[發明專利]一種無人碾壓機群自主作業系統及方法

在審

• 申請號: 202010366056.4
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111445170A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 鐘登華;崔博;佟大威;任炳昱;關濤;王佳俊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/08;G05D1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張建中

本發明公開了一種無人碾壓機群自主作業系統，包括通信系統、第一級的指揮系統及位于每個碾壓機上的第二級的無人碾壓機智能系統；通信系統包括無線通信網絡；無人碾壓機智能系統間及其與遠程指揮中心間通過通信系統通信；無人碾壓機智能系統包括信息采集子系統和行車控制子系統；信息采集子系統包括傳感器組件，其采集碾壓機的作業狀況、環境及位置信息并輸入至指揮系統及行車控制子系統；指揮系統包括第一級控制器，其對輸入信息進行處理并下達控制指令至行車控制子系統；行車控制子系統包括第二級控制器，其響應指揮系統的信號控制碾壓機執行機構實施循跡碾壓作業。本發明還公開了一種無人碾壓機群自主作業方法。本發明提高了施工質量及進度。

技術領域

本發明涉及一種無人碾壓技術領域，特別涉及一種無人碾壓機群自主作業系統及方法。

背景技術

目前，碾壓是大壩施工過程中的重要一環，碾壓質量影響著大壩的施工質量，直接關系到大壩的安全；碾壓進度影響后序環節的施工，制約著大壩整體施工進度間接影響施工成本。如何提高碾壓施工管理水平，更好地控制碾壓作業的施工質量和施工進度一直以來都是科研工作者們關注的焦點。

隨著科學技術的發展，大壩碾壓施工經歷了多個發展階段。1940年前，大壩的建設主要依賴于人工的肩挑背扛，屬于人工化階段。隨著近代工業革命的發展，機械生產水平得到了長足的進步，機械化施工替代人工建設成為了大壩建設的必然趨勢。然而該階段的施工控制采用事中監理旁站、事后試坑法評價壓實質量，存在著管理粗放、耗時耗力、有限的取樣點難以全面反映倉面的壓實質量且難以對倉面的壓實質量進行及時補救等不足。機械化階段存在的不足和信息化技術的蓬勃發展，推動著碾壓施工從機械化向數字化方向進發。黃聲亨等在水布埡工程中對面板堆石壩填筑碾壓參數實時監控技術進行了有益的探索，實現了對部分碾壓參數的實時監控；馬洪琪和鐘登華等在糯扎渡高心墻堆石壩施工中首次提出并成功實施了數字化碾壓實時監控系統，其特征在于基于傳感器技術、GPS技術、互聯網技術和數據庫技術，對每一填筑倉面的碾壓參數實現了全天候、實時在線、精細化、遠程采集分析，并通過機載人機界面和遠程控制客戶端將施工信息實時可視化給施工人員，輔助施工管理。大壩填筑碾壓數字化實時監控技術自提出以來，在大壩施工質量和進度分析與控制中發揮了重要作用。

數字化監控形成了碾壓施工的海量數據，為了分析海量數據所包含的有益信息，已有許多學者開展了相關研究。壓實質量評價方面，已有研究將IC和CCC技術引入大壩的碾壓施工作業，該技術基于碾輪的振動特性數據分析和機理分析計算相應指標反映被碾材料的碾壓質量，如：CV(Compaction Value)、SCV(Sound Compaction Value)和CF(CompactionFeature)等。然而振動過程復雜，該方法精度不高。人工智能技術的發展，帶來了另一條思路，一些學者基于數據驅動模型來評價壓實質量，如人工神經網絡和支持向量回歸等模型。這類模型基于機器學習算法，模型精度較高，對參數的考慮更為全面，然而由于是黑箱模型，模型的可解釋度不高。壓實質量評價的研究實現了碾壓作業過程壓實度的實時感知，克服了傳統事后監測的不足。碾壓進度控制方面，鐘登華等基于實時監控技術和物聯網技術等實現了仿真邊界條件參數的全面實時感知，為智能仿真的模型更新奠定了數據基礎。在此基礎之上，關濤等基于貝葉斯方法和改進重抽樣法實現了仿真模型的實時更新與分析。杜榮祥聯合倉面施工進度仿真模型和倉面施工質量實時監控模型，綜合考慮施工現場各項影響因素，提出了心墻堆石壩倉面施工進度動態控制模型，通過對倉面施工方案的優化以及對施工過程的施工進度偏差實時分析和反饋，實現倉面施工進度的事前、事中控制。以上研究多是碾壓施工質量和進度的感知分析方面的研究，實現了一定水平的“AI+”，然而反饋控制主要依靠人工或機載平板反饋現場操作手，感知分析和反饋控制的融合程度還不高。