馬廣文

[上海浦東路橋（集團(tuán)）有限公司，上海市 200135]

0 引 言

目前我國導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)信息和5G 等技術(shù)快速發(fā)展，并且延伸至工程建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，如瀝青路面施工領(lǐng)域，以無人機(jī)、無人駕駛鋪裝機(jī)械（攤鋪機(jī)、壓路機(jī)）為代表的智能化系統(tǒng)與設(shè)備技術(shù)逐步開始推動(dòng)著瀝青路面施工向更加安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和高效的方向發(fā)展。

本課題組在大量調(diào)研基礎(chǔ)上，系統(tǒng)性地梳理了近年來，尤其是近兩三年內(nèi)瀝青路面領(lǐng)域智能化施工技術(shù)研究與應(yīng)用的成果，以期為行業(yè)持續(xù)、高速向無人化、智能化方向轉(zhuǎn)變提供參考。

1 無人機(jī)應(yīng)用研究

當(dāng)前用無人機(jī)輔助瀝青路面施工的研究與應(yīng)用尚處于初步階段，多以搭載滿足某些單一功能信息采集設(shè)備或系統(tǒng)為主。

1.1 搭載紅外系統(tǒng)

在河惠莞高速公路紫惠段的瀝青面層施工過程中，相關(guān)研究人員將紅外探測(cè)系統(tǒng)安裝于無人機(jī)上，用于探測(cè)實(shí)時(shí)瀝青路面施工材料溫度，并指導(dǎo)施工人員實(shí)測(cè)溫度信息，微調(diào)施工參數(shù)，如攤鋪速度、碾壓跟進(jìn)速度等，以達(dá)到均勻控制施工材料溫度目的。熊春龍等[1]利用無人機(jī)搭載紅外攝像機(jī)，全方位、多角度拍攝壓路機(jī)壓實(shí)瀝青路面過程中的路表紅外圖像，用于獲取瀝青路面壓實(shí)信息并及時(shí)調(diào)整施工工藝，以提高瀝青路面壓實(shí)施工質(zhì)量。

1.2 搭載激光雷達(dá)

孫權(quán)等[2]借助無人機(jī)搭載激光雷達(dá)，對(duì)部分瀝青道路的路面狀況進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)收集，并結(jié)合隨機(jī)森林分類算法，構(gòu)建用于識(shí)別瀝青路面病害的遙感模型。該研究成果在新疆石河子市與沙灣縣交界處一段縣級(jí)瀝青道路的實(shí)踐表明，利用無人機(jī)和隨機(jī)森林分類算法所構(gòu)建模型對(duì)塌陷、坑洞等病害目標(biāo)的識(shí)別精度高達(dá)92.3%。

此外，還有少數(shù)研究人員嘗試讓無人機(jī)直接參與瀝青路面施工。常虹[3]利用無人機(jī)傾斜攝影或三維掃描儀創(chuàng)建基于前一施工基礎(chǔ)面的三維BIM 模型，并聯(lián)合放樣機(jī)器人修正基礎(chǔ)面的平整度，以達(dá)到精準(zhǔn)有效控制瀝青路面鋪裝厚度目的。邱海云[4]開發(fā)了利用無人機(jī)拍攝功能（搭載多個(gè)攝像頭和導(dǎo)航裝置），協(xié)助具有自動(dòng)熔化破損瀝青路面、下料、壓實(shí)修補(bǔ)等功能的智能瀝青修補(bǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能修復(fù)瀝青路面。

2 無人鋪裝設(shè)備應(yīng)用研究

近幾年來，國內(nèi)一些大型工程機(jī)械企業(yè)聯(lián)合高校、施工企業(yè)，初步開發(fā)出主要包含了衛(wèi)星接收機(jī)、5G 通訊芯片、微波通訊主機(jī)、信號(hào)接收天線、處理器、交換機(jī)、軟件、避障雷達(dá)、溫度探測(cè)裝置、測(cè)距傳感器等組部件的瀝青路面智能化施工系統(tǒng)。該類系統(tǒng)一般涉及振動(dòng)、行走、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和其他輔助功能中的幾種功能，且具有單機(jī)區(qū)域定位、移動(dòng)定位、姿態(tài)感知、障礙感知等特色。

2.1 研究情況

李青洋等[5]研究了由攤鋪機(jī)械、壓路機(jī)、基站和控制程序等組成的瀝青路面智能化施工系統(tǒng)，不僅使設(shè)備使用功能智能化，而且智能化控制了瀝青路面的施工作業(yè)，施工結(jié)果滿足瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范要求。謝銳[6]以某高速公路500 m 瀝青路面試驗(yàn)段為載體，闡述與分析了由智能化成套設(shè)備與數(shù)字化施工平臺(tái)組成的瀝青路面智能施工系統(tǒng)。該體系借助北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，根據(jù)道路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，不僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛，而且在3D 激光找平系統(tǒng)協(xié)助下完成了瀝青混凝土材料的攤鋪及壓實(shí)作業(yè)。卞永明等[7]針對(duì)無人駕駛壓路機(jī)所出現(xiàn)的路徑跟蹤誤差影響整體壓實(shí)質(zhì)量問題，提出了基于模糊算法的路徑跟蹤控制方法，并開展了控制模型仿真與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)對(duì)比研究，研究結(jié)果表明該算法對(duì)無人駕駛碾壓有更為良好且有效的控制性能。李曉騰[8]研究與設(shè)計(jì)出一套基于數(shù)傳電臺(tái)的無人駕駛壓路機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其中包括針對(duì)無人駕駛壓路機(jī)整車性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法，以及與無人駕駛壓路機(jī)相配套的整車性能評(píng)價(jià)模型。

2.2 應(yīng)用試驗(yàn)

隨著瀝青路面施工領(lǐng)域無人攤鋪與碾壓設(shè)備、系統(tǒng)及評(píng)價(jià)方法等方面研究的快速穩(wěn)定與成熟，近2年來，瀝青路面無人智能化施工試驗(yàn)呈現(xiàn)出井噴趨勢(shì)，無人鋪裝瀝青路面應(yīng)用屢見于高速公路或市政道路項(xiàng)目（見表1），且應(yīng)用效果非常好，不僅路面施工質(zhì)量滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，而且充分驗(yàn)證了無人智能化施工瀝青路面設(shè)備、系統(tǒng)的可行性與可靠性。

表1 近2 年來國內(nèi)應(yīng)用無人鋪裝瀝青路面代表性項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié) 論

（1）利用無人機(jī)搭載相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備的研究與應(yīng)用相對(duì)比較成熟，可輔助完成對(duì)瀝青路面鋪裝厚度、壓實(shí)度、溫度等方面的質(zhì)量控制，以及瀝青路面病害識(shí)別。

（2）無人機(jī)直接參與瀝青路面施工還處于研究階段，尚無應(yīng)用。

（3）無人駕駛瀝青路面攤鋪與碾壓設(shè)備的系統(tǒng)研究已向更加深入、系統(tǒng)和全面等方向發(fā)展，已有研究者提出如無人駕駛設(shè)備整車評(píng)價(jià)方法、指標(biāo)和模型等研究成果。

（4）國內(nèi)少數(shù)大型工程機(jī)械企業(yè)不但開發(fā)出無人駕駛的瀝青路面攤鋪及碾壓設(shè)備，還于近2 年內(nèi)進(jìn)行了集中路試，實(shí)施結(jié)果基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，即控制精度更高、更安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保。