淺析輔助駕駛技術在攤鋪施工中的應用

摘要：作為未來智能化、數字化、網聯化攤鋪施工的發展方向，輔助駕駛、無人攤鋪已經得到了路面施工領域各方的關注。介紹國內外，行業內外輔助駕駛相關技術及取得成果，對當前輔助駕駛的先進技術進行了分析，以期為相關技術人員提供參考。

關鍵詞：輔助駕駛；無人攤鋪；攤鋪機；路面施工

0" "引言

隨著5G通訊技術和人工智能技術的快速發展，在當今大數據、云計算、物聯網等技術的加持下，汽車無人駕駛技術取得了突飛猛進的長足進步，百度、華為、一汽、特斯拉等國內外車企和科技公司紛紛布局無人駕駛領域。

根據美國汽車工程師協會制動的自動駕駛分級標準，自動駕駛可以分為L0至L5共六個級別。其中L1和L2級處于輔助駕駛階段，L3級及以上為自動駕駛階段。L3級別以上為目前公眾所認知的無人駕駛。實現無人駕駛其實并不難，關鍵在于車輛處理好各種突發情況和復雜的行駛場景。相比于汽車行業的無人駕駛，道路攤鋪施工場景相對汽車行駛場景要簡單很多，攤鋪施工的行進速度比較慢，施工場景為半封閉模式，因此在攤鋪施工中增加輔助駕駛技術，實現起來相對容易一些。

本文介紹國內外，行業內外輔助駕駛相關技術及取得成果，對當前輔助駕駛的先進技術進行了分析，以期為相關技術人員提供參考。

1" "路面攤鋪施工智能化技術現狀

近年來，隨著互聯網、物聯網、大數據、云計算、人工智能等為引領的新一代科技革命與交通產業的深度融合，一系列新的交通產業形態正在加速形成，為自動化建造技術的加速發展和交通運輸行業的轉型升級提供了技術支持。中央經濟工作會議也多次強調，要加大新型基礎設施建設進度，并把5G技術、人工智能、工業互聯網等定義為“新型基礎設施建設”。

路面施工的數字化和智能化是涵蓋人工智能、智能網聯車輛、數據中心、智能制造等諸多領域的綜合應用，高度契合科技型新基建要求，符合國家新基建的方向指引。利用現代智能技術與裝備，通過物聯網和人工智能等新興技術，對傳統路面施工工藝進行全面的數字化改造，最終實現建設過程的自動化、智能化、無人化，具有環境適應能力強、作業效率高、質量安全風險小、經濟效益好等突出特點。

數字化、智能化轉型升級是裝備制造業創新協同發展，構建產業新生態的必由之路。路面攤鋪施工中的輔助駕駛是施工過程自動化的關鍵環節。該環節的自動化意味著生產方式、溝通方式、管理方式、經營方式、思維方式的演變，可實現人機系統的自主化、協同化、最優化。通過新技術與實體經濟的深度融合，增強數據采集、管理、挖掘能力，使生產制造系統更加和諧，產品服務更加智能，質量基礎不斷夯實，價值品質不斷提升。路面自動化施工技術的成功應用，將為路面施工帶來更環保、安全的施工環境，創造更高效的施工作業方式，為中國道路建設提供高品質的質量保障。

在路面攤鋪施工中，攤鋪機駕駛員需要長時間坐在駕駛位上，時刻專注攤鋪機行駛方向與劃定基準線的一致性，在很大程度上增加了駕駛員的勞動強度和疲勞度，也限制了駕駛員在其他工作上的精力投入。攤鋪機實現自主行駛，既可減輕駕駛員的勞動強度，也可在某些特定施工場景，有助于提升路面施工組織管理的安全性。在攤鋪機無人駕駛的應用方面，國內部分主機廠家已與施工企業聯合做過攤鋪路演、攤鋪試驗。

從實際情況來看，目前的無人駕駛攤鋪機距離大面積推廣應用還有一定差距。攤鋪機用戶及駕駛員對無人駕駛技術不了解、不認可，在一定程度上造成了研發與應用脫節。

2" "路面攤鋪施工輔助導航系統方案

2.1" " RTK導航系統

2.1.1" "RTK導航系統組成

RTK（Real - time kinematic）載波相位差分技術，是一種新型實時處理兩個測量站載波相位差分的測量方法。它可將基準站采集的載波相位發給用戶接收機，再進行坐標求差解算。以前的靜態、快速靜態、動態測量，都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度。而RTK能夠在野外實時獲取厘米級定位精度的測量方法，它采用載波相位動態實時差分方法，是GPS應用的一個重大里程碑，它的出現為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新的測量方法，極大地提高了作業效率。

RTK輔助駕駛控制系統由導航控制器、差分GPS、導航平板和路徑采集器等組成，可實現攤鋪機在有人監控下的自主導航行駛控制過程。其中導航控制器主要完成路徑跟蹤任務。通過以太網采集差分GPS的信號，獲取車體位姿信息。同時通過Wifi與導航平板進行數據通訊，獲取路徑信息，執行路徑跟蹤算法，產生控制信號。控制信號通過CAN總線傳輸給車載控制器，最終由車載控制器通過控制車載液壓閥和機械結構，實現攤鋪機的自主導航行駛。

差分GPS作為高精度定位模塊，由采用RTK技術的GNSS導航系統組成，可提供厘米級定位精度與精準的航向信息。該信息通過有線以太網傳輸給導航控制器。導航平板通過路徑采集器和外部文件輸入獲取路徑信息，通過Wifi傳輸給導航控制器。同時獲取導航控制器信息，實現自動導航狀態下的遠程監控與遙控操作。路徑采集器為一套高精度差分GPS，用于采集路徑信息，通過Wifi傳輸給導航平板。RTK導航系統組成如圖1所示。

2.1.2" "RTK導航應用效果和存在的問題

施工前，提前將施工作業路徑數據采集到導航控制器中。在施工作業中，按照已規劃路徑信息控制攤鋪機實現自主行駛。通過實際施工效果來看，單純的使用RTK技術實現攤鋪機行駛精度控制還不能完全滿足施工需求。它在直線行駛時效果表現良好，但遇到彎道或山區，天氣不好等工況，誤差偏大，還需要通過植入算法來進行修正和補償。目前來看，其使用效果還無法實現完全脫離人員干預的自主行駛，精度偏差也會隨著施工現場環境因素變化而表現出不同級別的差異。盡管RTK技術已經發展這么多年，但其本身仍存在一定問題。如衛星狀況、電離層狀況、數據鏈電臺傳輸距離、周圍環境信號干、高程、儀器本身質量和精度等因素，都會對該技術使用產生一定影響，因此在現階段，若要在攤鋪機上實現自主行駛，并達到施工要求精度，單純依靠RTK技術還無法實現。

2.2" " 視覺引導導航系統

2.2.1" "視覺引導導航系統組成

該系統主要依托施工方在地面畫出的白灰線進行視覺識別，即通過高可靠性工業相機獲取白灰線外觀圖像 ，在邊緣控制器非實時系統中進行圖像分析處理、數據庫管理、數據信息存儲和對外發布。圖像處理的最終結果信息傳輸，通過相關操作系統內存通訊發送到對應組態軟件中。規劃出的駕駛路徑與攤鋪機本體車載控制器進行數據通訊。底層的執行檢測結果存儲在邊緣服務器本地數據庫，白灰線識別控制條件為工業攝像機抓拍和對應照明系統啟動信號、當前位置狀態等信息。視覺引導導航系統控制流程如圖2所示。

2.2.2nbsp; "導航駕駛應用效果和存在問題

視覺導航在較為理想的封閉場景內，能夠按照白灰線的軌跡實現較為理想的自主導航行駛，不管是直線行駛，還是彎道行駛，偏差和反應速度相比人工控制，效果不相上下。但在實際施工中，還是存在一定問題。首先是相機在測量距離方面，尤其是使用單個相機測距，測量誤差偏大。其次是光源的影響比較明顯，當光線突然變化時，相機測距誤差精度會發生變化。再次是當白灰線的形狀發生明顯變化時，相機識別的難度也相應增大。如上幾種主要影響因素的處理，都需要在軟件中通過多種算法進行糾正，并需要對所獲取的圖像進行反復訓練，才能夠得到較為理想的數據集。

2.3" " 激光雷達導航系統

2.3.1" "激光雷達導航系統組成

該系統也是通過對施工方在地面畫出的白灰線進行識別，使用激光掃描儀按照一定的角度范圍掃描施工白灰線。采集白灰線的具體位置信息，每采集完一次，數據上傳到邊緣控制器，再對數據預處理后，進行點云數據分析。然后計算白灰線與施工車之間的距離，把距離信息傳到車載控制器，進而控制攤鋪機的方向或者行駛狀態。激光雷達導航系統控制流程如圖3所示。

2.3.2" "導航駕駛應用效果和存在問題

在惡劣天氣施工時，例如霧天和雨天環境，瀝青煙塵等因素都會給激光雷達的測距帶來影響，最嚴重的就是沙塵暴天氣。作業過程中，激光掃描儀會掃到一定的點云噪點數據，對此通過相關算法去噪，便可以達到和晴朗天氣時掃描到相接近的點云數據（需要預留人工介入控制的接口）。

2.4" " 多傳感融合系統增強控制精度

單純的依靠某一項技術方案，很難達到路面攤鋪施工的控制精度要求，且極易受到外部因素干擾，如天氣，振動，光線，地形等。在此基礎上，有必要將多項形式感知系統進行融合，使其適應路面施工的復雜場景，達到更好的控制攤鋪機按照基準線行駛的目的。采用多傳感器數據融合技術，綜合雷達、視覺、RTK、慣性導航等技術方案，是實現未來攤鋪機自主導航行駛的發展方向。

3" "結語

攤鋪施工無人駕駛實現真正落地，不僅需要技術方面的突破，還需要滿足以下條件：一是購買和使用無人駕駛設備的成本，不能高于人工駕駛設備產生的成本；二是無人駕駛設備創造的價值，要高于人工駕駛設備創造的價值；三是系統要簡單易學，對操控人員專業知識素質要求不能太高；四是系統可靠性高，穩定耐用。技術的進步離不開應用場景的契合，要想在攤鋪施工中實現無人駕駛，還需要整個產業鏈給予這種新技術更多的支持。