無人駕駛技術在高速公路路面工程的應用

摘要 為實現(xiàn)智能化無人機群施工，文章介紹了北斗定位技術，在此基礎上分析了無人攤鋪系統(tǒng)，包括攤鋪機自動駕駛攤鋪技術、壓路機自動駕駛壓實技術、機群協(xié)同控制施工技術、數(shù)字化平臺等技術。研究表明：基于高精度北斗定位的路面工程無人駕駛技術避免了由于人為操作水平不一致導致的碾壓質(zhì)量問題的同時，還能優(yōu)先保證施工的一致性。

關鍵詞 路面工程；雙機并列；無人駕駛

中圖分類號 U415 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0118-03

0 引言

北斗定位技術是在全球范圍內(nèi)以經(jīng)緯度5°×5°的分辨率設置觀測點去評估每個觀測點的衛(wèi)星可見性和GDOP值，彌補了GPS在高緯度地區(qū)衛(wèi)星仰角小且定位精度低的問題。在復雜觀測環(huán)境下，即使北斗定位系統(tǒng)平均可見星數(shù)明顯下降，GDOP平均值顯著增大，但其整體定位性能仍然可滿足定位導航的需求[1]。

在路面施工中存在的一大難點是惡劣的環(huán)境條件使人工費用高昂、操作手人員短缺、管理不便。無人駕駛智能機群作業(yè)既可減少惡劣環(huán)境下的人工作業(yè)，又可提高工作效率，做到24 h不間斷施工?；诖耍撐闹攸c研究了瀝青路面無人化攤鋪壓實集群施工技術。

1 技術創(chuàng)新性分析

無人攤鋪系統(tǒng)包括攤鋪機自動駕駛攤鋪技術、壓路機自動駕駛壓實技術、機群協(xié)同控制施工技術、數(shù)字化平臺等技術。

1.1 自動駕駛攤鋪技術

3D智能攤鋪機具有高精度定位，可實時計算熨平板三維坐標，與三維圖紙實時校核，實現(xiàn)對熨平板的精準控制[1]。

1.2 無人駕駛自動壓路機

該技術配備加速度傳感器，建立壓實度關聯(lián)模型，實時檢測壓實度，配備高精度天線配合高精度定位基站，實現(xiàn)厘米級定位精度，同時配備激光雷達和毫米波雷達，遇到障礙物自動避讓。

1.3 無人駕駛攤壓機群搭載的數(shù)字化無人施工平臺

該技術能夠?qū)⑹┕み^程數(shù)據(jù)化、在線化、可視化，將施工過程數(shù)據(jù)和路面壓實情況通過圖形化色階圖顯示，方便管理人員對施工過程質(zhì)量的實時掌控。無人駕駛攤壓機群運行各項參數(shù)指標，如油量、水溫、障礙物、故障等信息也可以通過平臺進行監(jiān)控和管理，施工過程數(shù)據(jù)和施工質(zhì)量報表一目了然，為施工過程數(shù)據(jù)監(jiān)控及施工質(zhì)量追溯提供數(shù)據(jù)服務[2-3]。

2 技術先進性分析

2.1 提升質(zhì)量

該技術可做到不漏壓、不過壓、不超速，有效避免了人為操作過程中常出現(xiàn)的漏壓、過壓、欠壓、超速等問題。

2.2 保證安全

無人化集群結合北斗高精度定位，在策略中壓路機集群與攤鋪機之間設定了安全距離，壓路機跟隨攤鋪機在安全距離之外，梯隊與梯隊之間也有設定的安全距離，各梯隊車輛不會進入其他區(qū)域內(nèi)，同時整個系統(tǒng)配備有3級制動控制策略，確保設備在施工過程中的絕對安全。

2.3 降低成本

省人、省料、省時，具體如下：

（1）省人：利用自動駕駛算法，采用無人駕駛攤壓機群施工可以減少施工操作人員80%以上。

（2）省料：利用實時動態(tài)差分定位，施工過程嚴格按照設定工藝要求執(zhí)行，提高施工過程效率，節(jié)省燃油消耗。同時采用3D激光找平技術可以實現(xiàn)毫米級材料的精準控制，減少材料浪費。

（3）省時：利用攤鋪管理系統(tǒng)與全電液控制器聯(lián)合實現(xiàn)攤鋪作業(yè)自動化控制，無人駕駛攤壓機群最多可實現(xiàn)多臺無人路機協(xié)同施工，連續(xù)長時間施工作業(yè)，可提高施工效率30%以上，縮短施工周期。

2.4 施工過程中可視化

（1）無人攤鋪系統(tǒng)通過施工過程實時監(jiān)控，實現(xiàn)溫度、壓實度、軌跡信息、施工進度的實時掌控。

（2）其施工進度采用直觀、全面、美觀的可視化表達方式，可實現(xiàn)施工過程透明化、施工質(zhì)量可追溯也可提供施工過程報告。

3 路面工程實例

山西省某路面工程是全省首次進行膠粉-SBS復合改性瀝青混凝土路面施工，此種材料對碾壓工藝要求極高，因此采用無人攤壓協(xié)同施工機群進行施工。壓路機進行碾壓等一系列工序避免了人工操作可能導致的漏壓、過壓、欠壓及超速等問題，且通過基于北斗高精度定位無人駕駛技術實現(xiàn)對施工碾壓軌跡的精準控制。采用的無人攤壓協(xié)同施工機群包含以下設備：

（1）2臺無人駕駛輪胎機；

（2）2臺無人駕駛攤鋪機；

（3）1臺無人駕駛雙鋼輪；

（4）1間無人駕駛監(jiān)控室。

3.1 設備型號及配置

每一工作面配置不少于下述設備且需要驗證其具有良好的速度調(diào)節(jié)功能方可使用：

（1）DD-130（或相當功率雙鋼輪振動壓路機）2臺；

（2）DD-110（或相當功率雙鋼輪振動壓路機）1臺；

（3）30T以上輪胎壓路機4臺。

3.2 碾壓順序及遍數(shù)

由于施工項目所屬地區(qū)風速大、時間長、早晚溫差大，所以采用3臺鋼輪4臺膠輪壓實機械配置，項目所用膠粉-SBS復合改性瀝青軟化點和黏度都比較高，為能及時壓實、確保路面不滲水，上面層采用了緊跟同進同退碾壓技術，可在最短時間內(nèi)趁熱完成碾壓：7臺壓路機聯(lián)合作業(yè)，一臺雙鋼輪壓路機在后負責終壓，2組6臺壓路機階梯在前緊跟攤鋪機前進，每組1臺雙鋼輪振動壓路機和2臺膠輪壓路機，相距15 m左右，每組壓路機各負責半幅，同步前進、同步后退，不再區(qū)分初壓與復壓，每一壓實遍數(shù)完成后約整體前進緊跟攤鋪機。

（1）初壓：DD-130雙鋼輪壓路機碾壓1～2遍。

（2）復壓：DD-130雙鋼輪壓路機振動碾壓3～4遍，第1遍第1列外側低處雙鋼輪壓路機靜壓畫弧后2遍振動碾壓。30 t以上輪胎壓路機碾壓6～8遍（膠輪壓路機和振動壓路機交替碾壓，采用緊跟同進同退碾壓工藝）。

（3）終壓：DD-110雙鋼輪壓路機靜壓2遍。

3.3 效益

3.3.1 大幅提高施工效率

（1）無人攤鋪系統(tǒng)采用智能化協(xié)同作業(yè)提高了設備施工效率，正常人工需要停機休息用餐等，無人化施工可以減少停工等待休息等時間，按每天8～10 h計算，縮短了施工周期，要比人工每天節(jié)省1～2 h。

（2）施工過程中消除了人為誤差。人工調(diào)整控制操作時間可節(jié)省1 h左右。綜合下來效率提升25%以上。

3.3.2 大幅節(jié)約施工成本

無人攤鋪系統(tǒng)通過采用3D找平技術節(jié)省支模、測量、放線、吊裝、打鋼釬、叉運等人員約8～10人，節(jié)省相關材料及人員開支約20%。

3.3.3 有效提高路面高程控制精度

（1）無人攤鋪系統(tǒng)通過前場施工大數(shù)據(jù)利用管理平臺對路面高程進行精確控制。以K34+350～K34+600為例進行計算，高程控制數(shù)據(jù)見表1 。

（2）該系統(tǒng)采用遠程視頻監(jiān)控技術，全面監(jiān)控施工過程，有效保證施工質(zhì)量。

3.3.4 相關措施

（1）關鍵環(huán)節(jié)控制

牢固樹立“質(zhì)量強企”的強烈意識。1）牢固樹立質(zhì)量意識，深化管理理念落位，拓展質(zhì)量管理思路和舉措，切實激發(fā)高質(zhì)量發(fā)展的強勁動力。2）堅持戰(zhàn)略目標指引，推動工作方案落地，保障質(zhì)量強企取得實實在在的成效。3）嚴抓過程質(zhì)量控制，緊抓關鍵環(huán)節(jié)管控落細，實現(xiàn)全員、全過程、全方位的質(zhì)量管理。

①施工組織設計和專項方案編制：在認真理解設計圖意圖的基礎上，總工辦組織技術人員，同時邀請專業(yè)人員參與，及時編制分部施工組織設計，對涉及的專項工程有側重地進行專項施工方案編制，并對特殊工程的施工方案組織專家進行論證和審查。

②技術交底：對施工組織設計和后續(xù)開工的每一個分部分項工程，由工程技術部組織，嚴格按照三級交底制度進行施工工藝、工序安排、過程控制、質(zhì)量標準、驗收要求、監(jiān)理程序等方面的交底，確?？v向到底，使每一個施工操作人員均能夠按照技術交底要求參與施工。

③設計變更：在導線閉合的基礎上，組織測量人員對路基原地面以及橋梁、涵洞、隧道進出口等構造物的位置、高程進行現(xiàn)場復核，及時發(fā)現(xiàn)與設計圖紙不符的點位和段落，統(tǒng)計并上報總監(jiān)辦和設計單位，進行圖紙優(yōu)化和設計變更。

（2）健全監(jiān)督體系

切實以“知責明責”推動履責盡責。1）強化全員質(zhì)量管理責任，樹立全生命周期建設發(fā)展理念。2）嚴格督導檢查和質(zhì)量追溯，強化現(xiàn)場督導考核，把各項工作落實到細節(jié)。3）創(chuàng)新監(jiān)理單位管理模式，嚴格監(jiān)理單位履約管理。4）深化協(xié)作單位管理機制，增強協(xié)作隊伍的歸屬感和項目整體凝聚力，推動項目建設高質(zhì)量發(fā)展。

（3）嚴格規(guī)范管理

持續(xù)以“科技創(chuàng)新”加快培育新質(zhì)生產(chǎn)力。1）堅持標準引領，狠抓工藝控制，著力強化質(zhì)量事前、事中、事后監(jiān)管長效機制，確保各項任務措施落到實處。2）強化創(chuàng)新主導，賦能智能監(jiān)管，推動工藝標準化和科技創(chuàng)新協(xié)調(diào)互動，加快形成具有路橋特色的新質(zhì)生產(chǎn)力，培育高質(zhì)量發(fā)展新優(yōu)勢。3）聚焦專項突破，持續(xù)推進品質(zhì)工程創(chuàng)建，切實打造一批質(zhì)量標準化的“樣板工程”。

（4）控制項目成本

成本控制部門嚴格把控各個環(huán)節(jié)的成本支出，確保項目效益最大化。1）持續(xù)加大項目策劃與成本測算，充分做到事前科學策劃、事中嚴格控制、事后準確核算，嚴格控制監(jiān)督，確保項目成本目標順利實現(xiàn)。2）推進成本管理創(chuàng)新，提高成本管理的科學性和效率，利用信息化手段建立招標限價審核模型，通過區(qū)塊鏈技術應用提高招標限價的審核效率、準確性及數(shù)據(jù)可溯源性，提升招標限價管理水平。3）建立動態(tài)調(diào)整機制，合理控制成本，特別是加強對完工項目成本的考核與分析，提升全員的成本意識與成本管理能力。4）深化工法改革，指導工法實施組織依法合規(guī)標準化建設。五是增強成果轉化，圍繞生產(chǎn)經(jīng)營中心任務，持續(xù)組織開展好“五小”創(chuàng)新和創(chuàng)新工作室建設。

4 結束語

綜上所述，無人駕駛智能施工技術基于遠程視頻與操控技術，搭載的多機聯(lián)合3D數(shù)字找平技術與攤鋪溫度檢測技術實時反饋施工工況與攤鋪溫度，根據(jù)現(xiàn)場情況遠程調(diào)節(jié)施工設備保證無人施工順利進行。施工時管理人員實時查看施工進度、關鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)、工程日報、壓實質(zhì)量與攤鋪質(zhì)量。

參考文獻

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