浅析施工机械的自动化和无人化技术

摘要：随着各种施工工程大力发展，在施工过程中进行自动化以及无人化操作得到了广泛的应用，具有极大的发展空间，本文论述了在工程施工机械中的自动化技术以及具体施工作业中的运用。

关键词：工程施工；自动化技术；无人化；感知系统

1在现代工程施工机械中的自动化与无人化技术概述

大多数工程机械的工作对象比较复杂，施工环境比较差的施工现场从事的是土石方作业。为了实现自动操作，施工现场的施工机械应具备确认自身位置即位置识别能力，并能够做到不与现场其他的设备例如车辆发生碰触即安全管理能力；在操作中，应该严格地根据所建立路线进行移动的即对操作对象的诱导功能，并且对土壤、砂子和岩石等的位置、形状、尺寸和特性进行有效地评估确定最佳的作业方式。同时，当多个机器和车辆进行组合操作时，中央控制室向每个机器和车辆进行工作安排，平衡不同机器和车辆之间的彼此协作，促进各个作业的完成，即集群控制。同时，个体工作机器和车辆还应具有自主的判断意识即人工智能。充分利用现代化先进的科学技术能够实现以上施工工程机械的自动化与无人化。

1.1施工机械中的位置识别技术

位置识别技术是指机械或车辆本身具有自动识别位置的能力，即机器本身配备有自动体的识别系统。现在，在施工工程中，更多地采用外部位置识别和内部位置识别进行有效结合的方法。外部位置识别方法是将绝对位置参考点设置在施工现场的几处位置，并通过超声波或电磁波确定机器或者车辆的绝对位置的一种方法。而内部位置识别方法在确定位置的时候不依赖于在现场设置的参考点，而是通过测量传感器和旋转角度传感器来确定车辆的移动和方位角度的变化。

1.2施工机械中的安全管理技术

在工程施工的现场，很多时候各种机械和各种作业同时进行，不可避免地产生很多施工材料以及施工设备的存放问题，增加了施工机械以及施工车辆的作业难度，成为了施工机械以及施工车辆无人操作的重要障碍。所以，这就要求施工机械自身具有警告感知、机械暂停、安全域感应等不同的功能。在这方面的障碍感应技术包括超声波感知，对电波光波的感知以及相关的图像处理办法。

2自动化与无人化在工程机械施工中的具体应用

2.1自动化控制技术在施工机械中的运用

能够实现不同操作功能的自动控制技术在工程机械中发挥了巨大的作用，逐渐推广开来。例如在摊铺机上安装的自动调平装置能够做到对作业对象的垂直摊铺和水平自动调平；部分比较高级的摊铺机上配备了自动进料装置，同时还能够对铺层的厚度根据作业的实际需要进行自动控制与有效调节管理；能够做到摊铺机的自动化运作。除此之外，在推土机上进行电子监控系统（PIC）以及工作装置的自优化PID系统的安装，能够做到推土机等设备的自动监测以及对仪器设备的微电脑自动控制。来自德国A.F.Pasau的EST17微处理器控制单元使装载机驱动系统实现了自动化。在挖掘机局部功能的自动化控制方面，电子控制系统、故障监控系统、液压挖掘机电子负载传感系统以及自动怠速装置的工作模式等发挥了重要的作用。近年来，在工程施工机械上应用了新的技术包括压实机械压实控制系统（BTM）、车辆监控系统、无线遥控挖掘机和自动液压挖掘机、平地机的自动调平控制，清洗车辆上使用可编程控制器以促进其智能化运作等。

2.2自动化压路机在施工机械中的运用

压路机在施工工程中发挥着重要的基础性的作用，远程通信、数据处理系统、检测系统、中央控制系统等技术的应用实现了自动化压路机的自动化运作。在具体的实施过程中，在施工场地提前设置参考点，将参考点数据信息传送到中央控制系统，控制系统将位置信号转化为设备控制指令，再利用无线通信技术对施工设备进行调整和校准，最终达到压实作业的完成。

2.3推土机、挖掘机在施工机械中的运用

推土机与挖掘机在工程施工机械中具有重要的地位，两者的自动化运作能够大大地提高工作效率，促进工程质量的提升。在挖掘机铲斗和推土机铲刀上最早实现了自动控制装置的运用，当时的主要部件有控制系统、发射器与感光器等。在具体的运用过程中，该设备的速度响应不能跟上作业的进行，所以没有得到广泛推广。由于现代电子技术的迅速发展，在20世纪末，由日本学者北郁夫创建的KOMATSULaserlevelingsustem平整维持系统实现了当推土机的行驶速度为每小时五千米时平面度在三厘米之内的误差。该系统的有效性使其在液压挖掘机中也得到了有效的使用。

2.4压实机械的无人化在施工机械中的运用

振动压路机的无人操作已经应用于水库大坝的水泥混凝土滚动中，用于建立由中央控制装置、数据处理装置、车辆控制装置、通信装置和检测装置等组成的有效控制系统。在振动压路机操作区域中，位置检测功能可以确保机器沿着确定的位置进行均匀压路，充分发挥控制系统的重要作用。位置检测由光波距离计和设置在参考点处的车载自动跟踪装置完成的。振动压路机的工作位置是从位置检测装置检测出来的之后送达到中央控制装置。中央控制系统把接收到的位置参数传送到无线电装置进而发送出车辆位置校正命令的车辆控制信号，该指令被发送到执行部件如气缸和电动机等以进行压路机的工作。在具体的作业中根据不同的现实情况采用不同的操作形式，主要有手动、自动以及无线电操作等三种操作控制方式。

随着现代信息技术以及通讯技术的提高，施工工程的自动化与无人化操作逐渐有了更多的技术支持，有着更大的发展空间。未来有望开发出更加精准感知操作能力更强的系统，实现多台机械设备的无人化作业，极大地促进施工工程的发展。

作者:胡忠波 侯 爵 单位:盘锦市高新技术发展促进中心

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