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      基于北斗定位智能壓實系統的發展史以及優勢

      添加時間:2022-06-23 15:53:31

      智能壓實系統的發展史以及優勢


      一、連續壓實控制向智能壓實的演變


      智能壓實是根據連續壓實控制技術的“智能壓路機”而提出的概念,因此連續壓實控制是智能壓實(控制)的基礎。自從20世紀瑞典提出壓實計方法以來,北歐其他一些國家也按照這一思路展開了研究。隨著研究和應用的深入,連續壓實控制技術由開始的單一仿制壓實計,到逐漸出現了幾種具體方法(控制指標的差異是關鍵),其中德國BOMAG公司的研究后來居上,成為智能壓實概念的早期提出者之一。


      1982年,德國BOMAG公司仿瑞典壓實計方法提出了自己的壓實計產品(指標是壓實計值CMV的10倍)。將測量系統引入振動壓路機后,于1992年在bauma會議展出了“智能壓實機(ICM)”的首個雛形。通過安裝的位移傳感器,可以根據碾壓面壓實狀態的不同反饋來控制壓路機的行走速度(實際是改變單位長度上的作用次數),這使得振動壓路機第一次有了一些“智能”的含義;1996年出現了具有自動變幅的雙鋼輪振動壓路機,并在瀝青面上進行了碾壓嘗試;1998年具有自動變幅的單鋼輪振動壓路機在巖土填料的碾壓中進行了嘗試。


      隨著研究和工程應用的深入,連續壓實控制指標是否能真實放映填筑體的壓實質量已成為關注的焦點,這也是影響智能反饋控制的關鍵技術之一。BOMAG公司在2000年后提出連續壓實控制的振動模量指標,為研究具有自動反饋控制的“智能”壓路機提供了基礎,隨后出現了“寶馬智多星”壓路機。2004年,美國聯邦公路局公布“FHWA智能壓實戰略計劃”,推進了智能壓實概念的普及。


      這一計劃主要是利用計算機、模型和革新軟件將土和瀝青的壓實設備智能化,以改善工序,使路面性能更均勻,減少試驗人員數量,提供一個長期的壓實質量記錄。這個計劃將建立一套系統的方法,鼓勵工業和交通部門發展智能壓實技術,更新相關建筑標準等。美國提出的智能壓實主要是指連續壓實控制與GPS的結合。


      國內有關研制“智能”壓路機的報道,并非廣告語所描繪的那樣,也沒有見到實際應用的效果。原因可能是多方面的,但量測結果與實際壓實效果之間誤差過大而造成反饋控制出現問題恐怕是主要原因之一。


      連續壓實控制是智能壓實的初級階段和技術基礎?!爸悄堋币辉~現在已被各行各業廣泛提及,但大部分還都處于初級階段,距離人們心目中的智能要求還差很遠。


      基于北斗定位智能壓實系統的發展史以及優勢


      二、智能壓實的含義


      智能壓實是從早期智能壓路機的概念演變而來的,實際是智能壓實控制(ICC)的簡稱,也是連續壓實控制技術的進一步發展。按照最初的含義,智能壓實是通過一個帶有控制系統的振動壓路機來實現的。該控制系統通過采集到的能夠反映壓實質量的信息來持續調節壓路機性能參數,如振動輪的振幅、頻率、激振力和壓路機的行走速度等,以優化壓實并滿足所需條件。其中輸出參數是與填筑體壓實質量直接相關的參數,如模量、剛度及抗力等,并且是根據監測的壓路機振動輪振動響應等來識別得到的連續分布的物理力學量。


      可以看出,所謂智能壓實,其實質就是根據壓路機振動響應來連續識別填筑體力學參數,再根據參數大小和分布自動調節壓路機工藝參數進行優化壓實作業,以便得到更好的壓實效果。其含義并不難理解,但遺憾的是,目前大多數所謂的“智能壓實”都偏離了這個目標。很多人曲解智能壓實的概念,將填筑體(土石方和瀝青混合料等)碾壓施工的數字化施工記錄裝置稱作智能壓實系統。


      這類裝置一般都加裝了衛星定位系統,有些還將壓實計也整合在內,其主要特征是以采集和記錄碾壓遍數、碾壓速度和振動頻率等參數為主,對于瀝青混合料還要采集碾壓溫度。由于壓實計指標局限性較大,所以這類裝置很少提及識別壓實質量本身的問題,而過多地強調高精度衛星定位系統的作用,與真正的智能壓實有很大差別,沒有體現出真正的“智能”含義。同時,采用高精度衛星定位系統,北京天璣科技智能壓實系統采用的是北斗系統,連續采集關鍵基礎設施的高精度地理坐標信息還存在很大的泄密風險,有可能給國家安全帶來巨大的隱患。


      當然,這里并不是完全否定上述數字化施工方法。實際上,數字化施工方法主要是壓實工藝控制法(碾壓遍數控制法)的翻版,只是更加注重定量化;同時,但實施起來要求非常嚴格,其施工碾壓段必須與試驗段施工情況完全一樣,否則控制參數(碾壓遍數、行走速度等)的意義不大。這類裝置主要是缺少識別填筑體結構參數和進行反饋控制壓實工藝參數的關鍵技術,而這正是智能壓實的關鍵所在。


      上述智能壓實的含義是依據壓路機是否能夠自動反饋控制而提出的。實際上,現代智能壓實的含義應該是廣義的,壓實機具(各N形式的壓路機以及攤鋪機等)只是參與者之一,不能自動控制壓實參數的壓實機具也是可以參與其中的,其核心是控制系統的功能,這個系統既可以向操作者發出反饋控制指令,也可以自動調控壓實機具,關鍵在于這個控制系統的智能化程度。因此,現代智能壓實是“填筑體-壓實機具-控制系統”三者相互作用的有機結合和綜合表現(圖1),尚處于初級階段,還需要與人工智能等技術進一步結合。同時,對于智能壓實的研究也應該將這三方面有機結合起來進行。


      基于北斗定位智能壓實系統的發展史以及優勢


      三、智能壓實控制系統的功能


      智能壓實是通過智能壓實控制系統來實現的。完整的智能壓實控制系統應該包括壓路機、量測與控制裝置和控制軟件等,但通常的控制系統不包含壓實機具。既然智能壓實是智能壓實控制的簡稱,那么智能控制應該是關鍵。所謂智能控制,即一個系統(或控制器)具有學習、抽象、推理和決策等功能,并能根據環境(包括被控對象或被控過程)信息的變化作出適應性反應,從而完成傳統由人來完成的操作任務。根據智能控制的含義,一個成熟的控制系統應該具有如下功能。


      1、能夠在碾壓過程中進行學習、抽象、推理和決策等。這個特征是指控制系統對碾壓過程中出現的各種現象能夠不斷進行學習,經過抽象和推理,使輸出的信息能夠正確而全面地反映壓實狀態,并根據反饋信息對壓實工藝參數和填料狀況做出綜合判定,給出決策。這個決策是施加給壓路機和填料的,具體實施應視自動化程度而定。上述特征是智能壓實最重要的技術特征。不具備這個特征的,原則上都不是智能壓實控制,最多稱之為連續壓實控制。


      2、根據填料特性調控(人工或自動)壓實機具的能力。傳統意義上的智能壓實主要是由壓路機自動調頻調幅實現的,但是調整到什么程度仍然需要深入研究。如何根據填料特性調控壓實工藝是一個復雜問題,涉及到智能識別填料的壓實性以及確定該填料達到最佳壓實效果的工參數等,需要一個長期(機械)學習的過程。這個功能目前只有與人工智能結合才有可能提高有效性。


      3、與壓實機具結合進行自適應碾壓作業的能力。這個功能要求控制系統控制的壓實機具能夠自動對填筑體進行壓實作業,滿足預設的目標要求,整個碾壓過程中最大程度地減少人的參與,最終實現無人操作下的碾壓作業。這應該是高級智能壓實控制系統應具有的,是我們追求的長期目標,也應該是一個智慧的專家系統。


      基于北斗定位智能壓實系統的發展史以及優勢


      未來的智能壓實應該是這樣的:無人駕駛的壓實機具按照設定的碾壓作業方案進入施工現場,在碾壓過程中,根據實時檢測到的填料和填筑體相關信息,自動改變和優化壓實工藝參數,以最小的代價完成碾壓作業,達到規定的壓實質量。


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      北京天璣科技有限公司(以下簡稱天璣科技)隸屬于北京奧宇集團,是一家致力于北斗智慧工程應用的高科技企業。天璣科技以交通部公路院、中國水科院,北京地研發等為行業技術支撐,結合自身強大的研發實力,整合行業資源優勢,匯聚資深創業團隊,深耕行業應用需求,深入了解中國特色,為用戶提供一整套智慧工程建設全流程解決方案。

      天璣科技成立以來高速發展,創新性的將北斗技術應用到公路、鐵路,水利、機場工程建設領域,以工程質量過程管控為核心,將隱蔽工程透明化,為業主和施工總包單位解決質量,安全、效率、管理等核心問題。已形成TJMC攤鋪系統,壓實系統,樁基信息化系統,TJ-Cloud變形監測等系統產品,從終端到平臺,硬件到軟件,產品銷售到全程技術服務為廣大業主和施工總包方提供完善的北斗智慧工程方案。特別是基于北斗的道路工程質量信息化系統成熟應用于日照交發,武漢交投,中建四局,南寧繞城高速等項目中,京雄城際,江巷水庫大壩,大興機場沉降監測等項目中也已全線選用,積累了豐富的成功案例,得到業界高度肯定和贊許。

      天璣科技已通過ISO9001質量體系,3A信用企業,國家、中關村雙高新技術企業等認證,取得軟件著作權10項,發明專利3項,是拓普康數字化施工產品核心代理商,已成為智慧工程領域的領軍企業。天璣星,是北斗七星的第三顆, 尊為祿存星。天璣,主理天上人間的財富,喻為財富之星,不斷為用戶創造價值,為業主提升管理,為業者提供保障,為行業積累財富。

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