾角值及所述熨平板的横向倾角值，确定车体坐标系旋转矩阵；车体坐标系的原点为定位模块的位置，X轴为摊铺机的前进方向，Y轴垂直于X轴并与地面平行，Z轴垂直于X-Y轴；
根据所述车体坐标系旋转矩阵及所述摊铺机各结构的距离值，确定所述前方测距传感器的坐标信息；
根据所述前方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述前方测距传感器位置处的路面高程；
根据所述前方测距传感器位置处的路面高程、所述数字地面模型、所述熨平板前方位置的高程信息、所述熨平板的纵向倾角值、所述熨平板的横向倾角值及所述摊铺机各结构的距离值，确定第一控制变量，并根据所述第一控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述第一控制变量包括第一高程差值及第一角度差；
根据所述前方测距传感器的坐标信息，确定所述后方测距传感器的坐标信息；
根据所述后方测距传感器的坐标信息及所述数字地面模型，确定所述后方测距传感器位置处的路面高程；
根据所述后方测距传感器的坐标信息、所述后方测距传感器位置处的路面高程及所述熨平板后方位置的高程信息，确定摊铺厚度；
根据所述第一控制变量及所述摊铺厚度，确定熨平板的第二控制变量，并根据所述第二控制变量调整所述熨平板的摊铺高度及倾斜角度；所述第二控制变量包括第二高程差值及第二角度差。
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