砾石土心墙摊铺CA-BINN动态路径规划模型研究

作     者：孙加恩 王佳俊 余佳 王晓玲 李其虎 林威伟 SUN Jiaen;WANG Jiajun;YU Jia;WANG Xiaoling;LI Qihu;LIN Weiwei

作者机构：天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 雅砻江流域水电开发有限公司成都610051 

出 版 物：《水力发电学报》 (Journal of Hydroelectric Engineering)

年 卷 期：2022年第41卷第8期

页      面：92-103页

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 

基　　金：国家自然科学基金雅砻江联合基金(U1965207) 国家自然科学基金(51779169) 

主　　题：砾石土心墙摊铺 复杂动态作业环境 元胞自动机 生物激励神经网络(BINN) 动态路径规划 

摘      要：现有砾石土心墙摊铺作业路径多采用静态规划,未能考虑推土机、自卸汽车等复杂作业环境障碍物的动态变化。针对上述问题,本文提出了一种考虑复杂动态作业环境的砾石土心墙摊铺CA-BINN动态路径规划模型。该模型基于元胞自动机(cellular automata,CA)建模理论,将实时感知的复杂作业环境数据抽象为动态障碍物、摊铺厚度等元胞状态以实时重构动态施工环境;并以元胞状态信息作为生物激励神经网络(biological inspired neural network,BINN)算法的外部输入,同时重构CA框架下BINN算法的神经活性值计算分流方程,实现多料堆整体摊铺作业动态路径规划。其中,单料堆摊铺作业采用以摊铺平整度、无效路径比等指标为目标函数,并结合现场三刀法(三次推移料堆)施工工艺提出的三刀法CA规则实现动态路径规划。工程应用结果表明:所提模型不仅能够在复杂动态作业环境下表现出高安全性、高适应性,而且相较于静态规划模型,路径长度、转折次数和无效路径比分别降低1.9%、42.9%和48%,摊铺平整度提高7%;相较于人工作业,摊铺平整度提高28%,无效路径比降低47%,有效改善了摊铺质量和摊铺效率。