CN111350169A - 一种高拱坝智能曲线无人碾压施工系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高拱坝智能曲线无人碾压施工系统和方法，该系统包括远程控制系统，由远程控制系统控制的若干无人驾驶碾压机；其中，远程控制系统包括无人碾压机控制模块，与无人碾压机控制模块连接的无人碾压轨迹设定模块、车辆硬件状态显示模块和施工任务下发模块；无人驾驶碾压机包括车载控制模块，与车载控制模块连接的避障模块和报警模块。本发明根据大坝体型以及现场实际施工情况，在施工过程中不断的探索适合碾压混凝土拱坝曲线碾压与碾压避障的安全措施，对碾压混凝土的碾压全过程进行自动控制，完全克服以往人工碾压作业的各种不足，明显提高了碾压混凝土施工质量与筑坝效率，减轻了作业人员劳动强度。

Description

一种高拱坝智能曲线无人碾压施工系统和方法

技术领域

本发明涉及一种施工系统，尤其是一种高拱坝智能曲线无人碾压施工系统，还涉及该施工方法。

背景技术

现有的水利枢纽为碾压混凝土双曲薄拱坝，最大坝高145m，坝顶宽9m，拱冠坝底厚37m，坝顶上游弧长472.153m，大坝宽高比2.80，厚高比0.26，上游面最大倒悬度0.16，下游面最大倒悬度0.19，为国内同类型第二高坝。碾压混凝土施工，由于受各种环境因素的影响，施工环境差，碾压震动强烈，施工人员劳动强度大，重复性工作多，工作枯燥乏味。传统的人工碾压方法无法直接获取碾压施工数据，不能直观的分析与评价碾压质量，导致存在漏碾、过碾、欠碾等现象。如何根据大坝体型以及现场实际施工情况，从施工机械智能化改造入手，在施工过程中不断的探索适合碾压混凝土拱坝曲线碾压与碾压避障的安全措施，对碾压混凝土的碾压全过程进行自动控制，克服以往人工碾压作业的各种不足，提高了碾压混凝土施工质量与筑坝效率，减轻作业人员劳动强度，是目前急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高拱坝智能曲线无人碾压施工系统和方法，本发明的技术方案具体如下：

一种高拱坝智能曲线无人碾压施工系统，包括远程控制系统，由远程控制系统控制的若干无人驾驶碾压机；其中，远程控制系统包括无人碾压机控制模块，与无人碾压机控制模块连接的无人碾压轨迹设定模块、车辆硬件状态显示模块和施工任务下发模块；无人驾驶碾压机包括车载控制模块，与车载控制模块连接的避障模块和报警模块；

无人碾压轨迹设定模块用于选择相应的碾压区域、设备机；读取仓位坐标，设置施工参数，施工参数包括摊铺宽度、区域数、次序数、碾压遍数；设定直线和曲线组合的碾压轨迹；然后发送至无人碾压机控制模块；

车辆硬件状态显示模块用于显示车辆硬件是否正常，若异常则反馈至无人碾压机控制模块；

无人碾压机控制模块接收无人碾压轨迹设定模块信息，通过施工任务下发模块对无人驾驶碾压机进行控制；接收报警模块和避障模块的信息，并对碾压轨迹轨迹做出调节；

车载控制模块接收施工任务下发模块信息，对碾压机进行控制；

避障模块识别行驶路线上的障碍并实时反馈至无人碾压机控制模块；

报警模块实时将无人碾压机的各个系统故障反馈至无人碾压机控制模块。

进一步地，施工系统还包括定位模块，定位模块包括卫星和GPS基站，卫星对碾压机进行实时定位，GPS基站对碾压机进行辅助定位，无人碾压轨迹设定模块接收无人碾压机的位置信息。

进一步地，无人驾驶碾压机还包括实景图像采集模块，远程控制系统接收并显示实景图像。

进一步地，车载控制模块用于调节碾压机的方向盘和车速，使碾压机移动到规定位置。

进一步地，避障模块为避障雷达，设于无人碾压机的前端和后端，探测或感知障碍物，并反馈至无人碾压机控制模块。

进一步地，无人碾压机控制模块将实际行驶轨迹与预设轨迹进行比对，判断碾压是否完成。

本发明还涉及的一种高拱坝智能曲线无人碾压施工方法，按以下进行：

选择相应的碾压区域、设备机；读取仓位坐标，设置施工参数，施工参数包括摊铺宽度、区域数、次序数、碾压遍数；设定直线和曲线组合的碾压轨迹；

接收无人碾压轨迹设定模块信息，通过施工任务下发模块对无人驾驶碾压机进行控制，调节碾压机的方向盘和车速，结合实景图像使碾压机移动到规定位置；

接收报警模块和避障模块的信息，并对碾压轨迹轨迹做出调节；

识别行驶路线上的障碍并实时反馈至无人碾压机控制模块；

实时将无人碾压机的各个系统故障反馈至无人碾压机控制模块；将实际行驶轨迹与预设轨迹进行比对，判断碾压是否完成。

进一步地，碾压轨迹的设定包括：

对单元工程仓号划分区域，规划浇筑条带，确定自卸车运输路线和曲线无人驾驶碾压车辆行驶路线，在混凝土运输到规定区域后，按先铺后碾条带顺序依次碾压。

进一步地，还包括如下步骤：

在无人驾驶碾压区先行实施变态混凝土区掏槽，碾压期间完成变态区加浆和人工振捣，碾压完成后台车振捣再次复振；

完成对仓内输浆管路的改造，避免因浆管横穿上下游，中断碾压；

在冷却水管、横缝和诱导缝安装埋设时，混凝土的铺筑条带长度调整为一个坝段为区间，铺筑方向调整为前进式；提前一个坝段实施灌区预制块安装，由上下游端部卸料覆盖碾压料，快速形成机械车辆跨缝通道；采取错层埋设冷却水管或接缝灌浆系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

（1）本发明根据大坝体型以及现场实际施工情况，在施工过程中不断的探索适合碾压混凝土拱坝曲线碾压与碾压避障的安全措施，对碾压混凝土的碾压全过程进行自动控制，完全克服以往人工碾压作业的各种不足，明显提高了碾压混凝土施工质量与筑坝效率，减轻了作业人员劳动强度。

（2）本发明的无人碾压轨迹设定模块能够设置曲线和直线组合的轨迹，使得碾压机的行走路线更加灵活，有效的解决了因坝体体型为曲线和静碾和有振碾快速转换问题，形成了连续碾压区域，提高了作业效率。在确定了采取曲线无人碾压区域路径，形成碾压机群作业，提高无人碾压工效。

附图说明

图1为本发明的系统的结构框图；

图2为本发明的远程控制系统和无人驾驶碾压机的系统框图；

图3为本发明的方法的流程图；

图4为本发明的其中一个实施方式的曲线碾压区域采集示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种高拱坝智能曲线无人碾压施工系统，包括远程控制系统，由远程控制系统控制的若干无人驾驶碾压机。施工系统还包括定位模块，定位模块包括卫星和GPS基站，卫星对碾压机进行实时定位，GPS基站对碾压机进行辅助定位，无人碾压轨迹设定模块接收无人碾压机的位置信息。

如图2所示，远程控制系统包括无人碾压机控制模块，与无人碾压机控制模块连接的无人碾压轨迹设定模块、车辆硬件状态显示模块和施工任务下发模块。无人驾驶碾压机包括车载控制模块，与车载控制模块连接的避障模块和报警模块。无人碾压轨迹设定模块用于选择相应的碾压区域、设备机；读取仓位坐标，设置施工参数，施工参数包括摊铺宽度、区域数、次序数、碾压遍数；设定直线和曲线组合的碾压轨迹；然后发送至无人碾压机控制模块。车辆硬件状态显示模块用于显示车辆硬件是否正常，若异常则反馈至无人碾压机控制模块。无人碾压机控制模块接收无人碾压轨迹设定模块信息，通过施工任务下发模块对无人驾驶碾压机进行控制；接收报警模块和避障模块的信息，并对碾压轨迹轨迹做出调节。车载控制模块接收施工任务下发模块信息，对碾压机进行控制，车载控制模块用于调节碾压机的方向盘和车速，使碾压机移动到规定位置。避障模块识别行驶路线上的障碍并实时反馈至无人碾压机控制模块；避障模块为避障雷达，设于无人碾压机的前端和后端，探测或感知障碍物，并反馈至无人碾压机控制模块。报警模块实时将无人碾压机的各个系统故障反馈至无人碾压机控制模块。

本实施例的无人驾驶碾压机还包括实景图像采集模块，远程控制系统接收并显示实景图像。

行程结束时，无人碾压机控制模块将实际行驶轨迹与预设轨迹进行比对，判断碾压是否完成。

远程控制系统是无人驾驶碾压系统的调度中枢，控制管理碾压机群协同作业，实现拱坝智能曲线无人碾压筑坝示。

如图3所示，本实施例的高拱坝智能曲线无人碾压施工方法，按以下进行：

启动远程控制系统，通过无人碾压轨迹设定模块选择相应的碾压区域、设备机；读取仓位坐标，设置施工参数，施工参数包括摊铺宽度、区域数、次序数、碾压遍数；设定直线和曲线组合的碾压轨迹；碾压轨迹的设定包括：对单元工程仓号划分区域，规划浇筑条带，确定自卸车运输路线和曲线无人驾驶碾压车辆行驶路线，在混凝土运输到规定区域后，按先铺后碾条带顺序依次碾压。

无人碾压机控制模块接收无人碾压轨迹设定模块信息，通过施工任务下发模块对无人驾驶碾压机进行控制，确认碾压机状态，发动机点火、调整转速、调节碾压机的方向盘和车速，结合实景图像使碾压机移动到规定位置。

无人碾压机控制模块监测碾压过程：无人碾压机控制模块接收报警模块和避障模块的信息，并对碾压轨迹轨迹做出调节；避障模块识别行驶路线上的障碍并实时反馈至无人碾压机控制模块；报警模块实时将无人碾压机的各个系统故障反馈至无人碾压机控制模块；无人碾压机控制模块将实际行驶轨迹与预设轨迹进行比对，判断碾压是否完成。若未完成，则继续控制碾压机进行碾压，若完成，则将碾压机归位、熄火。

作为一种实施方式，远程控制系统可以包括显示界面，服务器开机后，打开系统图界面，碾压机电源的开启也可由远程开关操作实现；碾压机上电源开启成功后，作为车辆硬件状态显示模块，碾压机状态界面-相应指示灯处于绿色闪烁状态；检查碾压机状态界面-碾压机的GPS状态、前后雷达状态、激光位移传感器状态是否正常（绿色指示灯为正常，红色为不正常）；确认状态正常后，将无人碾压机就位。

远程监控中心人员在无人碾压监控系统界面，选择相应的碾压区域、设备机；读取仓位坐标，设置下方的施工参数，摊铺宽度、区域数、次序数、碾压遍数，特殊部位可根据实际情况进行调整设置，点击执行按钮命令，将碾压区域条带坐标信息将发送无人碾压机。

碾压机作业区域远程遥控就位，碾压机就位与归位界面，根据碾压区域和碾压机实际位置（实景视频图像），调节方向盘和车速，使碾压机移动到规定位置（突发情况可以使用紧急制动按钮制动碾压机）。无人碾压完成之后归位，需将碾压机停放到原停放位置，远程遥控驾驶需配合监控视频操作，在碾压机就位与归位界面，调整碾压机方向盘和速度来控制碾压机驾驶到停放位置。到位之后，远程熄火，并切断电源。

确认碾压机各设备指示灯都是正常状态，选择要控制的碾压车辆，将发动机转速按钮设置为2000，点击确定按钮。转速调整成功之后，当无人驾驶控制系统指示灯变绿的时候，车辆完成无人驾驶施工准备。从界面上各状态指示灯、仪表盘、碾压轨迹、监控摄像头实时观察碾压机施工状态，并调整碾压机施工。系统有自动故障语音报警功能，实时播报出现故障的碾压机，操作人员可以实时采取措施。碾压作业完成后，调整碾压机发动机转速，无其他碾压任务时，需将碾压机进行归位操作，远程将碾压机驾驶到停放位置，远程执行熄火操作并关闭电源，结束施工，其它类似。

本实施例适用到三河口水利枢纽时，坝轴线为曲线，模板、预埋冷却水管随体型变化均曲线布置。因此，智能无人驾驶碾压也需要按平行坝轴曲线方式作业。常规的无人驾驶碾压是采集区域矩形的四个角点坐标，发给无人驾驶碾压机，碾压机采用直线行走的方式在矩形区域内进行碾压。设置碾压曲线的时候，可以采集A、B、C、D、E、F、G、H等点，点成弧形，如图4所示。

根据新的碾压模型，车辆将在A-H点之间行驶，行走路径即为曲线。随着点数的增多，弧形精度增大。经过现场多次实验，控制精度以及稳定性都能满足设计要求。当需要直线碾压时测试AB两点即可，车辆在AB两点间持续碾压。完成了碾压路径模式的升级，从直线碾压到曲线-直线共存模式。有效的解决了因坝体体型为曲线和静碾和有振碾快速转换问题，形成了连续碾压区域，提高了作业效率。在确定了采取曲线无人碾压区域路径，形成碾压机群作业，提高无人碾压工效。

碾压混凝土拱坝不但体型复杂，而且还埋有监测仪器的预埋件，对碾压混凝土大仓面连续施工是不利的。本实施例在振动碾设备增加避障SICK雷达功能，作为避障模块，施工过程中无人驾驶碾压机能够探测或感知预埋件等障碍物，并能根据障碍物的距离采取相应的防碰撞措施。并且曲线模式碾压可以在取点的时候绕开一定的障碍物。

SICK雷达可以分别装在碾压车辆钢轮前后两个位置，GPS用来确定车体的实际位置和方位角，雷达用来检测障碍物，安全雷达由外置式调整为碾压机内置安装，避免防止安全雷达装置受损。

为进一步减少仓面施工作业对智能曲线无人碾压干扰，提供无人碾压机良好的工作条件，还采取采取以下措施：

A、施工过程曲线碾压，对单元工程仓号划分区域，规划浇筑条带，确定自卸车运输路线和曲线无人驾驶碾压车辆行驶路线，在混凝土运输到规定区域后，按先铺后碾条带顺序依次碾压。

B、在无人驾驶碾压区先行实施变态混凝土区掏槽，然后碾压期间完成变态区加浆和人工振捣，然后碾压完成后台车振捣再次复振。

C、完成对仓内输浆管路的改造，避免因浆管横穿上下游，中断碾压问题。

D、浇筑期间预制块、冷却水管、接缝灌浆管路安装工程量大。在冷却水管、横缝和诱导缝安装埋设时，混凝土的铺筑条带长度调整为一个坝段为区间，铺筑方向由原来的后退式调整为前进式。提前一个坝段实施灌区预制块安装，由上下游端部卸料覆盖碾压料，快速形成机械车辆跨缝通道。

E、通仓浇筑持续时间长，难免遇到强度不足和天气影响问题，视情况采取错层埋设冷却水管或接缝灌浆系统，避免持续影响期间碾压进料、摊铺和碾压工作与埋设工序受阻和相互干扰，出现的层面不能及时覆盖碾压，产生层间质量问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高拱坝智能曲线无人碾压施工系统，其特征在于：包括远程控制系统，由远程控制系统控制的若干无人驾驶碾压机；其中，远程控制系统包括无人碾压机控制模块，与无人碾压机控制模块连接的无人碾压轨迹设定模块、车辆硬件状态显示模块和施工任务下发模块；无人驾驶碾压机包括车载控制模块，与车载控制模块连接的避障模块和报警模块；

无人碾压轨迹设定模块用于选择相应的碾压区域、设备机；读取仓位坐标，设置施工参数，施工参数包括摊铺宽度、区域数、次序数、碾压遍数；设定直线和曲线组合的碾压轨迹；然后发送至无人碾压机控制模块；

车辆硬件状态显示模块用于显示车辆硬件是否正常，若异常则反馈至无人碾压机控制模块；

无人碾压机控制模块接收无人碾压轨迹设定模块信息，通过施工任务下发模块对无人驾驶碾压机进行控制；接收报警模块和避障模块的信息，并对碾压轨迹轨迹做出调节；

车载控制模块接收施工任务下发模块信息，对碾压机进行控制；

避障模块识别行驶路线上的障碍并实时反馈至无人碾压机控制模块；

报警模块实时将无人碾压机的各个系统故障反馈至无人碾压机控制模块。

2.根据权利要求1所述的高拱坝智能曲线无人碾压施工系统，其特征在于：施工系统还包括定位模块，定位模块包括卫星和GPS基站，卫星对碾压机进行实时定位，GPS基站对碾压机进行辅助定位，无人碾压轨迹设定模块接收无人碾压机的位置信息。

3.根据权利要求1所述的高拱坝智能曲线无人碾压施工系统，其特征在于：无人驾驶碾压机还包括实景图像采集模块，远程控制系统接收并显示实景图像。

4.根据权利要求1所述的高拱坝智能曲线无人碾压施工系统，其特征在于：车载控制模块用于调节碾压机的方向盘和车速，使碾压机移动到规定位置。

5.根据权利要求1所述的高拱坝智能曲线无人碾压施工系统，其特征在于：避障模块为避障雷达，设于无人碾压机的前端和后端，探测或感知障碍物，并反馈至无人碾压机控制模块。

6.根据权利要求1所述的高拱坝智能曲线无人碾压施工系统，其特征在于：无人碾压机控制模块将实际行驶轨迹与预设轨迹进行比对，判断碾压是否完成。

7.一种高拱坝智能曲线无人碾压施工方法，其特征在于：按以下进行：

选择相应的碾压区域、设备机；读取仓位坐标，设置施工参数，施工参数包括摊铺宽度、区域数、次序数、碾压遍数；设定直线和曲线组合的碾压轨迹；

接收无人碾压轨迹设定模块信息，通过施工任务下发模块对无人驾驶碾压机进行控制，调节碾压机的方向盘和车速，结合实景图像使碾压机移动到规定位置；

接收报警模块和避障模块的信息，并对碾压轨迹轨迹做出调节；

识别行驶路线上的障碍并实时反馈至无人碾压机控制模块；

实时将无人碾压机的各个系统故障反馈至无人碾压机控制模块；将实际行驶轨迹与预设轨迹进行比对，判断碾压是否完成。

8.根据权利要求7所述的高拱坝智能曲线无人碾压施工方法，其特征在于：碾压轨迹的设定包括：

对单元工程仓号划分区域，规划浇筑条带，确定自卸车运输路线和曲线无人驾驶碾压车辆行驶路线，在混凝土运输到规定区域后，按先铺后碾条带顺序依次碾压。

9.根据权利要求7所述的高拱坝智能曲线无人碾压施工方法，其特征在于：还包括如下步骤：

在无人驾驶碾压区先行实施变态混凝土区掏槽，碾压期间完成变态区加浆和人工振捣，碾压完成后台车振捣再次复振；

完成对仓内输浆管路的改造，避免因浆管横穿上下游，中断碾压；

在冷却水管、横缝和诱导缝安装埋设时，混凝土的铺筑条带长度调整为一个坝段为区间，铺筑方向调整为前进式；提前一个坝段实施灌区预制块安装，由上下游端部卸料覆盖碾压料，快速形成机械车辆跨缝通道；采取错层埋设冷却水管或接缝灌浆系统。

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