一种基于栅格化的无人驾驶压路机作业路径规划方法及系统与流程

1.本发明涉及压路机无人驾驶领域，尤其涉及一种基于栅格化的无人驾驶压路机作业路径规划方法及系统。


背景技术：

2.沥青路面压实主要目的是将摊铺后的沥青混合料通过压路机组合压实进而达到紧密、密实的状态，对成型后的路面服役质量有很大影响。近些年，在碾压过程中采用无人驾驶技术并成功应用的案例逐渐增多，该技术的优点是避免人工作业存在无法连续作业、夜间作业困难、操作人员人身安全的等问题，在保证碾压质量的同时可以有效提高碾压效率。
3.公开号为cn11947664 a、cn113406954 a的发明专利分别提出了相应的无人驾驶压路机路径规划方法，两者均采用确定作业区边界、确定碾压道、压路机进行施工的技术思路。但在沥青路面的现场施工过程中，碾压压路机是紧跟摊铺作业进行的，具体分为初压、复压和终压三个碾压步骤，目前，现有技术的规划方案未具体分类考虑不同碾压步骤的碾压路径，根据各个步骤的作业目的以及规范要求说明。三个步骤中，根据施工条件可省略初压步骤，终压步骤的意义在于整平碾压轮迹，因此，在路面碾压施工过程中对压实效果具有实质意义的是复压步骤，其对于碾压质量的影响不容忽略。而现有技术中，无人驾驶压路机路线规划方案的研究重点集中在避障、碾压有效长度等因素，未能将碾压过程中的压实质量考虑在内。


技术实现要素：

4.发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于栅格化的无人驾驶压路机的路径规划方法，同时还提供一种基于栅格化的无人驾驶压路机作业路径规划系统，能够提高复压步骤的碾压效率和压实质量。
5.技术方案：一种基于栅格化的无人驾驶压路机作业路径规划方法，包括如下步骤：
6.(1)对施工层路面平面进行栅格化处理；
7.(2)设计压路机循环路线：
8.(2.1)以压路机工作宽度为循环路线的路径宽度，以摊铺机已经摊铺里程内未完成压实长度为循环路线的路径长度；
9.(2.2)根据施工层路面宽度、压路机作业宽度以及压路机数量设置循环路线模式，所述循环路线模式包括直线往复模式、环形闭环模式、“8”字型闭环模式、蛇形闭环模式中的一种或多种；
10.(3)实时获取压路机在施工层路面平面中的位置信息，构建压路机运动模型，根据碾压的工艺要求，控制压路机按照循环路线模式进行施工作业；
11.(4)实时获取各个栅格的碾压信息，判断各个栅格的碾压情况，当栅格满足碾压工艺要求时，完成该栅格的碾压工作，压路机实时调整碾压路径，不再对该栅格进行碾压。其
中，所述碾压信息是指碾压遍数。
12.具体的，所述直线往复模式为压路机沿摊铺方向往复碾压。
13.所述环形闭环模式为压路机沿摊铺方向的第一碾压带正向碾压，在行驶至距离摊铺机预设距离处转弯掉头，沿与第一碾压带重叠1/3～1/2的第二碾压带反向碾压，行驶至出发点，形成环形闭环路线。
14.所述“8”字型闭环模式为压路机沿摊铺方向的第一碾压带正向碾压，在行驶至距离摊铺机预设距离处转弯掉头，沿与第一碾压带重叠1/3～1/2的第二碾压带反向碾压，行驶至出发端后继续转弯掉头，沿与第二碾压带重叠1/3～1/2的第三碾压带正向碾压，行驶至距离摊铺机预设距离处转弯掉头，回到第二碾压带进行反向碾压，行驶至出发点，形成“8”字型闭环路线。
15.所述蛇形闭环模式为压路机沿摊铺方向的第一碾压带正向碾压，在行驶至距离摊铺机预设距离处转弯掉头，沿与第一碾压带重叠1/3～1/2的第二碾压带反向碾压，行驶至出发端后继续转弯掉头，沿与第二碾压带重叠1/3～1/2的第三碾压带正向碾压，行驶至距离摊铺机预设距离处转弯掉头，沿与第三碾压带重叠1/3～1/2的第四碾压带反向碾压，行驶至出发端后继续转弯掉头，沿与第四碾压带重叠1/3～1/2的第五碾压带正向碾压，以此类推，形成蛇形路线；在该蛇形路线的基础上，沿其对称路径返回至出发点，形成蛇形闭环路线。
16.进一步的，为适应于摊铺机的连续不间断作业，压路机动态改变循环路线模式中的转弯掉头位置。其次，根据栅格的碾压情况，压路机动态改变循环路线模式的出发点，从而避免超压。
17.一种用于所述无人驾驶压路机作业路径规划方法的无人驾驶压路机作业路径规划系统，包括：
18.第一处理模块，用于对施工层路面平面进行栅格化处理；
19.第二处理模块，用于设计压路机循环路线：
20.以压路机工作宽度为循环路线的路径宽度，以摊铺机已经摊铺里程内未完成压实长度为循环路线的路径长度；
21.根据施工层路面宽度、压路机作业宽度以及压路机数量设置循环路线模式，所述循环路线模式包括直线往复模式、环形闭环模式、“8”字型闭环模式、蛇形闭环模式中的一种或多种；
22.控制模块，和压路机的动力系统、转向机构电连接；所述控制模块实时获取压路机在施工层路面平面中的位置信息，通过构建压路机运动模型，根据栅格的碾压工艺和碾压情况，控制压路机按照循环路线模式施工作业，并不断调整压路机的施工路径；
23.第三处理模块，用于实时获取各个栅格的碾压信息，并将碾压信息实时反馈至控制模块，由控制模块判断各个栅格是否满足碾压工艺要求，当栅格满足碾压工艺要求时，完成该栅格的碾压工作，压路机实时调整碾压路径，不再对该栅格进行碾压。
24.和现有技术相比，本发明具有如下显著进步：
25.(1)以碾压步骤为出发点进行压路机的路线规划，更符合实际施工要求，使无人驾驶技术更好地应用于道路路面碾压。
26.(2)采用栅格化提高压路机无人驾驶施工的质量和效率；一方面，栅格化后的碾压
信息(碾压遍数)表征了压实信息，通过实时获取各个栅格的压实信息，有效监控施工区域的压实质量；同时，利用施工过程数据对无人驾驶压路机在压实质量的维度进行路线规划和引导，形成动态的循环路径，避免了欠压、超压等问题，保证路面压实质量，进一步提高复压的压实水平。
附图说明
27.图1为本实施例的一种直线往复循环路径；
28.图2为本实施例的一种环形闭环循环路径；
29.图3为本实施例的一种“8”字型闭环循环路径；
30.图4为本实施例的一种蛇形闭环循环路径；
31.图5为压路机动态改变转弯掉头位置的路径示意图；
32.图6为采用“直线往复循环+环形闭环循环”模式的碾压施工示意图；
33.图7为压路机动态改变转弯掉头位置，同时根据碾压情况动态改变出发点位置的路径示意图；
34.图8为本实施例的一种基于栅格化的无人驾驶压路机作业路径规划系统的结构示意图。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例，详细阐明本发明的技术方案。
36.一种基于栅格化的无人驾驶压路机作业路径规划方法，包括如下步骤：
37.步骤1：对施工层路面平面进行栅格化处理，将路面平面划分为矩阵形式的n个边长为wn的正方形栅格阵。
38.步骤2：根据施工层路面宽度、压路机作业宽度以及压路机数量设计无人压路机动态循环路线。
39.具体的，以压路机工作宽度为循环路线的路径宽度，以摊铺机已经摊铺里程内未完成压实长度为循环路线的路径长度。本实施例提供如下4种循环路线：
40.直线往复循环模式：压路机沿摊铺方向往复碾压作业(见图1)。
41.环形闭环循环模式：压路机沿摊铺方向碾压，在行驶至距离摊铺机预设距离处转弯掉头，在与碾压带重叠1/3～1/2的相邻碾压带返回进行碾压作业，行驶至出发点后转弯掉头，形成环形路径闭环(见图2)。
[0042]“8”字型闭环循环模式：压路机沿摊铺方向碾压，在行驶至距离摊铺机预设距离处转弯掉头，在与碾压带重叠1/3～1/2的相邻碾压带返回进行碾压作业，行驶至出发点后转弯掉头，继续在与当前碾压带重叠1/3～1/2的相邻碾压带返回进行碾压作业，行驶至距离距离摊铺机预设距离处转弯掉头，回到出发点，形成“8”字型路径闭环(见图3)。
[0043]
蛇形闭环循环模式：在循环模式三的基础上，压路机按照蛇字形路径进行碾压作业，其相邻碾压带均重叠1/3～1/2(见图4)。
[0044]
步骤3：实时获取压路机在施工层路面平面中的位置信息，构建压路机运动模型，根据碾压的工艺要求，控制压路机按照循环路线模型进行施工作业。
[0045]
步骤4：实时获取各个栅格的碾压信息，碾压信息用于表征栅格的碾压情况，碾压
信息具体为碾压遍数。通过栅格化可实时反映各个栅格的碾压信息，当栅格碾压遍数满足工艺要求后，压路机不再对该栅格进行碾压，认为碾压完成。
[0046]
优选的，根据规范要求，摊铺机采用连续不间断作业模式，故压路机的循环路线模式中的转弯掉头处会随着摊铺机的作业而动态变化(见图5)。此外，压路机还会根据栅格的碾压情况，动态改变各类型循环路线的出发点位置，从而避免过压。
[0047]
上述4种循环路线可单独实施，也可组合实施，结合如下实施例进行说明。
[0048]
施工情形：对一段两车道的沥青路面进行碾压施工，施工路段长为100m。已知施工层宽度为8m，压路机作业宽度为2m，压路机数量为3台。
[0049]
步骤1：对施工层路面平面进行栅格化处理，将路面平面划分为矩阵形式的800个边长为1m的正方形栅格阵。
[0050]
步骤2：根据施工层路面宽度、压路机作业宽度以及压路机数量设计无人压路机动态循环路线。
[0051]
具体的，无人压路机动态循环路线具体为以压路机工作宽度(2m)为循环路线的路径宽度，以摊铺机已经摊铺里程内未完成压实长度为循环路线的路径长度。
[0052]
进一步的，根据施工层路面宽度(8m)、压路机作业宽度(2m)以及压路机数量(3台)，采用“直线往复循环+环形闭环循环”相结合的施工模式(见图6)。
[0053]
直线往复循环模式：1台压路机沿摊铺方向往复碾压作业。
[0054]
环形闭环循环模式：2压路机沿摊铺方向碾压，在行驶至距离摊铺机2m处转弯掉头，在与碾压带重叠1/2(1m)的相邻碾压带返回进行碾压作业，行驶至出发点后转弯掉头，形成环形路径闭环。
[0055]
进一步的，根据规范要求，摊铺机采用连续不间断作业模式，故压路机的循环路线模式中的转弯掉头处会随着摊铺机的作业而动态变化。
[0056]
步骤3：实时获取压路机在施工层路面平面中的位置信息，构建压路机运动模型，根据碾压的工艺要求，控制压路机按照循环路线模式进行施工作业。
[0057]
步骤4：实时获取各个栅格的碾压信息，碾压信息用于表征栅格的碾压情况，碾压信息具体为碾压遍数。通过栅格化可实时反映各个栅格的碾压信息，当栅格碾压遍数满足工艺要求后，压路机不再对该栅格进行碾压，认为碾压完成。
[0058]
进一步优选的，除了动态调整转弯掉头位置，压路机还根据碾压完成的栅格动态改变各类型循环路线的出发点位置(见图7)。
[0059]
本发明还提供一种用于执行上述无人驾驶压路机作业路径规划方法的无人驾驶压路机作业路径规划系统，包括：
[0060]
第一处理模块101，用于对施工层路面平面进行栅格化处理。
[0061]
第二处理模块102，用于设计压路机循环路线。
[0062]
具体的，以压路机工作宽度为循环路线的路径宽度，以摊铺机已经摊铺里程内未完成压实长度为循环路线的路径长度。
[0063]
根据施工层路面宽度、压路机作业宽度以及压路机数量设置循环路线模式，循环路线模式包括直线往复模式、环形闭环模式、“8”字型闭环模式、蛇形闭环模式中的一种或多种，四种循环路线模式上文已做介绍，不再赘述。
[0064]
控制模块103，和压路机的动力系统、转向机构电连接，用于控制压路机的施工路
径。
[0065]
在施工作业过程中，各台压路机原则上遵循各自的固定路线模式行驶；如压路机数量有限，可根据路面的具体情况，控制同一压路机实施不同的路线模式。具体的，控制模块103通过实时获取压路机在栅格化处理的施工层路面平面中的位置信息，构建压路机运动模型，结合跟踪算法，控制压路机实现紧急避障以及路径切换(例如转向、掉头)等功能。同时，根据碾压工艺要求和第三处理模块104反馈的栅格碾压情况，控制模块103会不断调整压路机的施工路线。
[0066]
第三处理模块104，用于实时获取各个栅格的碾压信息，并将碾压信息实时反馈至控制模块103，由控制模块103判断各个栅格是否满足碾压工艺要求，当栅格满足碾压工艺要求时，完成对该栅格的碾压工作，控制模块103调整压路机的施工路线，不再对该栅格进行碾压。
[0067]
此外，本发明还提供一种无人驾驶压路机作业路径规划电子设备，其包括处理器、存储器和通信单元；处理器和存储器通过通信单元完成信息交互；处理器用于调用存储器中的可执行程序代码，以执行步骤(1)-(4)的无人驾驶压路机作业路径规划方法。
[0068]
上述存储器中的可执行程序代码可以通过软件功能单元的形式实现，当其作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以计算机软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0069]
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。