CN105137997A - 水利施工振动碾压机自动驾驶***与方法 - Google Patents

Abstract

水利施工振动碾压机自动驾驶***与方法，***包括远程监控装置与机载自动控制装置，远程监控装置依据建设工程的3D数字模型人机交互规划作业区域、导航线路；通过无线通讯方式接收碾压机的位置、速度、转向等数据以及作业环境视频信息，同时向机载自动控制装置发送自动导航数据与指令；还可以根据接收紧急处理请求情况人机交互远程操纵碾压机；机载自动控制装置实时接收远程监控装置发来的自动导航指令、遥控驾驶信息，并与机载RTK-GPS、传感器等仪器检测的位置、速度、转向角度等信息比较，偏差经PID算法调整后传送至电动方向盘、电动油门以及电动刹车制动等执行元件，控制振动碾压机完成期望的碾压作业；本发明自动驾驶与人工驾驶兼容。

Description

水利施工振动碾压机自动驾驶***与方法

技术领域

本发明属于水利施工机械技术领域，特别涉及一种水利施工振动碾压机自动驾驶***与方法。

背景技术

我国水利工程建设已经实现机械化，对于土石方、碾压混凝土等填筑工程，由于振动碾压机具有压实效果好、生产效率高等优点得到了广泛应用。但水利工程施工工艺复杂、作业条件差以及操作单一枯燥，振动碾压机操作人员容易出现操作失误或误差，造成作业面筑坝料压实密度不足，影响施工建设质量。

为了减少振动碾压机操作人员劳动强度、提高碾压机施工质量，最早长沙矿山研究院于1995年研制成功了遥控无人驾驶重达19吨的大型振动压路机，并应用于矿山道路建设。这台无人驾驶设备由控制台的无线电发射装置发射信号，机载装置接受信号并控制机器完成各种作业。国外没有相应的重型无人驾驶碾压机，仅1998年出现一台自重2吨的无人驾驶压路机。随后国防大学与湖南湘潭江麓工程机械有限公司联合于2000年自主研制成功了重为12.6吨高性能无人驾驶振动压路机，在施工范围内能够自主完成点火、起步、变速、转向、倒车、停车等基本操作，尤其是能够根据施工场地的软硬程度调整振动等级，有效地提高了施工效率和压实质量。以上国内研制的两种无人驾驶振动碾压机都要求操作人员在百米范围之内具备通视条件遥控作业。由于无人驾驶振动碾压机没有自动导航功能，行驶轨迹控制精度不高，且不能实现远距离遥控功能。

近年来，宝马、三一重工等国内外企业研究以振动参数自动调节控制技术为核心，以计算机、通讯网络以及GPS为基础，进行压实信息实时采集、处理、分析和管理综合振动碾压机***。这种智能压实技术借助机上传感***对压实作业过程与环境进行连续的控制和一定的分析，自动提取最佳控制参数，并在实施过程中判断压实效果，进行修正，从而使压实作业始终处于最佳状态。通常现场布点测试压实质量很难发现较软和较硬地面区域及其与平均坚硬程度间的差异，而采用连续压实控制技术可使整个作业面压实质量得到连续监测和控制。

为了解决水利工程土石坝填筑碾压施工过程缺乏连续监控技术的难题，武汉大学、天津大学先后研制了土石填筑工程施工质量差分GPS监控***。这项技术通过土石料碾压试验事先确定土石料压实需要的碾压遍数，然后通过实时监控安装在碾压机上的GPS流动站，并每秒依次将检测数据即振动碾压机的位置、行驶轨迹、碾压遍数可以非常精确地记录、存储，尤其重要的是可以对检测资料进行分析，计算出碾压参数。通过GPS***监控振动碾压机压实作业减少了施工干扰，提高了施工效率。这项技术已经在我国土石坝、碾压混凝土坝等填筑施工中得到成功应用。最近，清华大学发明了一种智能碾压机器人，基于GPS、土石料密实度在线检测技术以及压实新理论，可以类似人那样依据碾压材料自适应调整碾压机振动参数，具有智能化特征。

振动碾压机装配GPS***虽然可根据碾压轨迹、碾压遍数保障施工质量，但还没有技术方法主动避免相邻作业面间出现漏碾、交叉重复碾压等现象，即无法对碾压机行驶轨迹进行精确控制。这些问题同样存在于前述无人驾驶振动碾压机施工作业。对于漏碾需要事后进行补充碾压，但对于重复碾压则将造成过压的施工问题。这些困难问题出现的原因是施工碾压作业完全由碾压机驾驶员经验操控，依靠作业面划线作为导航标记，完全没有高精度导航等技术辅助驾驶。因此，振动碾压机的自动化施工技术有待提高。

目前，汽车行业自动驾驶技术发展迅速，尤其是无人驾驶技术得到了广大汽车厂商和互联网公司的重视，以谷歌的无人驾驶汽车最为突出。但由于公路交通路况复杂、相关配套技术设施不成熟等因素限制，目前无人驾驶汽车还没有得到实际应用。除航空领域无人机自动驾驶技术成熟外，农业领域拖拉机的自动驾驶技术发展也较为成熟。美国天宝、拓普康的自动导航驾驶设备应用较为广泛。国内华南农业大学、福田雷沃重工也先后成功研制了基于RTK-GPS自动导航控制***，解决了“播行不直、接行不准”的瓶颈问题。拖拉机自动驾驶***只需驾驶员控制油门、制动刹车踏板，不需掌握方向，导航***一次设定，长期使用，实现了农业精细化作业。

水利工程建设不同于农业耕作、航空飞行等领域。后者由于作业环境固定，都可以采用事先准备的电子地图规划导航线路，特别是制定的导航路线可以重复使用；而前者水利工程建设的特点是作业面环境随着工程建设进程不断变化，导致规划导航线路需要跟踪建设场地作业面地图，而所需场地工作面地图并不是事先确定的，需要根据施工进度确定。因此，水利工程振动碾压机施工自动导航***需要根据工程建设进度与作业场地不断规划更新作业面地图与导航线路。目前国内外水利工程领域还没有相应的振动碾压机导航控制***以及自动驾驶技术。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水利施工振动碾压机自动驾驶***与方法，可实现振动碾压机精确导航自动驾驶与遥控驾驶技术，且与人工驾驶兼容。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水利施工振动碾压机自动驾驶***，包括远程监控装置和机载自动导航控制装置，远程监控装置制定导航线路，实时接收机载自动导航控制装置反馈的各种状态信息和紧急请求信息，向机载自动导航控制装置实时发送控制指令；

机载自动导航控制装置实时采集振动碾压机的状态信息并向远程监控装置反馈，接收远程监控装置发送的导航线路实现自动导航，接收控制指令实现遥控驾驶；

所述状态信息包括振动碾压机当前的位置、速度、与障碍物的距离、转向轮转角度数以及作业环境视频图像；

所述控制指令包括振动碾压机的上电、点火、启动、转向、油门、刹车以及熄火。

本发明控制对象为一台普通振动碾压机，具有人工操纵的方向盘、油门、刹车、档位等基本装置，同时具有上电、点火、启动、熄火等装置；可选配碾压密实度在线检测装置以及碾压机振动参数自动调节装置，实现智能压实作业。

所述远程监控装置与机载自动导航控制装置之间通过无线通讯实现信息和指令的传输，机载自动导航控制装置各部分之间，以及与附近其它施工设备间也通过无线通讯交换信息。具体的通讯装置有两种方式，一种是用于移动速度较慢的施工作业参与设备之间通信，另一种用于遥控信息的传输。

所述远程监控装置装备有当前建设工程的3D数字模型，以按工程建设进度适时进行人机交互操作生成施工作业面数字地图，并基于作业面数字地图规划设计振动碾压机导航线路。

具体地，远程监控装置由装有工程建设3D数字模型、遥控程序的计算机***组成，能在远离作业现场的终端指挥、控制整个压实作业的施工过程；实时接收振动碾压机状态、位置、远程作业场面视频等信息；远程发送碾压机上电、点火、启动、熄火等遥控指令；作业遇到障碍物需要改变作业方向、调节行驶速度时，发出预警请求信号，通过人机结合发送操控振动碾压机转向、油门、刹车等装置的遥控指令；根据工程的3D数字模型与施工建造进度，适时剖切3D数字模型获得作业面数字地图，规划振动碾压机作业直线、曲线导航线路，并实时以无线通讯方式传输至机载自动控制***。

所述远程监控装置实时显示反馈的行驶状态与周边环境视频，在紧急或特殊情况下进行人机交互远程操控振动碾压机作业。

所述机载自动导航控制装置包括：

RTK-GPS基准站与流动站，用于获取振动碾压机当前位置坐标值。具体地，基准站接受GPS卫星信号并实时确定发射载波相位差，流动站根据自己接受的GPS信号以及基准站传送的载波相位差信号高精度确定振动碾压机的位置。

地速雷达，用于获取振动碾压机当前速度；

测距雷达，用于获取振动碾压机与障碍物的距离；

雷达采用声波、光波和毫米波三种，分别用于侦测周边障碍物、保持车距防撞以及定速巡航测量行驶速度。

转向角传感器，用于获取振动碾压机转向轮转角度数；

摄像头，用于获取振动碾压机作业环境视频图像及其工作状态仪表；

以及，自动导航控制器和控制振动碾压机行为的执行元件。

所述机载自动导航控制装置实时比较行驶位置与导航目标之间偏差，经PID调整控制振动碾压机方向盘，实现预期目标；实时比较行驶速度与目标速度值之间偏差，经PID调整控制碾压机电子油门；实时检查、判断作业环境信息，自动控制电子刹车元件实现停车、作业以及紧急事件处理。

具体地，自动导航控制器实时接收遥控指令、导航信息，实时控制电动方向盘、电动油门、电动刹车等执行装置，实现精确自动导航、自动加速、自动刹车功能。首先，应用RTK-GPS确定碾压机位置，并判断与作业导航线路的偏差，依据偏差值依靠电流大小控制电动方向盘转向角度。第二，应用测速雷达获得的碾压机行驶速度与遥控指令的行驶速度，或测距雷达测量障碍物距离自动控制电动油门与电动刹车制动，自动调节碾压机行驶速度。第三，根据遥控指令，启动碾压机点火和变换档位。第四，通过车对车互相传送行为与状况的数据信息，自动控制提前做出判断和决定，减少探测盲区所造成的危险。

执行元件包括电动方向盘、电子油门、电子制动刹车和电动调档。其中所述的电动方向盘通过输入精确电流大小与方向来操纵碾压机方向盘转向角度；所述的电子油门通过输入精确电流大小来操纵碾压机油门；所述的电子制动刹车通过输入精确电流大小来辅助操纵碾压机制动刹车；所述的电动挡位通过输入精确电流大小来变换碾压机档位。

本发明同时提供了一种水利施工振动碾压机自动驾驶方法：

利用远程监控装置制定导航线路并向机载自动导航控制装置提供，由机载自动导航控制装置根据导航线路控制振动碾压机的动作执行，实现自动导航；

利用机载自动导航控制装置实时采集振动碾压机的各种状态信息并反馈至远程监控装置，远程监控装置根据这些信息向机载自动导航控制装置发出相应的控制指令，实现遥控驾驶；

所述状态信息至少包括振动碾压机当前的位置、速度、与障碍物的距离、转向轮转角度数以及作业环境视频图像；

所述控制指令包括振动碾压机的上电、点火、启动、转向、油门、刹车以及熄火。

如若调整的转向轮转角度数、速度超过设定的极限值，则机载自动导航控制装置发出转向错误信息；如发现障碍物距离变化速度大于规定值，则向远程监控装置发出紧急处理请求。

如遥控驾驶则屏蔽自动驾驶功能；

如人工驾驶介入，则屏蔽自动驾驶与遥控驾驶功能；

即，自动导航驾驶优先级低于遥控驾驶，遥控驾驶优先级低于人工驾驶。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、振动碾压机自动驾驶可以随意切换自动驾驶、遥控驾驶和人工驾驶三种操作模式。

2、振动碾压机自动驾驶采用了输出信息双重反馈方式，且具有设备间无线通讯、自动启动、调整档位、加速与刹车功能。

3、采用建设工程3D数字模型规划作业区域、设计导航线路，结合RTK-GPS定位信号实现了精确自动导航、避免了作业面漏压、交叉重复碾压的问题，提高了压实作业施工质量。

4、振动碾压机自动驾驶不受距离、光线限制，能够实现24小时昼夜远程连续作业，有效提高了机器使用率。

5、振动碾压机自动驾驶技术除适应普通压路机的应用范围，还特别适合于恶劣、危险环境下施工作业。

6、振动碾压机自动驾驶技术与普通压路机***兼容，增装控制元件方便，不影响原整机结构和性能。

因此，本发明对振动碾压机状态输出分别反馈至机载自动控制器与远程监控器，具备高效的人机复合控制模式。本发明的振动碾压机自动驾驶技术与人工驾驶方式兼容，且自动驾驶、远程遥控与人工驾驶可随时随意切换，既保证了振动碾压机在特殊、紧急作业情况下方便、安全施工，又解决了相邻作业面间漏碾、交叉重复碾压的问题。可以应用于水利、公路、铁路、机场、港口等堆积土石压实工程，尤其适合危险环境、极限条件等压实作业要求。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的结构图。

图2为本发明的振动碾压机自动控制***框图。

图3为机载自动控制***流程图。

图4为远程监控装置工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明的技术和方法做进一步详细描述。以下实施例和附图用于说明本发明技术构成，但不是用来限定本发明的范围。

图1所示为本发明的适用于振动碾压机自动驾驶技术的一个实施例的结构图，其主要包括远程监控装置15和机载自动导航控制装置两部分。

远程监控装置15主要包括：控制计算机、无线通讯天线。控制计算机中存储有监控程序、建设工程的3D数字模型、施工进度计划程序、导航规划程序。监控程序能同时远程指挥和控制多台振动碾压机的整个碾压作业过程。首先，监控程序发送振动碾压机上电、启动或熄火指令，实时接受振动碾压机传送的碾压机状况、位置、行驶速度、环境视频等信号，并显示在屏幕上；其次，施工进度计划程序对工程3D数字模型按进度切片，形成当前作业场面；导航规划程序根据切片图中作业场面及设定的作业方向、作业幅宽自动生成覆盖整个作业场面的作业导航线路，并以导航线矢量数据形式形成导航控制数据；将当前作业场面与导航线路在屏幕显示同时，无线发送至振动碾压机。第三，设定振动碾压机档位、直线行驶速度、弯道行驶速度，并显示与无线传输至振动碾压机。第四、紧集情况时发送刹车制动命令。远程控制装置与机载自动控制***之间通信采用的无线通讯为串行全双工方式，两条安全措施：一是对命令信号进行可靠性编码、检错和纠错，对发现的任何传输错误，一律放弃命令的执行；二是当发生遥控信号中断时，进行自动检查，并作紧急停车处理。对于紧急或特殊情况，***发出预警信号提醒监控人员进行处理。

机载导航控制装置主要包括：内置导航控制程序的机载导航控制器5、RTK-GPS接收机8、RTK-GPS接收机天线2、数传电台、数传电台天线3、车车通讯器、地速雷达12、防撞雷达11、转向角传感器、摄像头1、无线通讯天线4等。机载导航控制器5为嵌入式***，导航控制程序负责接受和发送控制数据信息。导航控制程序实时接受远程监控装置5发送的命令和输入目标量，实时接受RTK-GPS定位数据、地速雷达数据、测距雷达数据、转向角传感器数据。导航控制程序首先执行关于振动碾压机上电、启动或熄火遥控指令。导航控制程序调用转向控制子程序，比较导航目标输入量与RTK-GPS位置的偏差，确定期望转向角；比较期望转向角与转向轮实际转向角差值，并按PID控制算法输出电流控制自动方向盘装置，从而使振动碾压机按照预定方向转动。导航控制程序调用自动加速子程序比较期望行驶速度输入值、地速雷达测量速度值、自动刹车运行状况等，同时根据车车通讯器参考附近其它车辆状况，通过PID算法输出电流控制自动油门执行装置，从而使振动碾压机按期望速度行驶。导航控制程序调用自动刹车子程序比较测距雷达障碍物距离变化程度，以及通过车车间通讯获得的附近其它车辆运动状况，依据PID算法输出电流控制制动踏板，从而使振动碾压机降低速度，甚至停止。导航控制程序实时向远程监控装置发送振动碾压机运行状态信息、位置、行驶速度、自动控制状态、环境视频等信息。导航控制装置主动侦测附近车辆距离，以监控***限定的安全间距与速度为依据，适当地调节油门与刹车，进而达到适应周围状况的自动驾驶功能。

振动碾压机的数控执行装置包括电动方向盘6、电子调档7、电子油门9和电子制动刹车10，分别与振动碾压机的方向盘、油门、换挡***和制动刹车踏板***并联，响应机载导航控制装置发出的控制信号调节振动碾压机行驶方向、行驶速度。所述的电动方向盘6接受机载导航控制器5发送的数字信号，转换为电流，通过电流大小和方向精确控制电动机，电动机对碾压机方向盘的转向机械部分进行辅助调节，实现预定的转向功能。所述的电子油门9接受机载导航控制器5发出调节行驶速度的数字信号，将数字信号转化为控制发动机节气门的电信号，发送给电子控制单元ECU，实现碾压机油门调节功能。所述的电子制动刹车10实时接受机载导航控制器5发送的制动刹车数字信号，将这种数字信号转变为碾压机制动刹车控制单元的电信号，并递给控制单元，高压液压控制单元则会根据不同的驾驶工况自动调节车轮的制动压力，实现行驶减速，甚至停止。

电子液压制动***(EHB)是在传统的液压制动器基础上发展而来的。本发明操纵机构用一个电子式制动踏板替代了传统的液压制动踏板，取消了体积庞大的真空助力器。这种集成电子踏板传感器能精确地感知驾驶人控制踏板的轻重缓急，并转换为电信号传递给控制单元，高压液压控制单元则会根据不同的驾驶工况自动调节车轮的制动压力。这一***缩短了反应时间，也避免了液压机械制动***作用反力引起的震动而导致驾驶者不自觉地减小制动力的危险。执行机构用一个综合的制动模块取代传统制动器中的压力调节器和ABS模块，这个综合制动模块包含电机、泵、蓄电池等部件，它可以产生并储存制动压力，并可分别对4个轮胎的制动力矩进行单独调节。与传统的液压制动器相比，EHB有了显著进步:

电子油门是针对以前的拉线油门而言的，传统的拉线油门用细钢绳直接将油门踏板与节气们相连，油门踏板的踩下深浅直接与节气们的开合大小对应，电子油门没有拉线，通过在踏板内装一个电位器(可变电阻)，油门踩下的深浅即转化为电阻的阻值，汽车的电子***通过采样该电阻值间接确定了油门踏板的深浅，最后，由ecu驱动步进电机控制节气门的开度，通过原理比较不难发现，拉线油门的特点是***简单，控制直接，油门踏板与节气们开度是1:1的；而电子油门的特点是油门踏板只表征驾驶者的操作意向，而最终的节气门控制权交给了ecu。

大多汽车使用电子油门(ECM)替换了常规的拉线油门。电子油门(ECM)通过油门踏板深浅来控制电子信号发出指令使得引擎提供与之匹配的动力。

方向盘电动调节就是指方向盘的调节通过电机来调节，只需通过调节方向盘上的调节钮，即可根据驾驶者的需要完成方向盘的调节。方向盘电动调节是一项舒适性配置，用电动方式调节方向盘可大大降低驾驶员调节方向盘的难度，方向盘电动调节一般装备在较为高档的车型上。

ESP电子助力转向***，是以电子控制单元为控制核心，以电动机为***的控制元件，以各种行驶数据为控制依据，经过计算分析得出最佳控制推力，然后通过受控的电动机对汽车转向机械部分进行控制的一种方式。电子助力转向的优点是控制容易、结构简单、重量轻以及能耗小，***不直接消耗发动机的动力，无需液压传递回路，无液压泄漏之忧，安装自由度大。

图1中，卫星13和GPS基站14提供定位服务，通讯中转站16提供远程无线通讯服务。

图2为振动碾压机自动驾驶***框图，包括控制对象、检测反馈量、输入量、控制器与执行元件，其中输入量是由远程监控装置实时确定发送的控制信息。控制对象为振动碾压机；检测反馈元件通过RTK-GPS检测控制对象的位置、地速雷达检测控制对象的速度、转角传感器检测控制对象的转向角度，同时将检测量分别反馈到机载自动控制器和远程监控器；远程监控器根据反馈量以及施工进度确定控制对象导航线路，实时输出并做为自动控制***的输入量；机载自动控制器根据输入量和反馈量，应用PID算法输出控制信号至执行元件；执行元件接受机载控制器信号，辅助调节控制对象。本发明的振动碾压机自动驾驶***具有检测信号双重反馈环节，不同于一般的自动控制***。

图3为机载自动控制***流程图。如图所示，机载导航控制器启动后，导航控制程序首先进行初始化过程，主要建立与遥控装置无线通讯的连接、建立RTK-GPS连接、初始化导航控制周期、PID参数等相关状态参数等工作。然后导航控制程序开始检测整个自动控制***的各个传感元件和执行元件的工作状态，若任一部件无法正常工作，导航控制程序将记录其状态参数，并将相关信息传送至遥控监控***的人机交互界面，等待相关问题得到处理，否则，导航控制程序不执行自动导航操作；若***自检通过，导航控制程序将进入自动导航作业。自动导航作业依据导航控制周期分为一系列自动导航过程。对于任意自动导航过程都有自动转向控制、自动调速、自动刹车制动三个子过程。

对于自动转向控制子过程，首先读取导航目标值与导航方向，然后读取RTK-GPS当前位置的经纬度坐标值并转为平面坐标，计算当前位置到导航方向之间距离，即横向偏差值，并依据碾压机当前速度将横向偏差值换算为当前控制周期内期望的自动转向期望角度；第三，读取转向轮角度传感器当前转向角度，判断当前转向角度是否达到***设定的极限值并且小于自动转向期望角度；只有小于极限值才调用转向PID控制子程序，PID控制子程序在比较当前转向角度与自动转向期望角度后，将转角偏差进行PID调整，计算出控制电流信号传输至电动方向盘转置，实现振动碾压机自动转向，从而完成一个周期的自动转向控制过程。

对于自动调速子过程，首先读取导航速度输入期望值，读取测距防撞雷达信号，然后读取振动碾压机地速雷达测量值，判断行驶速度是否达到***设定的限速值；如低于限速值则调用速度调整PID控制子程序，PID控制子程序在比较当前速度值与输入速度期望值后，将速度偏差进行PID调整，计算出控制电流信号输送至电动油门装置，实现振动碾压机行驶速度的调整，从而完成一个周期内的自动驾驶速度调整过程。

对于自动刹车制动子过程，分停车、工作、紧急三种刹车制情况。对于导航作业结束的停车情况，首先读取导航目标位置坐标，然后读取RTK-GPS位置坐标数据，随后比较导航目标位置与当前位置后，根据位置偏差是否在***误差范围内，确定刹车制动电流信号传输至电动刹车装置，实现刹车停车任务；对于加减速工作制动情况，当油门装置处于关闭气门状态，根据振动碾与障碍物间距离缩短变化速度差值，调用刹车制动PID子程序，应用PID程序调整控制刹车制动电流信号，并传输至电动刹车装置，实现驾驶速度调整的目的。对于紧急制动情况，当突然接收到停车信号，直接输出最大电流信号至刹车制动装置，实现快速刹车停车，从而完成一个周期内的自动驾驶刹车制动过程。

在任一自动导航周期同时，记录RTK-GPS的位置坐标、时间、行驶方向、速度、转向角度等相关数据，并且将这些信息实时无线发送至远程监控装置。

图4为远程监控装置工作流程图。如图所示，远程监控装置启动后，监控程序首先进行初始化，显示监控设备***的状态，显示所监控的振动碾压机信息状况；其次，按振动碾压机编号顺序依次人机交互远程发送上电命令；第三，建立与振动碾压机的机载自动控制***的无线通讯连接；第四，接收并显示振动碾压机发送的视频、RTK-GPS、各种传感器的信息，以及在特定的显示框中显示紧急状况处理请求等；第五，根据振动碾压机状况，人机交互远程发送振动碾压机点火、启动命令；随后进入远程3D数字模型导航控制或人机交互遥控子过程。

远程3D数字导航控制子过程的流程为：首先依据工程施工进度和目前状况，对工程3D数字模型人机交互切片，形成当前施工工作面平面数字地图；其次在作业平面数字图上规划振动碾压机作业区域、作业方式、行驶线路；第三，在作业数字地图显示振动碾压机作业区域、行驶线路，以及目前振动碾压机位置、行驶轨迹；第四，根据振动碾压机位置与速度将导航信息提前实时发送至机载自动驾驶***。

人机交互遥控子过程的流程为：首先，处理显示框中需要紧急处理的请求；根据请求情况，将自动导航模式改为人机遥控模式，分别判断并发送操纵方向盘命令、操纵油门命令、操纵刹车制动命令，以及相应命令的参数值；其次，根据接收的碾压机作业面视频、行驶速度等情况，预见性的人机交互调整振动碾压机的行驶速度、油门限度、刹车距离等控制参数，仍然应用自动导航过程；第三，对于碾压作业面特殊部位以及多台碾压机协同作业时，可以自动停止自动导航过程，切换到人工遥控振动碾压机方向盘、油门和制动刹车，完成特殊作业任务。

远程监控程序可以自动导航与人机交互遥控交替驾驶模式，在人机交互遥控转为自动导航时，需要自动修改导航目标，以免发生短时跳跃现象。

振动碾压机在作业时，人工驾驶优先级最高，远程遥控优先级次之，自动导航优先级最低。

本发明将振动碾压机作业远程监控、自动导航控制以及人工驾驶结合为一个完整的***，实现了振动碾压机按照工程建设进度、工程3D数字模型精确作业，在特殊情况时人机交互远程遥控或人工驾驶干预的情况下屏蔽自动导航功能，保证振动碾压机能安全作业。本发明的振动碾压机自动驾驶技术按照3D数字模型规划作业线路精准，有效地避免了目前施工作业过程中发生的漏碾、交叉、重复碾压的现象，显著地提高了机械作业效率和质量。特别是振动碾压机通过自动驾驶与远程人机交互监控作用，可以不需驾驶员操作，减轻或解放了驾驶人员的劳动强度和技能要求。振动碾压机自动驾驶技术依靠GPS作为位置传感器，可以为全天候工作提供条件，也为有效延长振动碾压机作业组的作业时间。

以上实施方式仅用于说明本发明，并非对本发明的限制。所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应有权力要求限定。

Claims (9)

1.一种水利施工振动碾压机自动驾驶***，其特征在于，包括远程监控装置和机载自动导航控制装置，远程监控装置制定导航线路，实时接收机载自动导航控制装置反馈的各种状态信息和紧急请求信息，向机载自动导航控制装置实时发送控制指令；

机载自动导航控制装置实时采集振动碾压机的状态信息并向远程监控装置反馈，接收远程监控装置发送的导航线路实现自动导航，接收控制指令实现遥控驾驶；

所述状态信息包括振动碾压机当前的位置、速度、与障碍物的距离、转向轮转角度数以及作业环境视频图像；

所述控制指令包括振动碾压机的上电、点火、启动、转向、油门、刹车以及熄火。

2.根据权利要求1所述水利施工振动碾压机自动驾驶***，其特征在于，所述远程监控装置与机载自动导航控制装置之间通过无线通讯实现信息和指令的传输，机载自动导航控制装置各部分之间，以及与附近其它施工设备间也通过无线通讯交换信息。

3.根据权利要求1所述水利施工振动碾压机自动驾驶***，其特征在于，所述远程监控装置装备有当前建设工程的3D数字模型，以按工程建设进度适时进行人机交互操作生成施工作业面数字地图，并基于作业面数字地图规划设计振动碾压机导航线路。

4.根据权利要求1所述水利施工振动碾压机自动驾驶***，其特征在于，所述远程监控装置实时显示反馈的行驶状态与周边环境视频，在紧急或特殊情况下进行人机交互远程操控振动碾压机作业。

5.根据权利要求1所述水利施工振动碾压机自动驾驶***，其特征在于，所述机载自动导航控制装置包括：

RTK-GPS基准站与流动站，用于获取振动碾压机当前位置坐标值；

地速雷达，用于获取振动碾压机当前速度；

测距雷达，用于获取振动碾压机与障碍物的距离；

转向角传感器，用于获取振动碾压机转向轮转角度数；

摄像头，用于获取振动碾压机作业环境视频图像；

以及，控制振动碾压机行为的执行元件，执行元件包括电动方向盘、电子油门、电子制动刹车和电动调档。

6.根据权利要求1所述水利施工振动碾压机自动驾驶***，其特征在于，所述机载自动导航控制装置实时比较行驶位置与导航目标之间偏差，经PID调整控制振动碾压机方向盘，实现预期目标；实时比较行驶速度与目标速度值之间偏差，经PID调整控制碾压机电子油门；实时检查、判断作业环境信息，自动控制电子刹车元件实现停车、作业以及紧急事件处理。

7.一种水利施工振动碾压机自动驾驶方法，其特征在于：

利用远程监控装置制定导航线路并向机载自动导航控制装置提供，由机载自动导航控制装置根据导航线路控制振动碾压机的动作执行，实现自动导航；

利用机载自动导航控制装置实时采集振动碾压机的各种状态信息并反馈至远程监控装置，远程监控装置根据这些信息向机载自动导航控制装置发出相应的控制指令，实现遥控驾驶；

所述状态信息至少包括振动碾压机当前的位置、速度、与障碍物的距离、转向轮转角度数以及作业环境视频图像；

所述控制指令包括振动碾压机的上电、点火、启动、转向、油门、刹车以及熄火。

8.根据权利要求1所述水利施工振动碾压机自动驾驶方法，其特征在于，如若调整的转向轮转角度数、速度超过设定的极限值，则机载自动导航控制装置发出转向错误信息；如发现障碍物距离变化速度大于规定值，则向远程监控装置发出紧急处理请求。

9.根据权利要求1所述水利施工振动碾压机自动驾驶方法，其特征在于，如遥控驾驶则屏蔽自动驾驶功能；

如人工驾驶介入，则屏蔽自动驾驶与遥控驾驶功能；

即，自动导航驾驶优先级低于遥控驾驶，遥控驾驶优先级低于人工驾驶。