淺析瀝青路面領域研究應用無人設備現狀

馬廣文

[上海浦東路橋（集團）有限公司，上海市 200135]

0 引 言

目前我國導航、物聯網、人工智能、網絡信息和5G 等技術快速發展，并且延伸至工程建設的各個領域，如瀝青路面施工領域，以無人機、無人駕駛鋪裝機械（攤鋪機、壓路機）為代表的智能化系統與設備技術逐步開始推動著瀝青路面施工向更加安全、經濟、環保和高效的方向發展。

本課題組在大量調研基礎上，系統性地梳理了近年來，尤其是近兩三年內瀝青路面領域智能化施工技術研究與應用的成果，以期為行業持續、高速向無人化、智能化方向轉變提供參考。

1 無人機應用研究

當前用無人機輔助瀝青路面施工的研究與應用尚處于初步階段，多以搭載滿足某些單一功能信息采集設備或系統為主。

1.1 搭載紅外系統

在河惠莞高速公路紫惠段的瀝青面層施工過程中，相關研究人員將紅外探測系統安裝于無人機上，用于探測實時瀝青路面施工材料溫度，并指導施工人員實測溫度信息，微調施工參數，如攤鋪速度、碾壓跟進速度等，以達到均勻控制施工材料溫度目的。熊春龍等[1]利用無人機搭載紅外攝像機，全方位、多角度拍攝壓路機壓實瀝青路面過程中的路表紅外圖像，用于獲取瀝青路面壓實信息并及時調整施工工藝，以提高瀝青路面壓實施工質量。

1.2 搭載激光雷達

孫權等[2]借助無人機搭載激光雷達，對部分瀝青道路的路面狀況進行遙感數據收集，并結合隨機森林分類算法，構建用于識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瀝青道路的實踐表明，利用無人機和隨機森林分類算法所構建模型對塌陷、坑洞等病害目標的識別精度高達92.3%。

此外，還有少數研究人員嘗試讓無人機直接參與瀝青路面施工。常虹[3]利用無人機傾斜攝影或三維掃描儀創建基于前一施工基礎面的三維BIM 模型，并聯合放樣機器人修正基礎面的平整度，以達到精準有效控制瀝青路面鋪裝厚度目的。邱海云[4]開發了利用無人機拍攝功能（搭載多個攝像頭和導航裝置），協助具有自動熔化破損瀝青路面、下料、壓實修補等功能的智能瀝青修補系統，實現了智能修復瀝青路面。

2 無人鋪裝設備應用研究

近幾年來，國內一些大型工程機械企業聯合高校、施工企業，初步開發出主要包含了衛星接收機、5G 通訊芯片、微波通訊主機、信號接收天線、處理器、交換機、軟件、避障雷達、溫度探測裝置、測距傳感器等組部件的瀝青路面智能化施工系統。該類系統一般涉及振動、行走、轉向、制動和其他輔助功能中的幾種功能，且具有單機區域定位、移動定位、姿態感知、障礙感知等特色。

2.1 研究情況

李青洋等[5]研究了由攤鋪機械、壓路機、基站和控制程序等組成的瀝青路面智能化施工系統，不僅使設備使用功能智能化，而且智能化控制了瀝青路面的施工作業，施工結果滿足瀝青路面設計規范要求。謝銳[6]以某高速公路500 m 瀝青路面試驗段為載體，闡述與分析了由智能化成套設備與數字化施工平臺組成的瀝青路面智能施工系統。該體系借助北斗導航系統，根據道路設計數據，不僅實現了自動駕駛，而且在3D 激光找平系統協助下完成了瀝青混凝土材料的攤鋪及壓實作業。卞永明等[7]針對無人駕駛壓路機所出現的路徑跟蹤誤差影響整體壓實質量問題，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場自動壓實試驗對比研究，研究結果表明該算法對無人駕駛碾壓有更為良好且有效的控制性能。李曉騰[8]研究與設計出一套基于數傳電臺的無人駕駛壓路機遠程監控系統，其中包括針對無人駕駛壓路機整車性能的評價指標體系和評價方法，以及與無人駕駛壓路機相配套的整車性能評價模型。

2.2 應用試驗

隨著瀝青路面施工領域無人攤鋪與碾壓設備、系統及評價方法等方面研究的快速穩定與成熟，近2年來，瀝青路面無人智能化施工試驗呈現出井噴趨勢，無人鋪裝瀝青路面應用屢見于高速公路或市政道路項目（見表1），且應用效果非常好，不僅路面施工質量滿足規范和設計要求，而且充分驗證了無人智能化施工瀝青路面設備、系統的可行性與可靠性。

表1 近2 年來國內應用無人鋪裝瀝青路面代表性項目統計表

3 結 論

（1）利用無人機搭載相關監測設備的研究與應用相對比較成熟，可輔助完成對瀝青路面鋪裝厚度、壓實度、溫度等方面的質量控制，以及瀝青路面病害識別。

（2）無人機直接參與瀝青路面施工還處于研究階段，尚無應用。

（3）無人駕駛瀝青路面攤鋪與碾壓設備的系統研究已向更加深入、系統和全面等方向發展，已有研究者提出如無人駕駛設備整車評價方法、指標和模型等研究成果。

（4）國內少數大型工程機械企業不但開發出無人駕駛的瀝青路面攤鋪及碾壓設備，還于近2 年內進行了集中路試，實施結果基本達到了預期目標，即控制精度更高、更安全、經濟和環保。