0 引 言

胶轮压路机是沥青面层摊铺施工作业中的常用装备，存在设备质量大、行进速度快、往返操作频繁、工作噪声小、后侧面视觉盲区大、需场地施工人员配合等作业特征，时常发生与施工作业人员的刮擦与碰撞事故，带来无法挽回的经济与生命代价.如何根据胶轮压路机设备的技术特点，研发相关主动防撞系统，最大程度减小施工作业事故是道路工程界迫切关心的热点技术问题之一.

自20世纪90年代，智能交通系统(intelligent transport system，ITS)计划已在世界范围内全面启动，微波处理器及其电子元件集成水平得到了高度发展，微波雷达系统用于交通车辆的防撞预警也逐渐形成共识[1].在防撞雷达的研究热潮中，德国、日本和美国等国家相继研发出系列高性能防撞雷达产品，其中德国劳伦斯和奔驰公司联合开发的车载防撞雷达系统，可以实现目标障碍物与车辆之间距离及本车相对速度的感知；日本伊顿科技公司研制的60 GHz防撞雷达较德国在功能范围、数据精度及设备敏感度等方面有了较大突破，可有效探测速度、距离和方位角等信息，并能够进行数据反馈，实现车辆的安全制动；美国福特公司开发的防撞微波雷达系统也较为先进，并已广泛应用在无人驾驶车辆上.然而，上述防撞系统的研发成本一直居高不下，未能得到广泛的推广，目前只在极少部分的高档汽车中得到应用[2].相对而言，国内防撞雷达系统的研究与应用起步较晚，现阶段企业和科研院所主要针对防撞雷达的某一模块进行研发，产品主要集中在以超声波、激光和红外检测为控制方式的汽车防撞装置中.李湘闽等[3]以毫米波作为发射波，通过发射固定频率的周期三角波进行波谱调制分析，研发了毫米波雷达系统，可实现高精度感知与检测目标障碍物的功能.江苏赛博电子有限公司将毫米波雷达与数字信号处理器相结合，成功研制了汽车雷达防撞系统，能同时对20个探测器的信息进行处理分析，虚警率为1%，最小检测距离为1 m[4].

事实上，胶轮压路机的运行条件不同于一般路上的一般车辆，其所处的工地现场施工环境恶劣，噪声干扰大，恶劣天气带来的影响也较为明显.因此，对胶轮压路机防撞预警系统的环境适应能力、测量范围、响应时间等性能指标的要求也较高.然而，目前国内外对于压路机综合防撞系统的研究还远远不够，还未开发出较为成熟、并能普遍推广的施工机械防撞控制系统与装置.胶轮压路机防撞控制的关键在于能否实时准确地探测胶轮压路机周围的目标障碍物，能否在极短的时间内精确地测量障碍物与压路机之间的距离和相对速度，而瓶颈问题就是系统如何抑制噪声干扰，并加强回波信号，进而实施准确检测，降低虚警概率.因此，研发设计效率高、体积小、成本低的胶轮压路机综合防撞系统是解决沥青路面施工过程中高频作业事故的有效技术保障.基于此，笔者在掌握胶轮压路机施工作业特征及其工作环境的基础之上，根据已有的毫米波雷达、三维扫描激光传感器及对地雷达的工作原理，提出了适用于胶轮压路机的毫米波雷达测速系统、三维扫描激光定位系统及对地雷达测速系统，构建了集毫米波雷达、三维扫描激光传感器、对地雷达、信号处理器于一体的综合防撞控制系统，并对各模块的系统功能和工作原理进行深入分析.研究成果以期为胶轮压路机综合防撞系统平台的研发提供理论支撑，为最大程度地减少胶轮压路机施工碰撞事故提供技术保障.

1 综合防撞系统的集成设计

远距离目标探测、近距离目标识别、安全制动距离感知、声光报警与车辆制动操作等功能的实现，是有效设计胶轮压路机防撞集成系统的必要条件.最新研究成果表明，在车辆行驶过程中,中远距离的判断大多数使用毫米波雷达，车辆行进速度的测量一般采用对地雷达，而对于近距离障碍物的检测通常采用三维扫描激光传感器[5].因此，针对胶轮压路机的特殊施工条件和作业区范围，将毫米波雷达传感器、三维扫描激光传感器及对地雷达传感器进行集成，结合信号处理系统(digital signal processor，DSP)信息反馈与识别算法，设计综合防撞集成系统，实现动态预警与车辆制动，是有效帮助驾驶员最大程度保证施工安全、避免碰撞事故发生的有效方式.胶轮压路机综合防撞系统的集成构架如图1所示.胶轮压路机开始施工时，毫米波雷达、三维扫描激光传感器和对地雷达同时开始工作，毫米波雷达实时检测车辆后方障碍物的距离，三维扫描激光传感器实时监测车辆两侧是否有人员闯入，对地雷达实时计算压路机当前的行驶速度.