2020年8月31日,由河北高速公路集团有限公司、河北省高速公路京雄筹建处主办,重庆交通建设(集团)有限责任公司(以下简称:重庆交建)、徐工集团道路机械事业部承办的“交通强国 智领未来——京雄高速无人集群智能化施工观摩会”在河北雄安隆重召开,来自全国各省市高速公路领域的专家学者、企业代表等300余人汇聚一堂,共同见证了全球规模最大的无人驾驶设备集群智能化应用的最新成果。

京雄高速路面工程无人驾驶集群智能化施工观摩会现场

京雄高速项目介绍

工程概况 京雄高速公路既是雄安新区“四纵三横”高速公路网重要组成部分,也是连接北京城区和雄安新区最便捷的高速通道。其中,京雄高速公路SG2标段由重庆交建施工建设,工期24个月,计划于2021年6月30日建成通车。重庆交建制定了“世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位”十六字方针的项目总体目标,以保安全、保质量、保生态、保廉洁、保进度为总体要求,除了全力创建安全耐久、品质示范、绿色生态、资源节约的示范项目外,还将着力打造智能运维、车路协同的样板工程。

该标段总造价22. 53亿元,始自廊坊市固安县宫村镇, 终于保定市高碑店市张六庄乡, 主线全长36. 7km。该标段主要包括公路的底基层、基层、沥青面层、透层、黏层、同步碎石封层施工,以及收费站广场路面、路缘石、附属排水工程、路肩填土及硬化、中央分隔带护栏安装、通信管道铺设等公路配套设施的建设。

参会人员纷纷拿出手机记录无人驾驶压路机集群作业盛况

项目亮点 作为入选第1批交通强国的建设试点区域,雄安新区肩负着“打造推动高质量发展的全国样板,建设现代化经济体系的新引擎”的重大使命。因此,重庆交建制定了“质量零缺陷、安全零事故、项目保进度”的总体建设目标,运用前沿的管理措施和技术成果,大幅提升了施工现场管理的信息化水平和工程质量,效果显著。

首先,重庆交建通过开展智慧工地管理平台建设,运用数字化、在线化、智能化的技术手段,对物料、劳务、成本、安全、质量、进度等方面进行了智能化管理,实现了项目实施全过程的可视、可管、可控、可测,有效提升了项目部精益管理水平和人员工作效率;其次,利用路面物联网管理平台——RQS路面施工质量监测系统实时监控沥青混合料的拌和和运输,摊铺机的摊铺速度和温度,压路机的碾压遍数、速度和温度等数据,既能及时发现数据异常进行预警、纠偏,又能实现工程信息的存储、分析和查询,变被动“监督”为主动“监控”,实现了施工全过程的精准控制;然后,创新性地引入徐工无人驾驶集群施工技术,在摊铺机、压路机等设备上安装无人化机群硬件,有效解决了施工效率、成本、质量、安全、操控、监管等6大难题。

重庆交建路面公司总经理谭林宁接受媒体参访

徐工无人集群智能化施工技术

徐工无人集群智能化施工技术是徐工集团和清华大学共同开展的无人集群智能化技术的研发成果,借助5G、大数据、物联网等科技手段,将摊铺机、双钢轮压路机、单钢轮压路机、胶轮压路机等连为一个整体,形成内部数据共享、真机交互的无人化操控机群,在远程监控数据中心的帮助下,根据参数设置规划出最优的作业路径,并向机载控制系统输出控制指令,进而实现了复杂工况下压路机的智能化无人操控作业。

“无人集群智能化施工有效解决了我们在施工方面的效率、成本、质量、安全、操控、监管等方面的难点,更利于企业构建一个高标准、智能化、安全化的施工模式。”重庆交建路面公司总经理谭林宁在接受媒体采访时给与了徐工无人集群智能化施工技术很高的评价。

徐工无人集群智能化施工技术示意图

关键技术 徐工无人集群智能化施工技术已成功应用于攀大高速、雄安高速、柳南高速等工程项目,其关键技术主要包括:

1)无人驾驶集群系统。压路机无人驾驶集群系统主要由基础设置、车载分系统、远控分系统、数据采集终端组成,既能适应单车操纵模式,又能实现多车协同作业。该系统还可以在摊铺机、平地机、铣刨机等道路施工机械上拓展使用,实现多种模式的集群施工作业。

2)集群调度系统。集群调度系统由现场控制终端和应急终端组成,可实时接收远程监控装置发来的自动导航指令与遥控驾驶信息,从而实现对1台乃至多台压路机的实时控制。

3)车载分系统。车载分系统是整个自动驾驶系统的神经中枢和执行中心,可安装在摊铺机或压路机上,由定位测试终端、避障传感器、车载智能终端组成,协助压路机按设计好的规划路径完成施工工作。

4)数据采集终端。数据采集终端采用镁铝合金外壳设计,安放在施工现场预设位置形成坐标点,生成施工区域图,并完成作业任务的生成和规划。

5)集群应急终端。集群应急终端作为一项强行停止所有或部分压路机作业的安全措施,采用了工业无线遥控器和专门的通信链路,能够确保指令以最高优先级介入压路机控制总线,操控压路机完成紧急制动,保障施工人员和设施的安全。

压路机根据规划工作路径进行压实作业

6)北斗卫星参考站。北斗卫星参考站需在施工现场提前架设,利用实时北斗卫星信号差分数据,集成高精度定位模块,以提高压路机的定位导航精度。该设备配有手机控制软件,并具有数传电台、蓝牙、串口、4G等多种数据通信方式,操作简单,架设方便。

7)微波链路设施。微波链路设施将车载智能终端和现场控制终端在IP协议层进行联网,从而实现各控制终端在局域网下的信息互联互通,大大提高了系统的灵活性和可拓展性。

8)集群现场控制终端。集群现场控制终端通过工业控制电脑,以wifi链接形式介入由微波链路设备建立的无线局域网内,利用机群作业车载智能终端进行识别匹配、作业任务分配、远程启动与停止,可实时监控压路机初压、复压、终压的任务完成情况,并进行图像化显示。

9)定位测姿终端。定位测姿终端采用分体式设计,将卫星天线安装在压路机钢轮外框架上,配备了集高精度定位定向模块、惯性导航模块、数传电台、4G于一体的主机,支持卫星导航系统,可实时接收北斗卫星参考站传输的差分数据,提供高精度的位置和航向信息。

10)集群车载智能终端。集群车载智能终端采用工业级控制电脑作为无人驾驶系统的大脑,首先接收现场控制终端发送的任务信息,自动生成作业任务并获得行驶规划路径,然后在控制终端的指示下启动压路机开始工作。在工作过程中,车载智能终端根据定位测姿终端提供的高精度位置、航向信息及避碰雷达的报警信息,计算车辆与当前目标位置的偏差,实时控制车辆的行进和转向,最终控制压路机按预期完成轨迹跟随、多模式碾压、质量监控、安全停车等工作。

4台单钢轮压路机正在进行同步协同压实作业

核心功能 徐工无人集群智能化施工技术主要包含在以下核心功能:

1) 作业区域现场智能测量与规划;

2) 机群作业任务生成、下发及工作路径规划;

3) 驾驶员离车状态下控制压路机的启停;

4) 压路机行驶状态的实时感测和控制;

5)对工作任务实施进度跟踪和质量评价,实现数字化、图形化显示;

6) 在作业区域内,调度多台压路机同步协同作业,实时监控设备避障情况。

技术优势 徐工无人集群智能化施工技术有效弥补了传统有人驾驶设备施工作业的诸多不足,技术优势显著,主要体现在以下几个方面:

1)可实现长时间作业,施工速度显著提高;

2)有效减少了驾驶人员数量,降低了人员成本;

3)在车体前后4个角落配备集群避碰传感器,可有效避碰其他设备和现场人员,施工安全性高;

4)可在高温、极寒、塌方、碎石、爆炸等极端条件和高危环境下施工,人员安全得到有效保障;

5)降低了人员误差,可有效保证摊铺质量和平整度,大幅度提升了施工质量;

6)不受夜间光照差的影响,提高了施工效率,缩短了施工周期,大大节省了作业时间与成本。

主要设备 徐工集团已经拥有成套的无人化驾驶技术与装备,并且通过了实验室和施工现场等多重考验。目前,徐工集团生产的XS183S、XS203S、XS223S、XS263S、XS265S、XS303S、XS365S、XS395S单钢轮压路机,XP265S, XP305S轮胎压路机和XD123S、XD133S、XD143S钢轮压路机等机型均可配置无人化系统。

目前,道路建设的关键技术已逐步实现了信息化、数字化和智能化。作为工程机械技术革新的重要方向,无人驾驶作业方式会随着5G、大数据、物联网等技术的广泛应用而得到加速发展。在徐工集团为代表的工程机械制造企业不断地技术探索下,无人驾驶技术必将加速实现技术的成熟并得到广泛应用。相信未来,会有越来越多的无人操控设备将在祖国的交通强国建设中做出更多、更大的贡献。

(通讯员 吴俊杰 刘雨辰 夏永强)

注:本文刊载于《市政技术》2020年第6期,第4--6页