路面无人化施工集群装备技术研究

【前言】 随着人工智能、大数据等新一代信息技术与交通行业深度融合，自动驾驶、车路协同等技术的逐步推广，在智能、平安、绿色、共享交通的发展水平不断进步的同时，人们对道路的施工高效率、高质量、高安全、零事故的呼吁越来越强烈。

制造业和道路工程施工同样关注的核心点就是效率、质量和成本。而生产制造业已经通过智能化和无人化的升级解决了这3个核心问题。道路建设未来的解决方案就要像生产制造业的自动化产线一样，标准化的完成高质量高效率的路面施工。而这个解决方案，恰恰是交通强国高标准要求下的未来最佳方案。而随着技术的发展，这个理念今天已经成为现实，并且日渐成熟。

2.1集群化施工工艺策略算法研究

按照传统的沥青路面铺设工艺要求，将传统的工艺通过算法实现，总体的集群化采用阶梯式作业流程，在总体集群策略的框架下，通过算法保障无人

化路面机械彼此之间快速高效地进行协调配合，合理地避免冲突发生及意外情况的处理，实现完整高效的集群化策略。

路面机械无人化集群多机协同施工主要包含4个梯队，1个摊铺梯队和3个碾压梯队。其中，第1梯队为初压，第2梯队为复压，第3梯队为终压，初压和复压负责沥青的压实任务。第3梯队执行收面任务，在可通行区域内，通过视觉传感器检测出初压和复压的轮迹，并对轮迹进行碾压。图1是1种无人化施工的典型工况，公路为双向6车道公路。第1梯队包含1台摊铺机，在摊铺机的熨平板两侧安装有 北斗定位系统 ，负责扫描出可施工区域；第2梯队为初压梯队，包含3台 双钢轮压路机 ；第3梯队为复压梯队，包含3台胶轮压路机；第4梯队为终压收面梯队，是1台双钢轮压路机。

2.2多传感器融合的障碍检测算法

对于路面设备的施工环境，其障碍物基本存在两种：施工设备与施工人员。针对此施工环境，路面无人化施工集群设备采用智能化避障策略以保障施工安全性，采用毫米波雷达与超声波相结合的方式实现施工安全，并保障施工效率，如图2所示。

毫米波雷达具备监测范围较远、对金属物体敏感的特点，可在无人化设备前后方20m内对金属物体持续监测，适合制动距离大、需要持续控制的路面施工机械，能够有效完成集群施工时的防碰撞工作。

毫米波雷达自动减速刹车控制策略实现需要借助毫米波雷达对障碍物的监测结果，主要包含障碍物距离、障碍物速度两项参数。通过分析障碍物距离与障碍物速度的实时变化，可以得出障碍物当前的运动状态。若障碍物正朝向压路机行进，则根据当前距离降低行走电流，并根据下一步的变化决定是否继续减速或执行制动；若障碍物开始远离压路机，则根据当前距离对之前降低后的电流进行缓慢恢复。同时，采用先减速后刹车的停车策略可使无人化设备停车平缓，尤其在沥青施工时不会因刹车冲击致使沥青被搓起，保障施工效率。

2.3沥青雷达摊铺测厚技术

沥青测厚系统由摊铺测厚雷达主机、天线通道总成、综合电缆、安装支架、雷达防护电源和控制显示终端等组成。针对沥青摊铺材料的特性，选择相匹配的雷达脉冲频率，利用雷达波对地表的穿透能力实现对沥青摊铺路面的检测，如图3所示。

通过多个 雷达探头 全方位的实现高精度测量摊铺厚度，通过智能算法融合多点测量数据，提升采样密度，降低误差。测厚系统向路面发射电磁波，并通过高灵敏度的接收器实时获取反射回波信号，结合电磁波在变化的界面发生反射的特性，依据时延、波形及频谱特性的变化，解析出目标深度、介质结构及性质等重要信息，从而得到摊铺后的横切面的结构数据，测量精度为正负2mm。

2.4基于5G的远程遥控技术

通过摄像头实时采集设备作业现场的视频、声音，并通过5G传输以较低延时传输到操控台显示屏上。操控台发出控制指令通过5G实时传输到压路机控制器，并实时控制压路机行走和作业。创新技术包括远程高清图像传输技术，基于VR技术的沉浸式遥操技术，基于语音识别的车辆遥操技术和基于双手柄控制的车辆远程控制技术。

远程实时控制可以看成是远程控制技术的延伸。远程控制技术需要在控制者与受控者之间建立信息的闭环，为了达到远程控制的效果，受控者需要在远程感知的基础之上，通过通信网络向控制者发送状态信息。控制者根据收到的状态信息进行分析判断，并作出决策，通过通信网络向受控者发送相应的动作指令。受控者根据收到的动作指令执行相应的动作，完成远程控制的处理流程，如图4所示。

3.1水利、机场、大坝、水稳无人施工

3.2沥青路面智能施工项目

3.3社会效益

(1)提升施工质量与人员安全。采用无人化施工集群装备，整个施工过程机械的运行速度、施工轨迹、碾压遍数、振频振幅均做到真正意义上的标准化施工，保证施工质量的同时，减少施工的参与人员，特别是夜间施工可极大保证施工区域的安全。

(2)引导智能化施工标准。

为适应施工设备智能化发展，需要对工程设计、工程建设、工程管理、工程运维各环节的标准规范进行修订，满足未来无人工地场景下工程施工的施工组织、工程监理、业务流程、质量控制等技术类标准的指导作用，并推动工程施工技术智能化水平的快速提升。

(3)培养行业专业人才。

企业在研发并推广应用无人化施工装备的同时，将寻求搭建行业对接的渠道，搭建联合研发的平台，促进了人才交流，培养一批行业顶尖的无人化施工研发人才队伍。

带动上下游供应链发展。无人化施工装备对相关的国产化配套能力提出了更高的要求，包括动力总成、传动系统、电气系统零部件、液压系统零部件和核心传感器件等。要求相关零部件在功能、性能及可靠性等方面符合无人化的整体需求，间接提升了我国装备零部件工业的制造水平和基础，促进了相关行业自主产业化的能力。