浅析沥青路面领域研究应用无人设备现状

2022-06-25马广文

城市道桥与防洪 2022年5期

马广文

[上海浦东路桥（集团）有限公司，上海市 200135]

0 引言

目前我国导航、物联网、人工智能、网络信息和5G 等技术快速发展，并且延伸至工程建设的各个领域，如沥青路面施工领域，以无人机、无人驾驶铺装机械（摊铺机、压路机）为代表的智能化系统与设备技术逐步开始推动着沥青路面施工向更加安全、经济、环保和高效的方向发展。

本课题组在大量调研基础上，系统性地梳理了近年来，尤其是近两三年内沥青路面领域智能化施工技术研究与应用的成果，以期为行业持续、高速向无人化、智能化方向转变提供参考。

1 无人机应用研究

当前用无人机辅助沥青路面施工的研究与应用尚处于初步阶段，多以搭载满足某些单一功能信息采集设备或系统为主。

1.1 搭载红外系统

在河惠莞高速公路紫惠段的沥青面层施工过程中，相关研究人员将红外探测系统安装于无人机上，用于探测实时沥青路面施工材料温度，并指导施工人员实测温度信息，微调施工参数，如摊铺速度、碾压跟进速度等，以达到均匀控制施工材料温度目的。熊春龙等[1]利用无人机搭载红外摄像机，全方位、多角度拍摄压路机压实沥青路面过程中的路表红外图像，用于获取沥青路面压实信息并及时调整施工工艺，以提高沥青路面压实施工质量。

1.2 搭载激光雷达

孙权等[2]借助无人机搭载激光雷达，对部分沥青道路的路面状况进行遥感数据收集，并结合随机森林分类算法，构建用于识别沥青路面病害的遥感模型。该研究成果在新疆石河子市与沙湾县交界处一段县级沥青道路的实践表明，利用无人机和随机森林分类算法所构建模型对塌陷、坑洞等病害目标的识别精度高达92.3%。

此外，还有少数研究人员尝试让无人机直接参与沥青路面施工。常虹[3]利用无人机倾斜摄影或三维扫描仪创建基于前一施工基础面的三维BIM 模型，并联合放样机器人修正基础面的平整度，以达到精准有效控制沥青路面铺装厚度目的。邱海云[4]开发了利用无人机拍摄功能（搭载多个摄像头和导航装置），协助具有自动熔化破损沥青路面、下料、压实修补等功能的智能沥青修补系统，实现了智能修复沥青路面。

2 无人铺装设备应用研究

近几年来，国内一些大型工程机械企业联合高校、施工企业，初步开发出主要包含了卫星接收机、5G 通讯芯片、微波通讯主机、信号接收天线、处理器、交换机、软件、避障雷达、温度探测装置、测距传感器等组部件的沥青路面智能化施工系统。该类系统一般涉及振动、行走、转向、制动和其他辅助功能中的几种功能，且具有单机区域定位、移动定位、姿态感知、障碍感知等特色。

2.1 研究情况

李青洋等[5]研究了由摊铺机械、压路机、基站和控制程序等组成的沥青路面智能化施工系统，不仅使设备使用功能智能化，而且智能化控制了沥青路面的施工作业，施工结果满足沥青路面设计规范要求。谢锐[6]以某高速公路500 m 沥青路面试验段为载体，阐述与分析了由智能化成套设备与数字化施工平台组成的沥青路面智能施工系统。该体系借助北斗导航系统，根据道路设计数据，不仅实现了自动驾驶，而且在3D 激光找平系统协助下完成了沥青混凝土材料的摊铺及压实作业。卞永明等[7]针对无人驾驶压路机所出现的路径跟踪误差影响整体压实质量问题，提出了基于模糊算法的路径跟踪控制方法，并开展了控制模型仿真与现场自动压实试验对比研究，研究结果表明该算法对无人驾驶碾压有更为良好且有效的控制性能。李晓腾[8]研究与设计出一套基于数传电台的无人驾驶压路机远程监控系统，其中包括针对无人驾驶压路机整车性能的评价指标体系和评价方法，以及与无人驾驶压路机相配套的整车性能评价模型。

2.2 应用试验

随着沥青路面施工领域无人摊铺与碾压设备、系统及评价方法等方面研究的快速稳定与成熟，近2年来，沥青路面无人智能化施工试验呈现出井喷趋势，无人铺装沥青路面应用屡见于高速公路或市政道路项目（见表1），且应用效果非常好，不仅路面施工质量满足规范和设计要求，而且充分验证了无人智能化施工沥青路面设备、系统的可行性与可靠性。