一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法及系统与流程

本发明涉及道路工程，尤其涉及一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法及系统。

背景技术：

1、压实是道路建设的关键步骤，有效的压实技术对于保证路面施工质量有重要作用。传统的道路压实作业模式以人力操控设备为主，容易导致精度控制不足、效率低和成本高等问题。此外，由于压实作业中存在人为失误，造成压实不足，导致实际作业不满足规范要求。为了使路面整体施工质量满足要求，在整个路面采用统一的压实模式至关重要，包括控制压实轨迹、压实次数、行驶速度和压实重叠距离等。近年来，数字化、自动化和人工智能等技术正在快速发展，正在逐步重塑道路建设领域。路面压实的智能化和自动化能够有效提高施工质量、提高施工效率和减少人力成本。

2、早期的压路机自动化研究主要集中在施工和运行状态感知上，主要涉及压路机的压实轨迹跟踪。此外，许多学者对压实轨迹的计算生成进行了深入研究，提出了基于施工规则的各种轨迹规划算法。然而，现有研究主要集中在单个压路机的轨迹规划与控制上，而实际道路施工往往涉及多台设备的配合。关键的难点在于为多个压路机分配轨迹并对其压实作业进行协同控制。针对这一挑战，一些制造商对多个无人驾驶压路机的轨迹规划和避障进行了研究和测试。然而，在实际应用中，如何有效降低不同滚筒运行速度差异带来的安全风险仍然具有挑战性，且存在的安全风险会影响无人驾驶压路机集群协同作业时的工作效率。

3、因此，亟待设计一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法及系统，解决上述现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或者改进需求，本发明提供了一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法及系统，其目的在于提高无人驾驶压路机集群协同作业时的工作效率和安全性。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1：采集压实区域数字化信息，所述压实区域数字化信息包括压实区域的起终点位置、压实宽度、边界，计算形成无人驾驶压路机集群进行压实作业的范围；

5、s2：根据步骤s1计算形成的无人驾驶压路机集群进行压实作业的范围确认无人驾驶压路机集群的无人化作业方案，所述无人化作业方案包括队列式协同作业方案和排队式协同作业方案，所述队列式协同作业方案将无人驾驶压路机集群分成多个编队形式同步进行压实作业，所述排队式协同作业方案将无人驾驶压路机集群按照先后顺序执行同一条作业轨迹；

6、s3：将压实区域划分成多个工区，计算单个工区内每台无人驾驶压路机的作业轨迹，所述作业轨迹包括直线压实轨迹、曲线换道轨迹、曲线换工区轨迹和退出压实区域轨迹；

7、s4：获取每台无人驾驶压路机的移动方向~和当前轨迹的执行率~，执行无人驾驶压路机集群轨迹控制策略，控制每台无人驾驶压路机的运行状态，使所有无人驾驶压路机保持同步向同一方向行驶，实现无人驾驶压路机集群的协同作业。

8、作为本技术的一实施例，所述步骤s1具体包括：

9、通过rtk基站和rtk移动站收集压实区域的起点的经纬度；

10、沿着压实前进的方向，每隔10~20米采集压实区域边界点的经纬度和压实区域终点的经纬度；

11、计算形成无人驾驶压路机集群进行压实作业的范围。

12、作为本技术的一实施例，所述步骤s2中无人驾驶压路机集群的无人化作业方案具体包括：

13、队列式协同作业方案：把无人驾驶压路机集群分成多个队伍，同步进行压实作业，同一队伍的无人驾驶压路机并排进入压实区域的工区中同步进行压实作业，队伍完成当前工区的作业后，同步进入下一个工区进行压实作业。

14、排队式协同作业方案：无人驾驶压路机集群按照先后顺序，以相同的轨迹，在相邻两台无人驾驶压路机的横向距离大于3m时进行压实作业，若当前存在无人驾驶压路机需要切换工区时，其余无人驾驶压路机停止行驶，让当前无人驾驶压路机完成工区切换。

15、作为本技术的一实施例，所述步骤s3具体包括：

16、s31：将压实区域按照规定的长度划分成多个工区；

17、s32：无人驾驶压路机沿着直线压实轨迹向前行驶到当前工区终点后，沿直线压实轨迹向后行驶回当前工区起点，所述直线压实轨迹由间隔20cm的轨迹点构成，计算单个工区内的直线压实轨迹数量，其计算公式为：

18、

19、其中，表示直线压实轨迹的数量，为压实宽度，表示无人驾驶压路机在相邻两条直线轨迹上压实造成的重叠区域的宽度，表示无人驾驶压路机的宽度；

20、s33：无人驾驶压路机在当前直线压实轨迹行驶完成后，通过曲线换道轨迹，切换至单个工区内相邻的下一条直线压实轨迹，所述曲线换道轨迹由三次贝塞尔曲线构建，其计算公式为：

21、

22、其中，是贝塞尔曲线上的点的位置，是位置参数，为二项式系数，表示曲线的起点，表示曲线的终点，和表示控制点，用于控制曲线的形状和方向；

23、s34：无人驾驶压路机在当前工区内的最后一条直线压实轨迹行驶结束后，通过曲线换工区轨迹切换至下一个工区，直至在最后一个工区行驶结束后，通过退出压实区域轨迹退出压实区域，完成压实作业。

24、作为本技术的一实施例，所述步骤s4中执行无人驾驶压路机集群轨迹控制策略具体包括：

25、s41：获取每个压路机的移动方向~和当前轨迹的执行率~，其中，~表示第1~n台无人驾驶压路机的行驶方向，当前轨迹的执行率~表示第1~n台无人驾驶压路机在当前执行轨迹的完成程度，当前轨迹执行率的计算公式为：

26、

27、其中，表示当前轨迹中已执行的轨迹点个数，表示当前轨迹中轨迹点的数量；

28、s42：统计分析主行驶方向的无人驾驶压路机组，和与主行驶方向相反的无人驾驶压路机组，构建一组存在潜在危险的压路机组；

29、s43：对于每个轨迹点，根据无人驾驶压路机的长度和宽度构建矩形边界，搜索并找出和中的矩形边界有交集的冲突组合，所述冲突组合为和，并将和从和放入中；

30、s44：对于在中，当前轨迹执行率小于100%的无人驾驶压路机，将控制状态设置为“0”，表示不进行任何命令控制，当前轨迹执行率达到100%时，控制状态设置为“1”，表示发出停止命令；

31、s45：对于在中的无人驾驶压路机，控制状态设置为“0”，当无人驾驶压路机正常运行并切换到主行驶方向时，离开并进入中；

32、s46：对于在中的冲突组合和，根据其处于矩形边界重叠区域往外5米的安全位置，计算该情况下的轨迹执行率和的轨迹执行率；

33、s47：根据轨迹执行率和分别确定轨迹控制策略；

34、s48：若为空集，则迭代所有的无人驾驶压路机；如果有控制状态为“0”的无人驾驶压路机且处于停止状态，则发出批量启动命令；

35、s49：如果所有无人驾驶压路机的控制状态为“1”，则发出同时启动命令，并将所有无人驾驶压路机的控制状态设置为“0”。

36、作为本技术的一实施例，所述步骤s47中根据轨迹执行率和分别确定轨迹控制策略具体包括：

37、当的当前轨迹执行率≤时，未进入边界重叠区域，此时若轨迹执行率达到，控制状态设置为“1”，当的当前轨迹执行率达到100%时，控制状态设置为“1”，然后，和移出，并根据主行驶方向被放入和中；

38、当的当前轨迹执行率>且的当前轨迹执行率≤时，已进入边界重叠区域，此时若到达，控制状态设置为“1”，直至恢复正常规则运行并切换到主行驶方向，然后，和移出，并根据主行驶方向被放入和中；

39、当的当前轨迹执行率>且的当前轨迹执行率>时，和都已进入边界重叠区域，此时冲突无法避免，需要人工进行干预。

40、本技术还提供了一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制系统，系统采用上述任一技术方案的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法，所述系统包括无人驾驶压路机集群和控制中心，所述无人驾驶压路机集群加装有多个装备，所述控制中心用于实现无人驾驶压路机集群的通讯、定位和控制。

41、作为本技术的一实施例，所述无人驾驶压路机集群加装的多个装备包括：

42、云服务器：用于无缝集成轨迹规划算法和协作控制算法；

43、lte通讯模块：用于实现控制中心和无人驾驶压路机之间的通信；

44、rtk定位模块：用于收集无人驾驶压路机的实时位置数据；

45、角度传感器、加速度传感器、中控机：用于控制无人驾驶压路机的运行状态，所述无人驾驶压路机的运行状态包括点火、启动、停止、熄火、加减速、转向。

46、本发明的有益效果为：

47、本发明首先通过对压路机集群加装装备实现无人化升级改造，通过控制中心实现压路机集群的通讯、定位和控制，然后收集无人驾驶压路机集群进行压实作业所需的信息，确认无人驾驶压路机集群的作业方案，计算每台无人驾驶压路机的作业轨迹，最后执行无人驾驶压路机集群轨迹控制策略，控制每台无人驾驶压路机的运行状态，避免无人驾驶压路机之间发生碰撞，实现无人驾驶压路机集群的协同作业，有效提高了无人驾驶压路机集群协同作业时的工作效率和安全性，可应用于道路工程施工现场，执行先进、高效、安全的道路路面压实作业。

技术特征：

1.一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法，其特征在于，所述步骤s2中无人驾驶压路机集群的无人化作业方案具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：

5.一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制系统，其特征在于，系统采用如权利要求1-4任意一项所述的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法，所述系统包括无人驾驶压路机集群和控制中心，所述无人驾驶压路机集群加装有多个装备，所述控制中心用于实现无人驾驶压路机集群的通讯、定位和控制。

6.根据权利要求5所述的一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制系统，其特征在于，所述无人驾驶压路机集群加装的多个装备包括：

技术总结
本发明公开了一种面向安全的无人驾驶压路机集群轨迹控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1：采集压实区域数字化信息，计算形成无人驾驶压路机集群进行压实作业的范围；S2：确认无人驾驶压路机集群的无人化作业方案；S3：将压实区域划分成多个工区，计算单个工区内每台无人驾驶压路机的作业轨迹；S4：执行无人驾驶压路机集群轨迹控制策略，控制每台无人驾驶压路机的运行状态，使所有无人驾驶压路机保持同步向同一方向行驶，实现无人驾驶压路机集群的协同作业。本发明通过控制每台无人驾驶压路机的运行状态，使所有无人驾驶压路机保持同步向同一方向行驶，有效提高了无人驾驶压路机集群协同作业时的工作效率和安全性。

技术研发人员：符颖丽,关宏涛,向晖,吴浩,金永权,张金龙,夏达东,崔健,陈博
受保护的技术使用者：中建三局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23