【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程机械和自动化，尤其是涉及一种无人集群施工的控制方法及其系统。
技术介绍
1、近年来，我国道路施工技术虽有较大进步，但部分工程质量仍受限于地质条件及传统施工模式，存在质量控制难、效率低的问题。随着互联网及信息化技术的快速发展，道路施工行业迎来了智能化管理的变革，通过“智慧工地”实现精细化管理，将有效提升安全生产及科学管理水平，从而逐步改善传统施工中效率低、信息滞后、安全隐患大等问题。
2、道路施工行业当前面临诸多挑战：恶劣的施工环境不仅影响施工难度，还对工人健康和安全构成威胁。传统管理模式下的质量控制效率低下，影响工程耐久性和使用寿命，同时，频发的安全事故、人员短缺和人力成本攀升，也进一步推动行业向自动化转型。当前，自动化与物联网技术的应用正推动路面建养过程向自动化操作和设备远程监控发展，显著提升施工效率和精度，减少对人工的依赖。通过传感器的数据采集与实时传输，可实现智能化管理，助力科学决策与高效维护。同时，工业互联网的融合为工程机械行业的高质量发展提供了有力的技术支撑。
3、在此背景下，国家大力推进道路智慧建设，鼓励引入智能化、自动化设备以提升施工效率、优化质量控制并降低安全风险，为行业带来广阔的发展前景。这种转型不仅缓解了用工压力，降低了成本，也促使道路施工向着高效、安全、先进的方向迈进。但是目前多台无人驾驶设备协同作业的过程仍然存在一些技术难题：1)、路径规划与轨迹控制：在实际施工中，不同压路机在作业区域内往往需要各自独立的轨迹，同时又不能相互干涉。传统的路径规划方法无法在保证多设备
4、综上所述，现有技术在多设备的路径规划、协同控制及实时监测等方面仍存在显著不足，亟待一种集成多模块的无人集群施工控制方法，以提高施工的安全性、精确性及效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无人集群施工的控制方法及其系统，通过集成轨迹生成、任务分配、施工仿真、实时监控与障碍物检测及协同控制模块，构建了一个高效智能的无人集群施工解决方案，显著提升施工的自动化程度和安全性。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、根据本专利技术的第一方面，提供了一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的方法包括：
4、获取基础数据，所述的基础数据包括施工区域边界坐标点、压路机初始状态、压路机参数、施工要求以及工区划分；
5、基于所述的基础数据计算单个工区中压路机的轨迹数量并对每一轨迹进行单个工区中压路机的路线规划；
6、基于所述的单个工区中压路机的路线规划进行压路机在多工区以及转场过程中的路径规划，生成轨迹规划；
7、获取压路机执行所述的轨迹规划的实时数据，并基于所述的实时数据进行“同步前进后退”协同控制，所述的实时数据包括压路机移动方向、已执行轨迹坐标点和所述的轨迹规划中的总坐标点数。
8、作为优选的技术方案，所述的计算单个工区中压路机的轨迹数量的方法为：
9、基于所述的压路机参数获取压实宽度、重叠宽度和压路机宽度，计算轨迹数量，其表达式为：
10、
11、其中，nt表示轨迹数量，w表示压实宽度，wo表示重叠宽度，wr表示压路机宽度。
12、作为优选的技术方案，所述的进行单个工区中压路机的路线规划的方法为：
13、构建每一轨迹的三阶贝尔赛曲线，其表达式如下：
14、b(x)＝(1-x)3p0+3(1-x)2xp1+3(1-x)x2p2+x3p3
15、其中，p0表示曲线轨迹中的控制起点为已知值，p1和p2表示曲线轨迹中的中间控制点为未知值，p3表示曲线轨迹中的控制终点为已知值，x表示位置参数；
16、基于所述的压路机初始状态和施工要求计算所述的中间控制点，其表达式为：
17、
18、其中，(x1,y1)表示中间控制点p1，(x2,y2)表示中间控制点p2，x0和y0表示控制起点的坐标点值，x3和y3表示控制终点的坐标点值，q表示可调参数，表示压路机初始角度，表示压路机转向目标角度；
19、基于所述的计算得到的中间控制点计算每一轨迹的三阶贝尔赛曲线，即单个工区中的路径规划。
20、作为优选的技术方案，所述的生成轨迹规划的方法为：
21、对所述的单个工区中压路机的路线规划利用改进rrt*算法避障和最优化处理生成初始路径规划方案；
22、利用德布伦曲线对所述的初始路径规划方案中每一路径的起点和终点定义方向约束，且所述的方向约束用于满足所述的转场过程中路径起点和路径终点方向一致，得到中间路径规划方案；
23、利用b样条曲线对中间路径规划方案中每一路径进行平滑处理，将离散路径坐标点转换为连续路径。
24、作为优选的技术方案，所述的生成轨迹规划还包括：构建运动学约束和最大曲率限制指导轨迹规划的生成，其中，所述的运动学约束为：
25、
26、其中，表示运动最小值约束，θmax表示车辆铰接角的最大值，v表示车辆的行驶速度，rmin表示设备的最小转弯半径；
27、所述的最大曲率限制的计算表达式为：
28、
29、其中，a和b分别表示压路机前后车轴至铰接点的距离，θ表示铰接角。
30、作为优选的技术方案，所述的进行“同步前进后退”协同控制的方法包括：
31、基于所述的已执行轨迹坐标点和所述的轨迹规划中的总坐标点数计算轨迹执行率，并结合所述的压路机移动方向预估施工区域内每一压路机下一时刻的优先方向；
32、基于所述的优先方向构建同向集以及异向集；
33、提取所述的同向集和异向集中的存在冲突的优先方向对应的压路机，构建冲突集；
34、分批次控制同向集、异向集以及冲突集中的压路机。
35、作为优选的技术方案，所述的构建冲突集的方法为：
36、对同向集以及异向集中的每一压路机基于压路机的长度和宽度构建矩形区域；
37、基于所述的矩形区域判断同向集中的每一压路机是否与异向集中任一压路机的矩形区域有重叠；
38、若有则表明两压路机存在冲突，将有冲突的两压路机命名为冲突对[r1,r2]，其中r1表示冲突对中同向集中的压路机，r2表示冲突对中异向集中的压路机，并将r2存入冲突集；如无，则表明无冲突。
39、作为优选的技术方案，所述的分批次控制同向集、异向集以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的计算单个工区中压路机的轨迹数量的方法为：
3.根据权利要求1所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的进行单个工区中压路机的路线规划的方法为：
4.根据权利要求1所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的生成轨迹规划的方法为：
5.根据权利要求1所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的生成轨迹规划还包括：构建运动学约束和最大曲率限制指导轨迹规划的生成，其中，所述的运动学约束为：
6.根据权利要求1所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的进行“同步前进后退”协同控制的方法包括：
7.根据权利要求6所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的构建冲突集的方法为：
8.根据权利要求7所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的分批次控制同向集、异向集以及冲突集中的压路机的方法为：
9.根据权利要求8所述
10.一种无人集群施工控制系统，其特征在于，所述的系统用于实现如权利要求1-9任一项所述的方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的计算单个工区中压路机的轨迹数量的方法为：
3.根据权利要求1所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的进行单个工区中压路机的路线规划的方法为：
4.根据权利要求1所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的生成轨迹规划的方法为：
5.根据权利要求1所述的一种无人集群施工的控制方法，其特征在于，所述的生成轨迹规划还包括：构建运动学约束和最大曲率限制指导轨迹规划的生成，其中，所述的运动学约束为...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜豫川，田博远，吴荻非，王书玲，刘成龙，李亦舜，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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