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PAGEIPAGEII公路瀝青路面智慧機群協(xié)同施工編隊規(guī)范目??次TOC\o"1-3"\h\u5678前??言 III154291范圍 476092規(guī)范性引用文件 4267883術(shù)語和定義 4150344縮略語 5271085基本規(guī)定 6292676智慧機群硬件系統(tǒng) 6175856.1一般要求 6169686.2智能體 611186.3路徑采集裝置 76966.4智能駕駛控制器 767227智慧機群控制平臺及軟件系統(tǒng) 7149897.1控制平臺 722767.2軟件 893228智慧機群協(xié)同通信系統(tǒng) 8168088.1通信組網(wǎng) 8205218.2RTK差分通訊 843258.3無線通訊模塊選型及通信測試 9279408.4智慧機群協(xié)作通信 949908.5通信抗干擾分析 10276109路徑規(guī)劃 10190659.1一般要求 10229639.2路徑規(guī)劃定位 10174559.3路徑軌跡擬合 11122729.4路徑規(guī)劃仿真驗證 11204809.5路徑切換設(shè)計 112227910施工編隊與協(xié)同控制 11632910.1一般要求 112713710.2領(lǐng)航跟隨法 12896610.3智慧機群編隊控制 122497010.4實驗仿真 132270410.5碾壓機群編隊 131967711安全和避障 142007511.1智慧機群安全配置 141195311.2系統(tǒng)安全控制方法 14858111.3安全等級 14173212施工 152963213編隊評價 16532813.1編隊性能評價 163252013.2智慧機群施工過程評價 16200713.3智慧機群施工效果評價 1718419附錄A(資料性)定位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法 199522附錄B(資料性)智能體行進路徑軌跡擬合方法 2127948B.1最小二乘法三次擬合 213277B.2基于偏差分段擬合 2217199附錄C(資料性)智能體當(dāng)前位置推算方法 2411369C.1智能體到曲線路徑的距離計算 249994C.2智能體到曲線路徑位置正負計算 2516871附錄D(資料性)模糊控制器的設(shè)計步驟 262046附錄E(資料性)領(lǐng)航跟隨法編隊隊形和智能壓路機路徑規(guī)劃 303299E.1編隊隊形設(shè)計 3026409E.2領(lǐng)航壓路機壓實路徑規(guī)劃 314646E.3換道路徑規(guī)劃 3217841E.4換道步驟 3410174附錄F(資料性)領(lǐng)航壓路機速度規(guī)劃 3631997F.1梯形速度規(guī)劃 3630395F.2七次多項式S形速度規(guī)劃 366657參考文獻 39PAGE5PAGE4公路瀝青路面智慧機群協(xié)同施工編隊規(guī)范1范圍本文件規(guī)定了公路瀝青路面智慧機群協(xié)同施工編隊的基本規(guī)定、智慧機群硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、協(xié)同通信系統(tǒng)、路徑規(guī)劃、施工編隊與協(xié)同控制、安全和避障、施工和編隊評價等內(nèi)容。本文件適用于公路瀝青路面智慧機群協(xié)同施工編隊。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T10827.1-2014工業(yè)車輛安全要求和驗證第1部分:自行式工業(yè)車輛(除無人駕駛車輛、伸縮臂式叉車和載運車)GB/T10827.4-2023工業(yè)車輛安全要求和驗證第4部分:無人駕駛工業(yè)車輛及其系統(tǒng)GB/T14733.4電信術(shù)語電信中的交換和信令GB/T16754-2021機械安全急停功能設(shè)計原則GB/T17165模糊控制裝置和系統(tǒng)性能評定方法GB/T39616衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)測量(RTK)規(guī)范JB/T13696-2019無人駕駛工業(yè)車輛JT/T1127-2017公路路基填筑工程連續(xù)壓實控制系統(tǒng)技術(shù)條件JTGF40公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范T/JSJTQX19—2021高速公路路面3D攤鋪施工技術(shù)規(guī)程3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1智能體intelligentagentdevices集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛和無人駕駛等功能于一體的綜合機械系統(tǒng),本文件的智能體包括智能攤鋪機和智能壓路機。3.2智慧機群smartCluster由一定數(shù)量智能體(3.1)、控制系統(tǒng)及人機界面組成,利用信息交互與反饋、激勵與響應(yīng),實現(xiàn)相互間行為協(xié)同,適應(yīng)動態(tài)環(huán)境,共同完成特定任務(wù)的智能聯(lián)合系統(tǒng)。3.3PID控制pidcontrol在閉環(huán)自動控制技術(shù)中,基于比例(proportion)、積分(integral)、微分(differential)反饋響應(yīng)回路。3.4模糊控制fuzzycontrol用模糊推理方法,模擬人的操作技能、控制經(jīng)驗和知識的一種控制方法。[來源:GB/T17165-2008,3.35]3.5輪詢polling每次一個地邀請數(shù)據(jù)源進行傳輸?shù)倪^程。[來源:GB/T14733.4-2012,714-15-08]3.6實時動態(tài)測量技術(shù)realtimekinematic,RTKGNSS相對定位技術(shù)的一種,主要通過基準(zhǔn)站和流動站之間的實時數(shù)據(jù)鏈路和載波相對定位快速解算技術(shù),實現(xiàn)高精度動態(tài)相對定位。[來源:GB/T39616-2020,3.3]3.7網(wǎng)絡(luò)拓撲networktopology用傳輸介質(zhì)互連各種設(shè)備的物理布局。構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的成員間特定的物理的即真實的、或者邏輯的即虛擬的排列方式。3.8智能壓實值intelligentcompactionmeasurementvalues基于振動壓路機在碾壓過程中振動輪振動響應(yīng)信號所建立的反映路基壓實狀態(tài)的力學(xué)指標(biāo)。3.9領(lǐng)航跟隨法navigationfollowingmethod在智慧機群(3.2)編隊中設(shè)定一個或幾個智能體(3.1)作為領(lǐng)航者,其余智能體作為跟隨者,在編隊運行的過程中領(lǐng)航智能體的作用是控制整個編隊的行進路線,作為跟隨智能體的成員于領(lǐng)航智能體之間保持一定的角度、速度和距離,使編隊維持期望的最佳形狀。4縮略語下列縮略語適用于本文件。LED:發(fā)光二極管(light-emittingdiode)RTK:實時動態(tài)測量技術(shù)(realtimekinematic)GNSS:全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(globalnavigationsatellitesystem)HMI:人機接口(humanmachineinterface)MAS:移動代理服務(wù)器(mobileagentserve)BDS:北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(beidounavigationsatellitesystem)GLONASS:俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(globalnavigationsatellitesystem)CAN:控制器局域網(wǎng)總網(wǎng)(controllerareanetwork)EPEC:就業(yè)準(zhǔn)證資格證書(employmentpasseligibilitycertificate)A/D:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analogtodigitalconverter)RTCM:于差分全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式(radiotechnicalcommissionformaritimeservices)LoRa:遠距離無線電(longrangeradio)TTL:域名解析在DNS服務(wù)器中存留時間(timetolive)ISM:用于工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)的無線電頻段(industrialscientificmedicalband)PID:基于比例、積分和微分的控制系統(tǒng)(proportionalintegralderivative)PD:即比例-微分控制(proportional-derivativecontrol)ICMV:智能壓實值(intelligentcompactionmeasurementvalues)5基本規(guī)定5.1瀝青路面智慧機群協(xié)同施工編隊?wèi)?yīng)采用敏捷開發(fā)方式進行,以適應(yīng)不同路面施工工藝和管理要求。5.2編隊前,應(yīng)編制相應(yīng)的攤鋪碾壓方案及與其相適應(yīng)的智慧機群編隊方案。5.3應(yīng)建立智慧機群控制平臺,平臺應(yīng)包含工程中心、設(shè)備中心、應(yīng)用中心,工程中心、設(shè)備中心和應(yīng)用中心應(yīng)實現(xiàn)互通互聯(lián)。5.4智慧機群控制平臺應(yīng)能依靠本地與云端組成的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)實現(xiàn)智慧機群施工全流程動態(tài)控制與管理。6智慧機群硬件系統(tǒng)6.1一般要求6.1.1智慧機群中的各智能體應(yīng)保證無人駕駛設(shè)備的安全運行。智慧機群中各智能體應(yīng)滿足JB/T13696-2019的要求。6.1.2智慧機群應(yīng)使用3D攤鋪技術(shù),3D攤鋪施工裝備和工藝應(yīng)滿足T/JSJTQX19—2021的要求。6.1.3智慧機群中的鋼輪振動智能壓路機應(yīng)配備智能壓實值數(shù)據(jù)采集裝置,智能壓實裝備和工藝宜滿足JT/T1127-2017的要求。6.2智能體6.2.1智能體宜配置路徑采集自動化裝備。6.2.2智能攤鋪機應(yīng)具備以下功能:a)應(yīng)利用實時動態(tài)差分定位、輔助駕駛或無人駕駛算法、全電液控制器與攤鋪管理系統(tǒng)實現(xiàn)攤鋪機行駛、攤鋪作業(yè)自動化控制;b)輔助駕駛或無人駕駛算法應(yīng)結(jié)合RTK高精度定位技術(shù),實時規(guī)劃路徑、速度自適應(yīng);c)攤鋪管理系統(tǒng)應(yīng)涵蓋紅外溫度監(jiān)控系統(tǒng)、攤鋪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信網(wǎng)橋和對攤鋪狀態(tài)顯示器的控制;d)應(yīng)能對攤鋪溫度、方量、油耗、振動頻率、攤鋪速度、實時位置、運動軌跡等施工參數(shù)進行實時采集,并通過無線通訊傳到控制平臺進行數(shù)據(jù)的匯總與分析;e)結(jié)合遠程控制技術(shù),對處于異常狀態(tài)攤鋪參數(shù)(料溫過低、材料溫度離析、找平異常)進行遠程提示與遠程干預(yù);f)攤鋪機應(yīng)配備3D攤鋪控制系統(tǒng),采用測量機器人技術(shù)、高精度GNSS技術(shù)、域激光技術(shù)和多變量攤鋪技術(shù)進行攤鋪控制,應(yīng)能提供毫米級的高程精度,實現(xiàn)高精準(zhǔn)度的無基準(zhǔn)線攤鋪,并能適應(yīng)變坡及連續(xù)多個曲線路段的施工要求。6.2.3智能壓路機應(yīng)具備以下功能:a)應(yīng)利用RTK高精度定位、輔助駕駛或無人駕駛算法、全電液控制器與壓實管理系統(tǒng)實現(xiàn)壓路機自動行駛、自動化壓實;b)輔助駕駛或無人駕駛算法應(yīng)結(jié)合RTK高精度定位技術(shù),實時規(guī)劃路徑、速度自適應(yīng);c)應(yīng)配備壓實傳感器、處理單元和顯示設(shè)備等集成系統(tǒng);d)配備加速度傳感器、溫度傳感器實時反饋路面智能壓實值、溫度,實時顯示壓路機的速度;e)利用高精度車載定位系統(tǒng)、無線通訊實時上傳加速度傳感器采集的壓實數(shù)據(jù)至控制中心進行存儲,隨時可查;f)建立控制平臺與機群設(shè)備、機群設(shè)備之間的高速無線通信;g)建立機群安全調(diào)度機制,通過控制平臺給所有智能壓路機進行任務(wù)分配和施工路徑動態(tài)規(guī)劃,控制壓路機之間的安全距離,防止碰撞發(fā)生;h)配置毫米波雷達、超聲波傳感系統(tǒng)組成安全避障系統(tǒng)實現(xiàn)壓路機自動避障。當(dāng)檢測到周圍安全范圍內(nèi)有人或物時,能自主減速和剎車;i)具備自動灑水功能,可遠程調(diào)節(jié)灑水量;j)膠輪壓路機具有自動檢測氣壓和自動充氣功能;k)具有路徑記錄功能,自動記錄碾壓遍數(shù)。6.2.4單智能體能夠按照預(yù)先設(shè)定的路徑軌跡自動駕駛,轉(zhuǎn)向平穩(wěn),彎道過度平滑。單智能體橫向控制精度控制在±5cm之內(nèi),智能壓路機應(yīng)能貼邊碾壓,貼邊距離應(yīng)控制在3mm~10mm之間。6.3路徑采集裝置6.3.1應(yīng)能實現(xiàn)瀝青路面智慧機群編隊的路徑采集、路徑擬合及路徑傳輸。6.3.2應(yīng)輕便實用、穩(wěn)定可靠,為機群編隊進行路徑規(guī)劃,實現(xiàn)協(xié)同控制。6.3.3可采用自動巡航車輛作為載體,也可直接安裝在領(lǐng)航智能體上。6.4智能駕駛控制器6.4.1安裝在攤鋪機和壓路機的駕駛室中,安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠。6.4.2應(yīng)具有通過無線通訊串口結(jié)合數(shù)傳電臺無線通訊模塊與HMI交互中心實現(xiàn)信息交互、下發(fā)路徑、點擊聯(lián)動、設(shè)置車距、設(shè)置偏移量等功能。6.4.3應(yīng)能通過控制中心捕獲路徑信息,通過移動站解算自身位置信息,與智慧機群編隊協(xié)作通信、協(xié)同控制,實現(xiàn)攤鋪碾壓的無人駕駛。6.4.4對超聲波模塊進行A/D采集,當(dāng)智能體距離障礙物或人50cm左右時應(yīng)自動停車,防止碰撞。6.4.5能控制攤鋪機熨平板的伸縮升降、壓路機的轉(zhuǎn)向。6.4.6能控制智能體的手/自動、急停等。6.4.7主控制器通過CAN通信進行數(shù)據(jù)、指令傳輸以達到控制智能體設(shè)備的目的。6.4.8智能駕駛的過程中,應(yīng)能通過遙控器對編隊中智能體的速度、方向、偏移量進行控制,并能使智能體急停、熄火、啟動。7智慧機群控制平臺及軟件系統(tǒng)7.1控制平臺7.1.1應(yīng)配備HMI交互中心作為智慧機群的控制平臺,以下發(fā)控制指令,監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)。7.1.2HMI交互中心由高性能控制器、無線通訊模塊、電源管理模塊、觸摸屏等組成。7.1.3應(yīng)根據(jù)智能體數(shù)量、瀝青路面的施工要求、工程管理情況、技術(shù)狀況等進行人機交互界面設(shè)計。7.1.4人機交互的監(jiān)控界面應(yīng)包含智能體速度、已攤鋪長度、已碾壓長度、碾壓遍數(shù)、智能體行駛誤差、當(dāng)前溫度、溫度離析、智能壓實值情況等。7.1.5參數(shù)設(shè)置界面應(yīng)設(shè)置智能體的參數(shù),包括車首與傳感器距離、車尾與傳感器距離、最大轉(zhuǎn)向角度、最大行進速度、最小安全間距、機群中智能體間最長距離、智能體實際編號等信息。7.1.6應(yīng)實現(xiàn)信息交互與系統(tǒng)實時監(jiān)控的功能,應(yīng)能查看工程實時施工動畫、各智能體的實時狀態(tài)、各作業(yè)實時進度等,支持多維度、多參數(shù)的監(jiān)控。7.1.7應(yīng)能查看工程進度與關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)的完整履歷,能提供全面的工程日報和各作業(yè)的詳細質(zhì)量情況,包括碾壓遍數(shù)、壓實度、高程、效率、軌跡、攤鋪碾壓溫度圖譜等。7.1.8應(yīng)具有作業(yè)回放功能。可回放任一時間段的施工過程,查看各參數(shù)的動態(tài)變化情況。7.1.9應(yīng)能通過選擇作業(yè)類型、配置設(shè)備、選擇作業(yè)區(qū)域、設(shè)置工藝等標(biāo)準(zhǔn)步驟來快速、準(zhǔn)確、方便地完成作業(yè)創(chuàng)建。7.1.10應(yīng)能從時長、油耗、里程、速度、溫度、上線履歷、報警記錄、保養(yǎng)記錄等多方面對設(shè)備健康、風(fēng)險控制進行分析并預(yù)警。7.2軟件7.2.1應(yīng)建立智慧機群協(xié)同施工軟件系統(tǒng)。7.2.2軟件系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)滿足在環(huán)境惡劣、應(yīng)用場合溫度較高的條件下連續(xù)穩(wěn)定施工作業(yè)的要求。7.2.3軟件系統(tǒng)開發(fā)時,應(yīng)能滿足智慧機群編隊協(xié)同控制的要求。7.2.4軟件系統(tǒng)開發(fā)時,應(yīng)能實現(xiàn)機群行駛速度、前后智能體間距自行設(shè)定,智能體編隊可靈活設(shè)置。7.2.5軟件系統(tǒng)模型應(yīng)由智能體個體的動態(tài)模型、通信網(wǎng)絡(luò)拓撲和分布式控制律三個基本要素組成,應(yīng)滿足以下條件:a)動態(tài)模型應(yīng)能分析智能體的運動控制狀態(tài);b)通信網(wǎng)絡(luò)拓撲應(yīng)能夠及時確定和更新智能體及智能體之間狀態(tài)信息;c)分布式控制律應(yīng)能夠明確智能體之間的組織關(guān)系,形成相互協(xié)同的智慧機群系統(tǒng)。7.2.6軟件架構(gòu)的MAS應(yīng)包括任務(wù)分配層、信息交互層及協(xié)同控制層等三層控制體系結(jié)構(gòu),應(yīng)滿足以下要求:a)任務(wù)分配層應(yīng)能根據(jù)現(xiàn)場施工情況分配施工角色、編排施工順序,賦予智能體協(xié)作能力;b)信息交互層應(yīng)能匹配系統(tǒng)的協(xié)作關(guān)系,每個智能體確定角色后,通過無線通信組網(wǎng)共享系統(tǒng)的資源信息,智能體根據(jù)當(dāng)前的路徑目標(biāo)、自身狀態(tài)信息選定具體的運動控制方式;c)協(xié)同控制層應(yīng)執(zhí)行系統(tǒng)的運動控制指令,使智能體產(chǎn)生相應(yīng)的動作,實現(xiàn)控制;d)協(xié)同控制期間,智能體應(yīng)能依靠傳感器采集信息、感知環(huán)境,實現(xiàn)智慧機群系統(tǒng)的有效控制。8智慧機群協(xié)同通信系統(tǒng)8.1通信組網(wǎng)8.1.1協(xié)同通信系統(tǒng)組網(wǎng)應(yīng)可靠穩(wěn)定,系統(tǒng)信息交互應(yīng)準(zhǔn)確實時。8.1.2通信技術(shù)及通信設(shè)備的選定應(yīng)滿足智慧機群編隊協(xié)同控制系統(tǒng)工作效率的要求。8.1.3設(shè)置通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時,應(yīng)考慮以下因素:a)瀝青路面的施工參數(shù)設(shè)置情況;b)差分GNSS基站為系統(tǒng)提供的精確位置信息;c)HMI交互中心對路徑采集裝置和智能體之間的信息交互、通訊組網(wǎng)情況;d)智能體的數(shù)量。8.2RTK差分通訊8.2.1RTK應(yīng)能利用基準(zhǔn)站和移動站的空間相關(guān)性,獲取相對觀測值,以差分的方式減少定位的干擾,實現(xiàn)高精度定位。8.2.2流動站應(yīng)能在基準(zhǔn)站獲得的觀測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上通過差分消除誤差項,然后解算得到精準(zhǔn)坐標(biāo)。8.2.3在數(shù)據(jù)鏈路中傳輸差分電文,宜使用容錯性強的RTCM差分協(xié)議以達到對GNSS系統(tǒng)支持最佳。8.2.4差分電臺應(yīng)選用穿透性強的特高頻,頻率應(yīng)能采集300MHz~3000MHz的信號;跳頻電臺工作頻段應(yīng)在902MHz~908MHz,應(yīng)能通過跳頻系統(tǒng)縮短駐留時間來抵抗多徑干擾的影響。8.2.5應(yīng)具有持續(xù)觀測衛(wèi)星,并經(jīng)電臺把觀測到的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)站的坐標(biāo)信息向各流動接收機予以準(zhǔn)確傳送的功能。8.2.6流動接收機應(yīng)能將自身測點的GNSS數(shù)據(jù)、通過電臺所接收的源自于基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)結(jié)合,構(gòu)建差分觀測值加以實時動態(tài)處理,在流動站中獲取瞬時三維坐標(biāo),實現(xiàn)相對實時定位。8.2.7差分GNSS定位基站應(yīng)按以下要求設(shè)置:a)定位基站的信號接收系統(tǒng)宜采用多星多頻GNSS單元,支持BDS、GNSS、GLONASS等多個系統(tǒng)進行導(dǎo)航定位。能通過匹配基站數(shù)據(jù)實現(xiàn)差分GNSS定位;b)定位基站應(yīng)能匹配機載GNSS接收機結(jié)合高精度全頻段天線解析獲取差分信號實現(xiàn)差分GNSS定位;c)應(yīng)能根據(jù)瀝青路面的施工要求選用RTK定位技術(shù),保證定位精度。8.3無線通訊模塊選型及通信測試8.3.1應(yīng)根據(jù)瀝青路面施工各智能體組成的機群工作段長度進行無線通信模塊的選型和通信測試。8.3.2無線通訊模塊選型時,應(yīng)遵循以下原則:a)應(yīng)對比分析擬選用模塊的實測通信距離、通信穩(wěn)定性和通信時延性等;b)當(dāng)選用全雙工串口模塊時,應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)無線空速和波特率自適應(yīng)匹配;c)當(dāng)選用單網(wǎng)口Wi-Fi模塊時,應(yīng)具備串口轉(zhuǎn)Wi-Fi通信功能,應(yīng)實現(xiàn)串口與Wi-Fi的雙向傳輸,擴展串口設(shè)備的通信距離;d)當(dāng)選用LORA擴頻無線串口模塊及網(wǎng)絡(luò)配置時,應(yīng)將LORA擴頻無線串口模塊配置為定點傳輸模式,以保證信號不被外界環(huán)境干擾;e)選用數(shù)傳電臺模塊時,數(shù)傳模塊應(yīng)保證空中速率不可調(diào),能自適應(yīng)波特率。8.3.3應(yīng)結(jié)合瀝青路面施工場所和施工條件,對比分析全雙工串口模塊、單網(wǎng)口Wi-Fi串口服務(wù)器、數(shù)傳電臺模塊在通信距離、穩(wěn)定性以及時延性等實測結(jié)果,以選取系統(tǒng)最為合適通信組網(wǎng)模塊。8.3.4應(yīng)由HMI交互中心主控板、智能駕駛控制器、不同通訊模塊以及電源模塊搭建無線通信模塊測試環(huán)境。8.3.5HMI交互中心主控板作為主站,通過串口連接無線通信模塊以廣播的形式發(fā)送數(shù)據(jù)包。智能駕駛控制器一端作為從站,通過無線通信模塊依次接受各自的數(shù)據(jù)包。8.3.6通信模塊測試硬件搭建完成后,通過模擬數(shù)據(jù)在室外無遮擋環(huán)境下進行不同距離的通信測試。8.4智慧機群協(xié)作通信8.4.1協(xié)作通信可由路徑收發(fā)通信、輪詢通信和遙控器通信三種形式組成。8.4.2路徑收發(fā)通信應(yīng)滿足以下要求:a)應(yīng)規(guī)定智能體通訊雙方一定格式的通訊協(xié)議,包括HMI交互中心、智能駕駛控制器和遙控器之間的通訊信息、傳遞方向、應(yīng)答機制等信息;b)路徑采集裝置則應(yīng)負責(zé)當(dāng)天施工路段的路徑采樣及路徑信息擬合,生成路徑參數(shù)信息,并通過無線通訊的方式將路徑參數(shù)信息傳輸給HMI交互中心;c)采用分包收發(fā)路徑參數(shù)信息,雙方規(guī)定指令包頭、功能碼、路徑總段數(shù)、本數(shù)據(jù)包段數(shù)、路徑具體信息、路徑包數(shù)、第幾包數(shù)、指令包尾、數(shù)據(jù)校驗;d)通過分包收發(fā)路徑,減輕通信模塊的壓力,提高無線通信的穩(wěn)定性。8.4.3HMI交互中心輪詢通信應(yīng)按以下進行:a)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)施工實際需求,由HMI交互中心分配各個智能體的編隊位置和個體角色,并制定通訊協(xié)議;b)宜采用輪詢掃描和指令消息列隊處理的通信思路進行智能體之間的通信設(shè)計;c)輪詢設(shè)計的主要程序為:智能體進場準(zhǔn)備、路徑采集裝置沿施工路線采集數(shù)據(jù)、擬合跟隨路徑、HMI中心輪詢掃描智能體設(shè)備及路徑采集裝置、監(jiān)測智能體的無線通訊模塊的在線情況、HMI中心設(shè)定施工編隊順序、依次對智能體進行輪詢通信、收集和存儲信息;d)由HMI交互中心分配數(shù)據(jù),實現(xiàn)鄰近智能體設(shè)備之間位置、速度、施工溫度等信息的實時交互。8.4.3當(dāng)采用遙控器進行通信時,其通信協(xié)議宜根據(jù)不同智能體分別設(shè)立。8.5通信抗干擾分析8.5.1瀝青路面智慧機群通訊應(yīng)進行抗干擾分析,以提高通信精度。8.5.2宜采用天線增益的方法增強信號發(fā)射端的發(fā)射功率,提升無線通信鏈路中信號接收端的接收功率,提高無線通信距離,增強通信的穩(wěn)定性。8.5.3瀝青路面智慧機群系統(tǒng)選用的數(shù)傳電臺模塊應(yīng)具有前向糾錯功能,且應(yīng)采用應(yīng)答重傳機制使得丟失或者被干擾的數(shù)據(jù)得到糾正,提高通信的穩(wěn)定性。9路徑規(guī)劃9.1一般要求9.1.1瀝青路面施工智慧機群應(yīng)能實現(xiàn)智能體設(shè)備在特定環(huán)境下從施工起點到終點、并完成設(shè)定任務(wù)的功能。9.1.2應(yīng)解決智能體當(dāng)前位置、智能體特定時間點的位置以及智能體從當(dāng)前位置到特定時間點位置之間的路線等問題。9.1.3應(yīng)充分考慮智慧機群所處的施工環(huán)境,包括施工區(qū)域的封閉狀態(tài)、氣溫、瀝青路面施工溫度要求、施工精度要求、施工工藝要求、路段障礙物情況以及可能出現(xiàn)的應(yīng)急狀況等。9.1.4應(yīng)采用領(lǐng)航跟隨方式進行,領(lǐng)航智能體數(shù)量可根據(jù)施工情況設(shè)置。9.1.5應(yīng)根據(jù)瀝青路面施工方案,確定路面碾壓組合以及智能壓路機的碾壓路徑并應(yīng)滿足以下要求:a)設(shè)計路徑時,應(yīng)保證瀝青攤鋪機全域攤鋪,壓路機全域碾壓,且壓路機輪重疊區(qū)域不應(yīng)小于1/3碾壓輪寬度。b)設(shè)計路徑時,應(yīng)保證攤鋪機和壓路機貼邊精度,其中攤鋪機布料器邊緣距離瀝青路面外側(cè)邊緣的最大距離不宜超過50mm。c)設(shè)計路徑時,應(yīng)保證機群相鄰單體間縱向控制精度控制在±20cm之內(nèi)。9.2路徑規(guī)劃定位9.2.1應(yīng)通過差分GNSS基站為系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的定位信息,達到路徑規(guī)劃的目的和要求,路徑規(guī)劃的精度應(yīng)控制在厘米級。9.2.2當(dāng)新建公路有明確的里程樁號及平面坐標(biāo)時,直接采用平面直角坐標(biāo);當(dāng)養(yǎng)護工程中無明確的里程樁號及平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)時,應(yīng)進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換方法見附錄A。9.2.3當(dāng)存在以下情況時,可能會影響定位信息的精度,應(yīng)對定位信息進行濾波處理。a)施工環(huán)境較為復(fù)雜,周圍可能存在干擾傳感器定位的不確定性因素;b)GNSS傳感器及定位定向天線四周高度角15°以上存在遮擋;c)附近存在大功率設(shè)備高壓線、變壓器等;d)靠近房屋、山坡、大面積積水等強信號反射物時;e)攤鋪進入隧道等封閉區(qū)域。9.2.4定位信息濾波處理應(yīng)遵循拉依達準(zhǔn)則,對采集的數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布分析,將異常數(shù)據(jù)予以剔除。9.3路徑軌跡擬合9.3.1當(dāng)施工路線位于由直線、緩和曲線、圓曲線路段時,宜通過最小二乘法進行路徑擬合。最小二乘法路徑擬合方法可按附錄B執(zhí)行。9.3.2當(dāng)施工路段彎道較多時,應(yīng)采用基于偏差分段擬合的路徑規(guī)劃。基于偏差分段擬合方法可按附錄B執(zhí)行。9.4路徑規(guī)劃仿真驗證9.4.1路徑規(guī)劃仿真驗證結(jié)果應(yīng)以實現(xiàn)智慧機群系統(tǒng)中智能體的自動循跡為目標(biāo),在分段處能夠過渡平滑,偏差無突變。9.4.2路徑規(guī)劃仿真應(yīng)滿足以下要求:a)應(yīng)通過采集坐標(biāo)點,使用軟件進行仿真測試,應(yīng)分別測試直線車道的曲線擬合以及彎道處曲線分段擬合的效果。b)在直線段仿真驗證時,應(yīng)沿施工車道每隔10m采集一個坐標(biāo)點。利用采樣點坐標(biāo)生成曲線擬合方程。c)在彎道路段仿真驗證時,應(yīng)每隔5m采集1個點進行分段擬合,以保證路徑曲線擬合的平滑性。仿真時,應(yīng)根據(jù)采集的坐標(biāo)點數(shù)量擬合成若干路徑,并記錄每段路徑的起始、終止坐標(biāo)。利用彎道路段路徑擬合與擬合偏差仿真結(jié)果生成曲線擬合方程。9.5路徑切換設(shè)計9.5.1應(yīng)結(jié)合當(dāng)前位置偏差實現(xiàn)領(lǐng)航智能體的軌跡跟蹤。9.5.2當(dāng)系統(tǒng)擬合的路徑為多段路徑時,應(yīng)進行路徑切換。9.5.3路徑切換應(yīng)達到以下目的:a)實現(xiàn)領(lǐng)航智能體在路徑分段處平滑切換路徑,跟蹤的智能體橫向偏差不出現(xiàn)較大的波動;b)計算當(dāng)前位置到路徑曲線最短距離及左右正負;c)分析路徑切換的時機及條件,以此匹配轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向控制,實現(xiàn)路徑分段處平滑過渡。10施工編隊與協(xié)同控制10.1一般要求10.1.1智慧機群編隊?wèi)?yīng)根據(jù)施工路段的基本狀況、瀝青路面的結(jié)構(gòu)類型及施工要求、施工管理及技術(shù)狀況、施工機械配置等對機群行為進行規(guī)劃和控制,以達到施工工藝所期望的幾何隊形,并能根據(jù)需要保持和變換隊形。10.1.2機群編隊協(xié)同控制應(yīng)利用合理的方式使智能體適應(yīng)外部環(huán)境,在智能體行進的過程中,形成和能夠保持期望隊形,并能夠在特殊情況下實現(xiàn)智能體或機群整體的避障、調(diào)整。10.1.3智慧機群編隊宜采用領(lǐng)航跟隨法進行,并滿足以下要求:a)在智慧機群編隊時,通過預(yù)設(shè)1臺智能攤鋪機作為領(lǐng)航智能體,由錯位并行的智能攤鋪機、智能鋼輪壓路機、膠輪壓路機等作為跟隨單體,保持領(lǐng)航智能體與跟隨智能體相對位置和相對方位角,形成基于此算法的編隊控制規(guī)律,利用此控制律實現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)并相互協(xié)調(diào)的不同編隊隊形;b)在碾壓機群編隊時,通過預(yù)設(shè)1臺智能壓路機作為領(lǐng)航智能體,由智能鋼輪壓路機、膠輪壓路機等作為跟隨單體,保持領(lǐng)航智能體與跟隨智能體相對位置和相對方位角,形成基于此算法的編隊控制規(guī)律,利用此控制律可實現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)并相互協(xié)調(diào)的不同編隊隊形;c)領(lǐng)航跟隨法編隊時,應(yīng)采用有效算法保持?jǐn)備仚C群與碾壓機群、攤鋪機群單體之間、碾壓機群單體之間的隊形協(xié)同;d)領(lǐng)航跟隨法編隊?wèi)?yīng)實現(xiàn)智慧機群及智能體的隊形控制、速度協(xié)同和路徑控制;e)高速公路或車道數(shù)超過2的普通公路機群編隊的隊形應(yīng)采用三角形或菱形;車道數(shù)較少、設(shè)備數(shù)量配置或操作空間受限時可采用直線編隊。10.1.4機群編隊?wèi)?yīng)遵循以下原則:a)應(yīng)保持智能體之間的安全距離,符合無人駕駛安全等級的要求;b)應(yīng)根據(jù)瀝青路面施工的場所和特點,將機群智能體組合在一起,使整個系統(tǒng)沿施工車道保持編隊線形行進,編隊中的智能體應(yīng)保持其協(xié)作關(guān)系和約束關(guān)系;c)無論施工區(qū)域是否封閉,均應(yīng)考慮施工緊急避障問題;d)應(yīng)設(shè)計智慧機群系統(tǒng)中領(lǐng)航智能體橫向偏差路徑曲線軌跡跟蹤PID控制,實現(xiàn)智能體沿車道的橫向運動控制;e)應(yīng)設(shè)計智慧機群系統(tǒng)中跟隨智能體的縱向車距跟隨模糊+加速度前饋PD控制,實現(xiàn)跟隨智能體的縱向跟隨控制;f)應(yīng)在模糊控制的基礎(chǔ)之上增加加速度前饋控制,當(dāng)領(lǐng)航者智能體施工速度變化時,通過加速度前饋控制保證縱向跟隨車距的穩(wěn)定性。10.2領(lǐng)航跟隨法10.2.1領(lǐng)航跟隨法編隊設(shè)置時,應(yīng)實現(xiàn)領(lǐng)航智能體與跟隨智能體通過編隊協(xié)同實現(xiàn)橫向與縱向兩個方向上的運動控制。10.2.2領(lǐng)航智能體配置的硬件資源應(yīng)比跟隨智能體更高級,以便于領(lǐng)航智能體需要實現(xiàn)路徑規(guī)劃功能。10.2.3領(lǐng)航智能體可為移動狀態(tài),單智能體既可為領(lǐng)航智能體也可為跟隨智能體,以降低通信負載和系統(tǒng)計算壓力。10.2.4跟隨智能體應(yīng)可以共享領(lǐng)航智能體的狀態(tài)信息,方便智能體之間的編隊運動。10.2.5基于領(lǐng)航跟隨法的智慧機群編隊運動應(yīng)使整個編隊系統(tǒng)的群集運動行為只由領(lǐng)航智能體決定,降低系統(tǒng)的復(fù)雜度,軟件設(shè)計應(yīng)操作簡單,運動控制靈敏,適用于復(fù)雜環(huán)境。10.2.6編隊時,智慧機群系統(tǒng)可將路徑規(guī)劃功能從領(lǐng)航智能體中移植出來,單獨設(shè)計路徑采集裝置,以保證路徑規(guī)劃的靈活性,同時提高領(lǐng)航智能體的穩(wěn)定性。10.3智慧機群編隊控制10.3.1智慧機群系統(tǒng)的編隊控制應(yīng)實現(xiàn)系統(tǒng)中每臺智能體的橫向精準(zhǔn)控制和智能體間的縱向間距控制。主要包括以下內(nèi)容:a)橫向精準(zhǔn)控制包括攤鋪機布料器最邊緣與路面實際邊緣的間距、兩臺攤鋪機之間的拼縫攤鋪控制、壓路機輪與路面實際邊緣之間的最大距離、兩臺壓路機輪重疊面積、壓路機橫向碾壓自我尋跡精度;b)智能體縱向跟隨控制應(yīng)考慮跟隨智能體相對于領(lǐng)航智能體的縱向車距跟隨控制,同時應(yīng)考慮在領(lǐng)航智能體出現(xiàn)拐彎的情況下,跟隨智能體仍然能夠很好地跟隨行駛,符合實際的工程應(yīng)用。10.3.2領(lǐng)航智能體位置跟蹤控制應(yīng)滿足以下要求:a)根據(jù)施工實際情況,由HMI交互中心進行任務(wù)分配,設(shè)定領(lǐng)航智能體、跟隨智能體及編隊順序;b)領(lǐng)航智能體應(yīng)能實時獲取自身位置信息,計算自身實時位置信息到路徑曲線的偏差,依據(jù)偏差由控制器進行PID調(diào)節(jié);c)PID位置跟蹤閉環(huán)控制設(shè)計時,應(yīng)利用當(dāng)前設(shè)備位置坐標(biāo)計算其與路徑信息之間的最短距離,并判斷當(dāng)前位置在路徑曲線的左側(cè)或右側(cè),實現(xiàn)領(lǐng)航智能體軌跡跟蹤控制;d)進行智能體到曲線路徑的距離計算和智能體到曲線路徑位置正負計算,用以判斷智能體的位置。位置計算和判斷方法見附錄C。10.3.3跟隨智能體的縱向跟隨設(shè)計應(yīng)使跟隨設(shè)備通過獲取機群中其他智能體的位置、速度等信息,實現(xiàn)跟隨智能體編隊距離的控制。10.3.4跟隨智能體的縱向跟隨控制應(yīng)采用縱向跟隨模糊+前饋控制器進行,跟隨智能體應(yīng)在領(lǐng)航智能體的領(lǐng)航之下實現(xiàn)智能體間距保持。跟隨智能體縱向跟隨模糊邏輯控制器設(shè)計流程圖可參照附錄D執(zhí)行。10.3.5設(shè)計并實現(xiàn)智慧機群協(xié)同控制算法,控制算法應(yīng)滿足在瀝青路面工藝的要求下進行多臺智能壓路機和多臺智能攤鋪機協(xié)同施工,并應(yīng)能達到防撞與抵抗通信延遲的要求。10.4實驗仿真10.4.1應(yīng)根據(jù)運動學(xué)定理對協(xié)同編隊的軟硬件設(shè)施進行實驗仿真。10.4.2智能體軌跡跟蹤PID控制驗證分析時,其位置偏差應(yīng)為零,并繼續(xù)保持穩(wěn)定,同時控制的角度輸出應(yīng)穩(wěn)定。智能體實際跟蹤的軌跡穩(wěn)定后應(yīng)與期望軌跡重合。10.4.3應(yīng)進行跟隨智能體縱向跟隨驗證分析,建立領(lǐng)航智能體與跟隨智能體的運動學(xué)模型,設(shè)計模糊控制器,實現(xiàn)領(lǐng)航智能體與跟隨智能體之間的距離保持和編隊縱向跟隨控制。10.5碾壓機群編隊10.5.1碾壓機群編隊時,應(yīng)滿足以下要求:a)壓路機在進行作業(yè)時不應(yīng)隨意停頓,壓實段長度應(yīng)盡量縮短,應(yīng)不超過60m,碾壓溫度應(yīng)滿足JTGF40的要求;b)壓路機作業(yè)時,應(yīng)遵守先低頻后高頻、先慢后快的準(zhǔn)則,壓路機起步、停車時速度應(yīng)平穩(wěn),勻速壓實時速度波動小,保證路面壓實均勻性;c)在壓實過程中,壓路機行駛路線不應(yīng)偏移,兩端折返位置隨攤鋪機的位置逐步推進,不同碾壓帶的折返位置不應(yīng)在同一斷面;d)壓路機同一碾壓帶兩端折返位置應(yīng)有一定搭接距離,相鄰碾壓帶之間每次重疊一定寬度;e)攤鋪機攤鋪厚度較大時,應(yīng)采用高振動頻率大振幅方式壓實,攤鋪機攤鋪厚度較薄時,應(yīng)優(yōu)先采用高頻低幅方式壓實以防止過壓而導(dǎo)致集料破碎;f)壓路機配置數(shù)量應(yīng)該綜合考慮攤鋪機的攤鋪功率、壓實能力與材料壓實特性。10.5.2壓路機機群在施工作業(yè)時,應(yīng)對機群進行運動規(guī)劃,使其滿足施工工藝約束和質(zhì)量要求,壓路機機群運動規(guī)劃應(yīng)滿足避障和防碰撞的要求。10.5.3壓路機機群的運動規(guī)劃應(yīng)滿足如下條件:a)整個壓實區(qū)域無漏壓、不過壓,保證路面壓實度;b)整個壓實過程中,壓路機速度波動小,保證路面平整性、均勻性;c)根據(jù)被壓實材料狀態(tài)進行動態(tài)作業(yè)參數(shù)優(yōu)化,在保證路面壓實質(zhì)量的前提下,提高壓實效率。10.5.4應(yīng)綜合考慮壓實質(zhì)量與壓實效率的要求,領(lǐng)航壓路機的運動規(guī)劃根據(jù)被壓實瀝青混合料材料的實時信息,規(guī)劃當(dāng)前壓實的最優(yōu)工作參數(shù),并在每次壓實之后根據(jù)建立的壓實度模型判斷是否需要換道。10.5.5基于領(lǐng)航跟隨結(jié)構(gòu)的編隊隊形設(shè)計方法和領(lǐng)航壓路機壓實路徑規(guī)劃方法可參照附錄E。10.5.6宜采用基于五次多項式曲線進行換道路徑規(guī)劃,其方法可參照附錄E。10.5.8每趟壓實前應(yīng)根據(jù)被壓實材料信息,通過工作參數(shù)優(yōu)化算法得出單趟壓實的最優(yōu)振動頻率與壓實速度,并以此速度為目標(biāo)速度,完成起步與停車時的速度規(guī)劃,達到平穩(wěn)壓實的目的。10.5.9速度規(guī)劃方法宜采用梯形速度規(guī)劃和七次多項式S形速度規(guī)劃等。具體方法可見附錄F。11安全和避障11.1智慧機群安全配置11.1.1智能體設(shè)備均應(yīng)配置安全行駛軟硬件系統(tǒng),應(yīng)能在緊急情況下實現(xiàn)安全避障、減速或停止。11.1.2智能體應(yīng)至少配備以下警示裝置:——啟動報警裝置;——自動運行指示燈;——異常報警裝置;——運行報警裝置;——轉(zhuǎn)向指示燈;——障礙物檢測報警裝置。11.1.3智能體應(yīng)配備急停裝置,機械的急停功能應(yīng)滿足GB/T16754和GB/T10827.1要求。11.1.4應(yīng)根據(jù)施工環(huán)境,設(shè)置電子圍欄,對于進入圍欄的移動物體應(yīng)能報警。11.1.5應(yīng)配置智能體視覺系統(tǒng)對施工邊界進行精確識別,識別的精度應(yīng)控制在0~5mm內(nèi)。11.1.6智能體電子圍欄設(shè)置宜同時采用毫米波雷達和多目識別系統(tǒng)進行。11.1.7智能體避障采用非接觸式避障方法進行。11.2系統(tǒng)安全控制方法11.2.1系統(tǒng)安全所面臨的威脅來源可分為外部安全威脅與內(nèi)部安全威脅,外部威脅包括智能體與其他個體發(fā)生非正常交互時產(chǎn)生的安全威脅,內(nèi)部威脅包括智能體內(nèi)部硬件設(shè)備發(fā)生故障導(dǎo)致的安全威脅。11.2.2智能體系統(tǒng)安全控制方法如圖1所示。圖1智能體系統(tǒng)安全控制方法11.3安全等級瀝青路面智慧機群協(xié)同施工安全等級應(yīng)達到D4及以上等級,無人駕駛設(shè)備安全等級見表1。表1無人駕駛設(shè)備級別分類等級層級名稱實現(xiàn)條件D0駕駛員模式無智能化,原始駕駛D1人工駕駛、自動輔助具有規(guī)定速度條件下,攤鋪機、壓路機按規(guī)劃的簡單路徑行進的功能,可以實現(xiàn)簡單剎車功能表1無人駕駛設(shè)備級別分類(續(xù))等級層級名稱實現(xiàn)條件D2部分自動駕駛超過2個功能融合成無人控制的危險探測和響應(yīng)系統(tǒng),主動巡航,路徑保持,簡單避讓D3條件自動化限制條件下的無人控制,屬于無人機械的高級階段,在特定條件下人工干預(yù)。D4人工智能協(xié)同智慧機群環(huán)境感知或情景設(shè)置,機械具有自我學(xué)習(xí)能力,根據(jù)路緣進行路徑選擇,能夠在特定情況下自行解決問題,能完全適應(yīng)路面施工工藝的要求,在攤鋪機領(lǐng)航下,實現(xiàn)整個智能體的高度動態(tài)協(xié)同,通過設(shè)置電子圍欄進行安全控制。D5完全無人施工的智能化作業(yè)后場拌和、中場運輸、前場攤鋪碾壓一體化智慧體控制,無人機巡檢,人工室內(nèi)監(jiān)測,整個施工由人工編制施工計劃,將計劃發(fā)送給控制中心,控制中心下達計劃任務(wù)給攤鋪機,攤鋪機作為引航者控制碾壓、中場運輸和后場拌和,實現(xiàn)完全自動化;通過視覺技術(shù)進行安全控制。12施工12.1施工前,應(yīng)對智慧機群進行試運行。12.2使用智慧機群施工時,應(yīng)經(jīng)過試驗段驗證,對攤鋪速度、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、機械組合、碾壓溫度、環(huán)境狀況等參數(shù)進行驗證。12.3施工前,應(yīng)對領(lǐng)航壓路機進行參數(shù)設(shè)定,攤鋪機的運行及3D控制參照T/JSJTQX19-2021執(zhí)行。12.4碾壓施工應(yīng)遵循以下原則:a)碾壓工藝環(huán)節(jié)分為準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、初壓環(huán)節(jié)、復(fù)壓環(huán)節(jié)和終壓環(huán)節(jié)4部分,工藝管理過程見圖2;圖2碾壓工藝實施過程b)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)包括對路徑點的獲取和工藝參數(shù)的微調(diào),路徑點用于后續(xù)行駛過程控制中對跟蹤路徑的處理與變換,工藝參數(shù)依據(jù)表2初定,并根據(jù)首件工程和不同工藝要求進行微調(diào)。c)初壓、復(fù)壓和終壓應(yīng)配置對應(yīng)的工藝參數(shù),并在施工時控制行駛過程。工藝參數(shù)包括施工環(huán)節(jié)的行駛速度、重疊寬度和碾壓遍數(shù);行駛過程包括施工區(qū)段的單遍碾壓過程,即循環(huán)切換前進與后退行駛狀態(tài)下的路徑跟蹤,以及施工區(qū)段的循環(huán)碾壓過程,通過程序循環(huán)控制達到施工的碾壓遍數(shù)。d)應(yīng)遵循施工工藝,初壓環(huán)節(jié)還包括高頻低幅的振動控制,初壓和復(fù)壓環(huán)節(jié)還包括防瀝青粘輪的灑水控制。表2壓路機碾壓環(huán)節(jié)的工藝要求碾壓環(huán)節(jié)初壓復(fù)壓終壓壓路機類型雙鋼輪壓路機輪胎壓路機雙鋼輪壓路機表2壓路機碾壓環(huán)節(jié)的工藝要求(續(xù))碾壓環(huán)節(jié)初壓復(fù)壓終壓碾壓速度2km/h~3km/h2.5km/h~3.5km/h2km/h~3km/h碾壓方式振動靜壓靜壓碾壓遍數(shù)2遍~3遍4遍~6遍2遍~3遍碾壓重疊寬度1/3鋼輪寬~1/2鋼輪寬100mm~150mm碾壓目的控制混合料初始密實度進一步控制混合料密實度改善平整度12.5智慧機群施工應(yīng)滿足JTGF40的要求。13編隊評價13.1編隊性能評價13.1.1智慧機群編隊完成后,應(yīng)按本文件9.4和10.4的步驟進行模擬仿真,模擬仿真的效果應(yīng)滿足編隊方案的指標(biāo)要求。13.1.2應(yīng)對機群速度進行監(jiān)控和評價,速度誤差應(yīng)控制在預(yù)設(shè)速度的3%以內(nèi);13.1.3使用視覺識別AI控制算法時,單目系統(tǒng)識別率應(yīng)不低于85%,召回率不低于90%;雙目及多目系統(tǒng)識別率應(yīng)不低于90%,召回率應(yīng)不低于95%。13.1.4機群協(xié)同運行的故障率應(yīng)低于1‰。13.1.5采用導(dǎo)航定位算法進行控制的壓路機路徑跟蹤貼邊碾壓精度應(yīng)不大于10mm;采用視覺識別技術(shù)進行控制的壓路機路徑跟蹤碾壓精度應(yīng)不大于3mm。13.1.6機群編隊運行時,應(yīng)能有效監(jiān)控混合料碾壓溫度離析情況,并能調(diào)整隊形,實現(xiàn)壓實質(zhì)量控制。溫度均勻度判別見表3。表3混合料溫度均勻度判別標(biāo)準(zhǔn)溫度離析程度無離析輕度離析中度離析重度離析空隙率差(%)>-0.68-0.68~-2.68-2.68~-4.68<-4.68混合料溫差(℃)<11~33~6>613.2智慧機群施工過程評價13.2.1在施工過程中,應(yīng)對智慧機群的攤鋪碾壓過程質(zhì)量進行控制和評價。13.2.2攤鋪過程質(zhì)量控制應(yīng)按下列要求進行:a)攤鋪過程中實時監(jiān)控行進速度及攤鋪厚度,控制標(biāo)準(zhǔn)按照預(yù)設(shè)要求攤鋪行進;b)攤鋪過程中不應(yīng)發(fā)生停機待料情況;c)攤鋪過程中熨平板夯實震級不小于控制下限;d)經(jīng)過環(huán)境修正后的松鋪溫度不低于施工控制下限;e)通過攤鋪機顯示終端可視化攤鋪過程并實時顯示相關(guān)參數(shù)。13.2.3壓實過程質(zhì)量控制應(yīng)按下列要求進行:a)智能化評價方法應(yīng)包括壓實質(zhì)量驗收指標(biāo)、智能壓實值和相關(guān)性模型三部分;b)相關(guān)性模型包括多元統(tǒng)計模型或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型;c)多元統(tǒng)計模型以智能壓實值作為自變量,得到壓實質(zhì)量驗收指標(biāo)計算值;d)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)見圖3;圖3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖e)各施工段碾壓前都應(yīng)保證試驗段模型相關(guān)系數(shù)不低于0.65。模型R2分析結(jié)果見圖4;圖4R2分析圖f)通過顯示終端可視化碾壓過程并實時顯示相關(guān)參數(shù),如圖5所示。圖5碾壓過程可視化示意圖13.3智慧機群施工效果評價13.3.1智慧機群施工過程中或施工完成后,應(yīng)對瀝青施工質(zhì)量參數(shù)的均勻性進行質(zhì)量評價,以驗證編隊實施效果。13.3.2應(yīng)按JTGF40和JTGF80的要求對智慧機群施工路段的各項質(zhì)量參數(shù)進行檢測,并滿足規(guī)范要求。13.3.3對松鋪厚度進行評價。松鋪厚度應(yīng)按每攤鋪20m檢測1點,每天攤鋪完成后,對松鋪厚度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,計算標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和平均值;13.3.4對構(gòu)造深度和滲水系數(shù)進行評價。應(yīng)對瀝青路面下、中、上面層的構(gòu)造深度和滲水系數(shù)進行檢測,以評價攤鋪的均勻性。應(yīng)按50m一個斷面,每個斷面檢測3點,每天攤鋪完成后,對構(gòu)造深度和滲水系數(shù)進行統(tǒng)計分析,計算標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和平均值;13.3.5對平整度進行檢測評價。每5天檢測一次平整度,計算標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和平均值;13.3.6對高程進行檢測。對攤鋪路段的高程進行檢測,每20m一個斷面,每斷面3個點。并將數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,計算標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和平均值。13.3.7宜采用過程能力指數(shù)和西格瑪水平評價路面質(zhì)量參數(shù)質(zhì)量水平。過程能力指數(shù)和西格瑪水平的計算可采用相關(guān)統(tǒng)計分析軟件進行。13.3.8智慧機群編隊施工效果評價時,各質(zhì)量參數(shù)的過程能力指數(shù)和西格瑪水平宜按表4進行評價。表4六西格瑪管理質(zhì)量評價基準(zhǔn)評級西格瑪水平Z過程能力Cp說明AAAZ≥5.0Cp≥1.67卓越質(zhì)量級AA4.0≤Z<5.01.33≤Cp<1.67優(yōu)秀級A3.5≤Z<4.01.17≤Cp<1.33良好級B3.0≤Z<3.51.0≤Cp<1.17合格級CZ<3.0Cp<1.0不合格,需要整改

(資料性)

定位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法A.1路徑擬合及距離計算都需要將球面坐標(biāo)下的經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)到平面上計算。A.2首先采集施工路段上的經(jīng)緯度坐標(biāo)點信息,此時坐標(biāo)是基于WGS84大地坐標(biāo)系的坐標(biāo),設(shè)采集的一系列點為Pi,點的坐標(biāo)值為Pi(B84i,L84i,H84i),i=1,2,3,…n,n為采集點個數(shù)。A.3將WGS84大地坐標(biāo)下的點Pi(B84i,L84i,H84i)經(jīng)WGS84直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成為WGS84空間直角坐標(biāo)系下的點Pi(X84i,Y84i,Z84i),見公式(A.1)?!ˋ.1)A.4在公式(A.1)中,設(shè)α為橢球的長半徑,其值為6378137.000m;設(shè)b為橢球的短半徑,其值為6356752.314m;f為橢球扁率,其值為1/298.257223563;e為橢球的第一偏心率,其表達式為;W為第一輔助系數(shù),其表達式為;N為橢球面卯酉圈的曲率半徑,其表達式為。A.5北京54空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,利用公式(A.2),通過七參數(shù)布爾沙模型將WGS84空間直角坐標(biāo)表示的Pi(X84i,Y84i,Z84i)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京54空間直角坐標(biāo)Pi(X54i,Y54i,Z54i):…(A.2)式中:△x、△y、△z——3個平移參數(shù);εx、εy、εz——3個旋轉(zhuǎn)參數(shù);k——尺度參數(shù)。A.6北京54大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,如公式(A.3)所示,將北京54空間直角坐標(biāo)系下坐標(biāo)點Pi(X54i,Y54i,Z54i)轉(zhuǎn)換為北京54大地坐標(biāo)Pi(B54i,L54i,H54i):…(A.3)式中:△x、△y、△z——3個平移參數(shù);εx、εy、εz——3個旋轉(zhuǎn)參數(shù);k——尺度參數(shù);N——橢球面卯酉圈的曲率半徑;e——橢球的第一偏心率。A.7北京54平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,利用公式(A.4)做高斯投影,將北京54大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點Pi(L54i,B54i,H54i)轉(zhuǎn)換為北京54平面坐標(biāo)系下的點Pi(x54i,y54i)。…(A.4)公式(A.4)中,角度均為弧度,,為中央子午線精度;;;;X為子午線弧長,其通過式(A.5)進行求?。骸ˋ.5)為基本常量,按公式(A.6)計算:…(A.6)公式(A.6)中,為基本常量,按公式(A.7)計算:…(A.7)

(資料性)

智能體行進路徑軌跡擬合方法B.1最小二乘法三次擬合B.1.1通過坐標(biāo)信息采集可知一組點的橫縱坐標(biāo),根據(jù)這些點的坐標(biāo)信息繪制1條曲線,使盡可能多的點以最大的限度逼近這條曲線,獲取該條曲線方程的過程即為曲線擬合。B.1.2首先構(gòu)造一個n階多項式進行曲線擬合,如公式(B.1)所示:y=∑B.1.3將n階多項式表示為矩陣形式,見公式(B.2):Y=X0B.1.4已知坐標(biāo)點(x,y),將其表達為矩陣形式,見公式(B.3):X=[xB.1.5根據(jù)公式(B.1)和(B.2)可以構(gòu)造出矩陣X0,其中A為待求解項系數(shù)矩陣,見公式(B.4)和(B.5):X0=A=aB.1.6對于方程Y=X0A,通過構(gòu)造方陣來求解。方程兩邊左乘X0的轉(zhuǎn)置矩陣,得到方程(B.6):X0TB.1.7公式(B.6)兩邊同時左乘的逆矩陣,得到公式(B.7),此時得到的等式左側(cè)全部為已知量,可以求出系數(shù)矩陣A。(X0B.1.8單條路徑具體擬合方式為,設(shè)路徑采集裝置所采集的一組坐標(biāo)點依次為,共計n個坐標(biāo)點,設(shè)坐標(biāo)點的橫坐標(biāo)為x,n個坐標(biāo)點橫坐標(biāo)分別記為x1、x2、…、xn,則該條路徑的擬合函數(shù)可表示為公式(B.8)和(B.9):fx公式(B.8)中,為待求系數(shù),是x的函數(shù);稱為基函數(shù),它是一個K階完備多項式,m是基函數(shù)的項數(shù);加權(quán)離散L2范式;J=I=1n公式(B.9)中,yI為x=xI處的節(jié)點值,是節(jié)點B.1.9為確定系數(shù),公式(B.9)應(yīng)該取極小值;對式(B.9)中的求導(dǎo)得公式(B.10):?J?α=A由公式(B.10)得到公式(B.11):αx=式中,Ax=Bx=[wyT=[將等式(B.11)代入公式(B.8),得到最終的擬合函數(shù),見式(B.15):…(B.15)式中,稱為形函數(shù),k表示基函數(shù)的階數(shù);…(B.16)B.2基于偏差分段擬合B.2.1當(dāng)施工路面存在過渡曲線,在路徑規(guī)劃時,應(yīng)進行分段擬合,從而決定路徑的整體走向趨勢。B.2.2分段擬合的整體思路如下:a)路徑擬合時,首先由采集的前4個點進行當(dāng)前曲線擬合,曲線方程的系數(shù)分別記為a,b,c,d;b)隨著路徑坐標(biāo)的持續(xù)采集,新采集的坐標(biāo)點首先參與當(dāng)前路徑的偏差運算,偏差的計算方式為點到擬合曲線的距離;c)如果偏差在路徑分段允許的范圍內(nèi),該坐標(biāo)點繼續(xù)參與當(dāng)前路徑擬合;若當(dāng)前點參與擬合前計算出的偏差超出路徑分段的標(biāo)準(zhǔn),此時進行二次驗證,把當(dāng)前坐標(biāo)點繼續(xù)擬合,得到新的擬合曲線方程;d)再次驗證該坐標(biāo)點相對于此時新路徑的偏差,若第二次計算出的偏差在路徑分段允許的范圍內(nèi),則該點滿足當(dāng)前擬合曲線方程;若偏差超出路徑分段的標(biāo)準(zhǔn),則認為該點應(yīng)該作為分段點,開始做分段擬合。e)隨著路徑坐標(biāo)點采集,重復(fù)以上過程不斷擬合曲線直到本次路徑采集結(jié)束。B.2.3路徑分段擬合的連接點應(yīng)滿足以下要求,以保證路徑在分段處銜接平緩。a)連接點既要參與上一段路徑的擬合,也要參與新路徑的曲線方程擬合;b)兩段銜接的路徑在連接點處斜率要保持一致。B.2.4基于偏差的分段擬合方法如下:a)如圖B.1所示,分別記兩段路徑為L1、L2,設(shè)L1和L2的擬合方程為式(B.17)和(B.18)圖B.1分段擬合示意圖y=a1y=ab)假設(shè)兩段路徑的分段點為(x0,y0),第一段路徑上分段前的點記為(x1,y1),分段點之后第一個點記為(x2,y2)、第二個點記為(x3,y3)。則有式(B.19)、(B.20):y0=y0=c)對公式(B.19)求導(dǎo)運算,將L1在點(x0,y0)處的斜率記為s,則有式(B.21):s=3a1d)由于兩段路徑在點(x0,y0)處斜率相同,由公式(B.20)和(B.21)可知:e)最后將d2、c2代入公式(B.18),整理得出式(B.22):y=x3f)此時L2的曲線擬合方程只有a2、b2兩個未知量,在第二段路徑開始擬合時,取分段點左右兩側(cè)的點進行擬合。隨著L2路徑上的點越來越多,繼續(xù)按照以上過程逐步擬合,最終得到整條擬合路徑。a2、b2求解過程為式(B.23)、(B24)和(B25):ΦTΦ式中,Φ=x1Y=y1

(資料性)

智能體當(dāng)前位置推算方法C.1智能體到曲線路徑的距離計算C.1.1系統(tǒng)輸入偏差的具體計算方式為,設(shè)領(lǐng)航智能體當(dāng)前定位信息經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的點為,求取該點與預(yù)設(shè)路徑的偏差即求取點到曲線的最短路徑。C.1.2如圖C.1所示,設(shè)路徑曲線外一點到曲線最短路徑與曲線交點為,則點到曲線的最短距離為公式(C.1):…(C.1)圖C.1領(lǐng)航智能體與預(yù)設(shè)路徑偏差示意圖C.1.3令,將預(yù)設(shè)路徑方程代入等式其中,化簡得(C.2):…(C.2)C.1.4將等式方程(C.2)對x一次求導(dǎo),化簡得(C.3),并利用牛頓法求取方程的近似解?!–.3)C.1.5令式(C.4)的迭代值為(C.5),迭代公式為(C.6)?!–.4)…(C.5)…(C.6)C.1.6精度閾值,迭代次數(shù)限定100。假定求得的近似解為,代入式中得曲線上一點,過該點做該曲線的切線,得切線斜率為(C.7)和(C.8):…(C.7)…(C.8)C.1.7根據(jù)三角形內(nèi)和等于180°得,點到曲線的最短距離為(C.9):…(C.9)C.2智能體到曲線路徑位置正負計算C.2.1判斷設(shè)備當(dāng)前位置是在路徑曲線左側(cè)還是右側(cè),以確定偏差的正負,實現(xiàn)設(shè)備的左右控制。見圖C.2。圖C.2路徑跟蹤正負判斷示意圖C.2.2設(shè)為行駛過程中真實的坐標(biāo)點,點為擬合出的曲線方程終點的坐標(biāo),將x坐標(biāo)帶入該曲線方程得到坐標(biāo)點。為點與兩點的連線與x軸的夾角,為點與兩點的連線與x軸的夾角。C.2.3通過atan2函數(shù)分別求出對應(yīng)的反正切值分別為phid、phir。已知atan2函數(shù)的計算公式為式(C.10),phid、phir計算公式分別為(C.11)和(C.12)。atan2(y,x)=arctanyphid=atan2(y"phir=atan2(C.2.4得出phid、phir,由于坐標(biāo)的象限可能不同,所以通過公式(C.13)得出差值后、還應(yīng)通過公式(C.14)求出實際反正切差值err_phi。err_phi=phid?phir…(C.13)err_phi=err_phi?2C.2.5按以下方法判斷正負:a)當(dāng)err_phi大于0時,偏差為正,否則為負值;b)當(dāng)err_phi大于0時,表示智能體設(shè)備當(dāng)前位置位于路徑曲線的左側(cè),應(yīng)向右打方向盤,方向盤的轉(zhuǎn)動角度大小與機械距離路徑曲線的距離成正比,使機械向右行駛;c)當(dāng)err_phi小于0時,表示智能體當(dāng)前位置位于路徑曲線的右側(cè),應(yīng)向左打方向盤,方向盤的轉(zhuǎn)動角度大小與智能體距離路徑曲線的距離成正比,使智能體向左行駛;d)通過周期性的、不間斷的調(diào)整智能體的方向盤,進而控制設(shè)備的行駛路徑,實現(xiàn)設(shè)備的智能駕駛。

(資料性)

模糊控制器的設(shè)計步驟D.1輸入量的模糊化D.1.1控制系統(tǒng)中輸入量及輸出量均為精確值,而在模糊控制器系統(tǒng)內(nèi)部變量均為模糊量,模糊化就是將精確值轉(zhuǎn)換成模糊系統(tǒng)中的模糊語言值。設(shè)定車距偏差變化率為上一時刻的車距偏差減去當(dāng)前時刻的車距偏差,記為ec,通過實驗得到設(shè)定車距與實際車距的偏差e以及偏差變化率ec的物理論域,偏差e的取值范圍為[-0.9,0.9],偏差變化率ec的取值范圍為[-0.03,0.03]。設(shè)偏差e的模糊論域均為[-0.9,0.9]以及偏差變化率ec的模糊論域均為[-0.03,0.03]。模糊控制器輸出油門值,記為u,油門值u的模糊論域為[-0.12,0.12]。D.1.2模糊控制系統(tǒng)輸入輸出均采用模糊控制中常用的7個語言變量,分別為正大、正中、正小、零、負小、負中、負大,分別用PB、PM、PS、M、NS、NM、NB表示。見表D.1。表D.1模糊論域表論域正大正中正小零負小負中負大eNBNMNSZEPSPMPBecNBNMNSZEPSPMPBuNBNMNSZEPSPMPBD.1.3系統(tǒng)輸入量的模糊論域均采用7個,中間模糊子集選用三角形隸屬度函數(shù),負大模糊子集選用Z型隸屬度函數(shù),正大模糊子集選用S型隸屬度函數(shù),輸入輸出隸屬度函數(shù)如圖D.1、D.2、D.3所示。圖D.1系統(tǒng)輸入偏差隸屬度函數(shù)曲線圖D.2系統(tǒng)輸入偏差變化率隸屬度函數(shù)曲線圖D.3系統(tǒng)輸出隸屬度函數(shù)曲線D.2模糊推理規(guī)則D.2.1模糊推理規(guī)則是模糊控制器設(shè)計的核心問題。相鄰模糊子集會出現(xiàn)交集,當(dāng)輸入量落在兩個及兩個以上的模糊子集時,輸入量模糊子集的選擇對系統(tǒng)的輸出有著重要的影響。如圖D.4所示,若輸入量值為2.5,落在PS、PM兩個模糊子集。輸入量要根據(jù)推理規(guī)則選擇合理的模糊子集。輸入量為2.5時,通過隸屬度函數(shù)平移對應(yīng)的正小模糊子集有一塊模糊區(qū)域;同樣在正中模糊子集下也對應(yīng)一塊模糊區(qū)域。取兩部分區(qū)域的并集,選擇隸屬度函數(shù)最大的模糊子集作為當(dāng)前輸入量的模糊子集。圖D.4模糊子集選擇示意圖D.2.2模糊規(guī)則是依據(jù)行車跟隨的偏差e及偏差變化率ec的不同狀態(tài)得出最優(yōu)決策并輸出給執(zhí)行機構(gòu)。一般模糊控制規(guī)則是在專家知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上推理得出,或者是在模糊控制器控制過程中總結(jié)歸納得出。模糊規(guī)則選用Mamdani型,Mamdani型一般表示為:IF前提,THEN結(jié)論。根據(jù)實驗及專家經(jīng)驗建立模糊規(guī)則表。將偏差的模糊論域[-0.9,0.9]分為七個模糊子集,PB、PM、PS、M、NS、NM、NB,分別表示偏差負大,即實際車距較大于設(shè)定車距,偏差負中,即實際車距大于設(shè)定車距,偏差負小,即實際車距略大于設(shè)定車距,偏差為零,即實際車距近似等于設(shè)定車距,偏差正小,即實際車距略小于設(shè)定車距,偏差正中,即實際車距小于設(shè)定車距,偏差正大,即實際車距較小于設(shè)定車距。同樣偏差變化率ec的模糊論域[-0.03,0.03]分為7個模糊子集,PB、PM、PS、M、NS、NM、NB,分別表示偏差變化率負大,即車距增大的變化率較快,偏差變化率負中,即車距增大的變化率略快,偏差變化率負小,即車距增大的變化率較慢,偏差變化率為零集,即車距變化率基本穩(wěn)定,偏差變化率正小,即車距減小的變化率較慢,偏差變化率正中,即車距減小的變化率略快,偏差變化率正大,即車距減小的變化率較快。當(dāng)偏差e及偏差變化率ec都落在正大模糊子集時,表示實際車距遠小于設(shè)定車距,并且車距減小的趨勢還在擴大,因此系統(tǒng)的輸出u應(yīng)快速做出反應(yīng),通過減小加速度實現(xiàn)實際車距反向逼近設(shè)定車距。當(dāng)偏差e及偏差變化率ec都落在負大模糊子集時,表示當(dāng)前實際車距遠大于設(shè)定車距,并且車距增大的趨勢還在擴大,因此系統(tǒng)的輸出u應(yīng)快速做出反應(yīng),通過增大加速度實現(xiàn)實際車距逼近設(shè)定車距。通過以上分析,可以得出模糊推理規(guī)則表D-2。表D-2模糊推理規(guī)則表ue(NB)e(NM)e(NS)e(ZE)e(PS)e(PM)e(PB)ec(NB)PBPBPMPMPSZEZEec(NM)PBPBPMPSPSZEZEec(NS)PMPMPMPSZENSNSec(ZE)PMPMPSZENSNMNM表D-2模糊推理規(guī)則表(續(xù))ue(NB)e(NM)e(NS)e(ZE)e(PS)e(PM)e(PB)ec(PS)PSPSZENSNSNMNBec(PM)PSZENSNMNMNMNBec(PB)ZEZENMNMNMNBNBD.3解模糊化模糊控制器的輸出為模糊量,在實際工程應(yīng)用中,應(yīng)有一個確定值才能驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。對輸出量模糊集進行解模糊化,得到清晰精確的輸出值??刂葡到y(tǒng)采用加權(quán)平均法進行解模糊化,其輸出值見式(D.1)所示。系數(shù)的選擇根據(jù)實驗而定。不同的系數(shù)決定系統(tǒng)具有不同的響應(yīng)特性?!―.1)

(資料性)

領(lǐng)航跟隨法編隊隊形和智能壓路機路徑規(guī)劃E.1編隊隊形設(shè)計E.1.1設(shè)定線形時,應(yīng)保證壓路機群內(nèi)各壓路機無碰撞協(xié)同壓實作業(yè),實現(xiàn)整個施工區(qū)域的無遺漏均勻壓實。E.1.2通過攤鋪機機身兩側(cè)所安置的GNSS定位模塊獲得壓路機機群的作業(yè)范圍,并且根據(jù)壓路機機群配置信息將壓實區(qū)域分區(qū),一臺智能雙鋼輪振動壓路機對應(yīng)一個壓實區(qū)域。E.1.3根據(jù)壓路機振動輪寬度、邊界信息與相鄰碾壓帶重疊距離要求將各區(qū)域劃分碾壓帶,通過分區(qū)情況確定智能雙鋼輪振動壓路機群的編隊信息。E.1.4假設(shè)壓路機機群內(nèi)有1臺領(lǐng)航壓路機與N臺跟隨壓路機,指定壓實區(qū)域中的某臺壓路機為領(lǐng)航壓路機,跟隨壓路機依次均布在領(lǐng)航壓路機左側(cè)或者右側(cè)。如圖E.1所示,機群中每一臺壓路機各自負責(zé)一塊壓實區(qū)域,第i個跟隨壓路機與領(lǐng)航壓路機的橫向距離為Li,分區(qū)寬度L由攤鋪機攤鋪寬度與壓路機臺數(shù)決定,每個壓實分區(qū)內(nèi)的碾壓帶數(shù)目m由分區(qū)寬度L、壓路機振動輪寬度B與重疊寬度決定。圖E.1基于領(lǐng)航-跟隨法編隊結(jié)構(gòu)示意圖E.1.5假設(shè)機群內(nèi)各壓路機型號相同,攤鋪機的攤鋪寬度為W,分區(qū)個數(shù)等于壓路機臺數(shù)為N+1,則分區(qū)寬度為公式(E.1),相鄰壓路機間橫向距離為L,則左側(cè)或右側(cè)第i個壓路機與領(lǐng)航壓路機的橫向距離為公式(E.2)…(E.1)…(E.2)E.1.6按JTGF40要求,雙鋼輪振動壓路機在壓實瀝青混合料時,相鄰碾壓帶重疊寬度為振動輪寬度的。假設(shè)壓路機振動輪寬度為B,可初選重疊寬度,則初選碾壓帶數(shù)目為式(E.3)…(E.3)E.1.7對初選碾壓帶數(shù)目向上取整可得碾壓帶數(shù)目,則校正后重疊寬度為公式(E.4)…(E.4)E.2領(lǐng)航壓路機壓實路徑規(guī)劃E.2.1智能雙鋼輪振動壓路機機群在作業(yè)時,領(lǐng)航壓路機可從攤鋪機兩側(cè)的GNSS定位模塊中獲取t0時刻的攤鋪機上下邊界位置A0、B0。E.2.2領(lǐng)航壓路機在起點P0處開始壓實,經(jīng)過從靜止加速至到達最優(yōu)壓實速度的前進加速階段、以最優(yōu)壓實速度進行作業(yè)的勻速壓實階段、從最優(yōu)壓實速度到靜止的前進減速階段,到達距離攤鋪機安全距離的終點E0,完成前進壓實作業(yè);雙鋼輪振動壓路機從E0處開始倒退壓實,經(jīng)過從靜止加速至到達最優(yōu)壓實速度的倒退加速階段、以最優(yōu)壓實速度進行作業(yè)的倒退勻速壓實階段、從最優(yōu)壓實速度到靜止的倒退減速階段,到達起點P0,完成后退壓實作業(yè);重復(fù)以上動作直至碾壓帶壓實度達標(biāo)。見圖E.2。標(biāo)引序號說明A0——攤鋪機上邊界;B0——攤鋪機下邊界;P0——領(lǐng)航壓路機起點;E0——攤鋪機安全距離的終點。圖E.2基于領(lǐng)航壓路機壓實路線示意圖E.2.3從圖E.2可得,當(dāng)攤鋪機水平攤鋪時,壓路機前鋼輪中心點壓實路徑信息可表示為式(E.5)…(E.5)式中,s為從起點開始壓路機行駛過的距離,x0、y0為起點的橫縱坐標(biāo),S?為該碾壓帶的長度。由工藝要求可知,碾壓段的終點始終在攤鋪機后方間隔安全距離處,可根據(jù)攤鋪機上北斗定位模塊得出每一段長度Si的值。在進行第一壓實區(qū)域的壓實作業(yè)時,x0=0,后續(xù)壓實區(qū)域的x0值為該碾壓道上一壓實終點橫坐標(biāo)減去搭接距離。E.2.4根據(jù)雙鋼輪振動壓路機振動輪寬度B、重疊距離,碾壓道數(shù)可確定y0為式(E.6)?!‥.6)其中,a表示在該分區(qū)中的第a個碾壓帶。E.3換道路徑規(guī)劃E.3.1設(shè)雙鋼輪振動壓路機振動輪寬度為B,相鄰碾壓帶之間的重疊距離為,則換道橫向距離為,換道縱向距離為。以曲線起點為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系,則雙鋼輪振動壓路機換道模型為圖E.3所示。圖E.3換道模型E.3.2確定領(lǐng)航壓路機換道時的起點與終點信息,包括S曲線起始點的位置、速度和加速度以及S曲線終點的位置、速度和加速度。從而可得出換向時兩端點的狀態(tài)約束為公式(E.7):…(E.7)其中,0時刻表示開始換道,T時刻表示結(jié)束換道時刻。E.3.3在開始和結(jié)束換道時,雙鋼輪振動壓路機皆為直線壓實狀態(tài),對應(yīng)的起始點與終點曲率應(yīng)都為0。并且由于雙鋼輪振動壓路機鉸接點轉(zhuǎn)向角度受限,壓路機換向過程中的轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)大于壓路機最小轉(zhuǎn)彎半徑。綜上可得到S曲線起點、終點的位置與換道過程中的曲率約束為公式(E.8):…(E.8)E.3.4以起始點位置為原點,換向方向為X軸正方向建立局部笛卡爾坐標(biāo)系,則有五次多項式換道曲線方程為公式(E.9):…(E.9)E.3.5由起點、終點狀態(tài)約束(E.8)與曲率約束(E.9)可得公式(E.10)…(E.10)其中,、為雙鋼輪振動壓路機換道終點在局部笛卡爾坐標(biāo)系中坐標(biāo),為S型換道曲線的曲率,其表達式為公式(E.11)…(E.11)E.3.6將式(E.9)與式(E.10)帶入雙鋼輪振動壓路機五次多項式換道曲線表達式(E.8),得換道曲線方程為式(E.12)?!‥.12)E.3.7由于智能雙鋼輪振動壓路機采用雙鉸接結(jié)構(gòu),在已知其前鋼輪中心點位置與航向信息的情況下,不能確定后鋼輪的位置與姿態(tài),并且壓路機鉸接機構(gòu)由于結(jié)構(gòu)限制,其鉸接轉(zhuǎn)向角度存在范圍限制,因此還需要對前后鋼輪與鉸接架的兩個鉸接角度進行規(guī)劃。根據(jù)雙鋼輪振動壓路機運動學(xué)模型可知壓路機行駛時的轉(zhuǎn)彎半徑為公式(E.13)…(E.13)…(E.14)式中,見圖E.4,和分別表示后車體重心位置到鉸接點1的長度和前車體重心位置到鉸接點2的長度;表示鉸接架的長度;和分別表示兩個鉸接點的旋轉(zhuǎn)角度;為前鋼輪中心點坐標(biāo),為前鋼輪航向角,為前鋼輪行進速度,與為智能雙鋼輪振動壓路機鉸接點1、2的轉(zhuǎn)向角速度;為換道軌跡曲線的曲率,為雙鋼輪振動壓路機參考行駛速度,與為鉸接點1、2參考轉(zhuǎn)向速度。圖E.4智能雙鋼輪振動壓路機結(jié)構(gòu)簡圖E.3.8基于以下假設(shè),則可有公式(E.15):a)雙鋼輪振動壓路機參考鉸接轉(zhuǎn)向速度與均為零,并且鉸接角度很

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