Page 31 - 2022年第53卷第12期

系统来实现。
在高心墙堆石坝碾压施工过程中，精确感知质量、位姿和环境信息，动态优化碾压参数并对碾压
机进行精准控制是保证碾压施工质量、提升碾压施工效率的重要环节。因此，本研究建立的高心墙堆
石坝原生集成式智能无人碾压系统包括多模态智能感知、智能规划决策和智能控制等三大重要功能。
原生集成式智能无人碾压系统架构如图 １所示。多模态智能感知采用 ＲＴＫ － ＧＮＳＳ、加速度计、毫米波
雷达和计算机视觉等组成的感知体系实现对压实质量、环境障碍物和位姿的精准感知；其中，压实质
量采用本团队提出的有效压实功率 ＥＣＰ进行表针 ［１９］ ，该指标能适用于高心墙堆石坝中堆石料、过渡
料、反滤料和砾石土心墙料等不同的筑坝材料。智能规划决策集成了全覆盖路径规划算法和碾压参数
动态优化算法，实现了事前碾压轨迹的规划与事中碾压参数的动态优化；其中，在碾压施工前，采用
本团队提出的全覆盖路径规划算法进行路径规划 ［１４］ ，并在碾压施工过程中采用本团队提出的碾压参数
动态优化算法对碾压施工参数进行优化 ［２０］ ，主要包括碾压遍数、碾压速度、振动频率和振幅等，以期
实现压实质量合格且均匀、碾压效率最大等目标。智能控制是基于蝴蝶优化算法（ＢｕｔｔｅｒｆｌｙＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ，ＢＯＡ）优化 ＰＩＤ控制，将动态变化条件下的控制误差作为适应度，通过 ＢＯＡ优化 ＰＩＤ参数，
实现复杂条件下碾压参数的精确控制。

图 １ 原生集成式智能无人碾压系统研究框架
２．１ 集成压实质量、环境障碍物与位姿的多模态感知方法 为实现对压实质量、车身位姿和环境障碍
物信息的智能感知，建立了原生集成式无人碾压机多模态智能感知体系，如图 ２所示。其中，压实质
量 ＥＣＰ指标是作为规划决策的重要信息，而车身位姿信息和环境障碍物信息是实现无人碾压控制的关
键，可从如下三个方面进行阐述：
（ １）基于有效压实功率（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｐｏｗｅｒ，ＥＣＰ）的压实质量感知。压实质量感知是原生
集成式无人碾压机的重要组成部分。实时准确评估坝料（砾石土料、过渡料和堆石料）的压实质量意义

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