Page 88 - 水利学报2021年第52卷第2期

程度大致推断土堆位置等信息。另外，实验组的轨迹末端均有向下或向上弯折的现象，原因在于程
序中设计了依据 GPS 数据中高程的变化来确定推土前进及后退的逻辑，从而在现场实验时推土机下
坡及上坡的过程中出现了车身不平的情况。由于摊铺为沿水平轴进行，与此相交的均为通过全局路
径规划得到的寻找最优土堆的路径，故该路径基本均为直线。综上所示，实验组是按照路径规划的
指示进行全局静态路径规划和局部动态路径规划的，且可达到良好效果。对比组则与实验组差距较
大，两次之间有着较大的区别，12.2-B 仓轨迹相对齐整，但由于中心地区存在较少覆盖到的区域，
造成了局部超薄现象的出现，12.1-C 仓由新手完成，其轨迹较为混乱无规律，这也造成了其平整度
和效率上的低下。
另外，本控制方式在效率方面也有较好表现。对比组效率最低为 0.1101 m /s，最高为 0.1533 m /s，
3
3
熟练操作手的效率比新手高了四分之一以上，而实验组之间差距相对较小：效率最高为 0.1557m /s 与
3
最低值 0.1286 m /s 相差约六分之一。横向对比可发现，实验组的平均效率比对比组更高，因此，该
3
方法可将效率保持在中等偏上水平，在保证施工效率的前提下，起到提高并稳定施工质量的作用。

6 结论和展望

摊铺施工的有效管控对于砾石土心墙堆石坝施工具有十分重要的理论与现实意义。本文提出了
一种基于元胞自动机与改进 A*算法的砾石土摊铺实时监控作业路径规划方法，主要取得以下成果：
（1）根据摊铺作业过程特点，建立了砾石土摊铺质量元胞自动机模型，将实时监控数据转化为摊
铺质量信息并储存，从而实现全仓面摊铺质量信息的实时更新。
（2）耦合现场施工工艺和施工经验，提出了考虑坝面复杂环境和施工作业特点的混合路径规划方
法，通过基于改进的 A*算法的全局静态路径规划方法解决了避障及寻优的问题，并通过面向质量评
价的局部动态路径规划方法解决了推平指定区域的问题。
（3）现场实验表明，该方法可在保证施工效率的前提下，将摊铺厚度控制在 0.27 m 左右且有效地
避免了超厚超薄现象的发生，平整度相较人工提高了 22.6%。该方法能够有效监控和指导摊铺施工，
实现了摊铺作业的智能化管控，有效减少了人工经验的影响。
致谢：王佳俊对本文的贡献与第一作者相同。

参 考 文 献：

［ 1 ］ 钟登华，时梦楠，崔博，等 . 大坝智能建设研究进展［J］. 水利学报，2019，50（1）：38-52，61 .
［ 2 ］ CHANG G K，MOHANRAJ K，STONE W A，et al . Leveraging intelligent compaction and thermal profiling tech⁃
nologies to improve asphalt pavement construction quality：a case study［J］. Transportation Research Record：
Journal of the Transportation Research Board，2018，2672（26）：48-56 .
［ 3 ］ 虞将苗，陈富达，彭馨彦，等 . 高韧超薄沥青磨耗层在港珠澳大桥珠海人工岛通道上的应用［J］. 清华大学
学报（自然科学版），2020，60（1）：48-56 .
［ 4 ］ 刘东海，夏谢天 . 基于便携测温测厚仪的沥青摊铺质量可视化实时管理［J］. 河海大学学报（自然科学版），
2018，46（5）：438-444 .
［ 5 ］ 钟 登 华 ，崔 博 ，吴 斌 平 ，等 . 一 种 心 墙 堆 石 坝 摊 铺 施 工 质 量 实 时 监 控 方 法［P］. 天 津 ：CN106869141A，
2017-06-20 .
［ 6 ］ ZHONG D，DU R，CUI B，et al . Real-time spreading thickness monitoring of high-core rockfill dam based on
K-nearest Neighbor Algorithm［J］. Transactions of Tianjin University，2018，24（3）：282-289 .
［ 7 ］ LIAN Y，GAN Z，YU C，et al . A cellular automaton finite volume method for microstructure evolution during ad⁃
ditive manufacturing［J］. MATERIALS & DESIGN，2019，169（107672）.
［ 8 ］ MCCASKILL J S，PACKARD N H . Analysing Emergent Dynamics of Evolving Computation in 2D Cellular Au⁃
tomata，Cham，2019［C］/Springer International Publishing，2019 .
/

— 212 —