TJSJTQX-路面工程多传感冗余变量摊铺控制系统应用技术指南编制说明

《路面工程多传感冗余变量摊铺控制系统技术指南》团体标准编制说明发布发布江苏镇江路桥工程有限公司2025年10月

目录29613一、目的意义 目的意义1.1技术背景在当今科技飞速发展的时代，公路建设行业正经历着前所未有的变革。随着“智能制造”理念的深入人心以及信息技术的不断革新，传统公路沥青路面施工方式已难以满足现代交通基础设施建设对高效、精准、安全施工的迫切需求。在此背景下，多变量摊铺施工技术应运而生，成为推动公路建设行业转型升级的重要力量。本规范的编制，正是基于这一技术发展趋势，旨在通过统一的技术标准和规范，促进多变量技术的规范化、标准化发展，进而提升公路建设行业的整体施工水平。1.1.1行业技术发展趋势的推动近年来，随着物联网、大数据、云计算、人工智能等技术的快速发展，各行各业都在积极探索智能化转型的道路。在公路建设领域，多传感器冗余变量摊铺作为施工技术创新的重要组成部分，正逐步成为行业技术发展的新趋势。该技术通过集成传感技术、定位技术等前沿技术，实现了施工设备的智能化、自动化和协同化作业，显著提高了施工效率和质量。1.1.2现有技术瓶颈与挑战的剖析尽管自动化控制技术已取得显著进展，但行业仍面临多重挑战：传感器可靠性不足。高精度GNSS定位模块国产化率不足30%，核心芯片依赖进口，导致设备成本居高不下；激光定位在高温工况下的信号衰减问题尚未完全解决，需通过多传感器冗余设计提升系统容错能力。标准体系不完善。智慧化施工设备中，未涉及智能控制系统的数据接口、通信协议及检验方法，导致不同厂商设备兼容性差，数据互通困难。技术人才短缺。自动化摊铺施工需同时掌握机械控制、电子工程及数据分析的复合型人才，但当前行业从业人员中，具备智能设备操作资质者不足15%，制约了技术推广速度。1.1.3技术发展现状与需求的深度分析1.2路面工程多传感冗余变量摊铺施工技术现状1.2.1多传感冗余技术的内涵与优势多传感冗余变量摊铺技术通过集成多种类型传感器，GNSS、激光雷达、惯性测量单元IMU、倾角传感器、毫米波雷达、横坡传感器、压力传感器等，构建多源数据融合的冗余控制系统，以提升施工过程的抗干扰能力与决策准确性。其核心优势体现在以下三方面：容错性增强。单一传感器故障时，系统可自动切换至备用数据源，避免施工中断。例如，在山区隧道施工中，GNSS信号丢失时，激光雷达与IMU的组合导航可维持摊铺机定位精度在±5cm以内，确保施工连续性。精度提升。多传感器数据融合可消除单一传感器的系统误差。GNSS与激光定位的组合使用，将平面定位精度从厘米级提升至毫米级，高程控制误差从±5mm缩小至±2mm。适应性扩展。通过引入温度、湿度、风速等环境传感器，系统可动态调整施工参数，适应不同气候条件。例如，在高温地区施工时，系统可自动降低沥青洒布温度，防止材料老化；在低温环境下，则通过加热装置维持摊铺层温度，确保压实质量。1.2.2技术应用案例与实践效果在锡宜高速公路改扩建项目中，镇江路桥公司采用多传感冗余摊铺技术，集成了GNSS-RTK、激光雷达、IMU及压力传感器，实现了摊铺厚度、平整度及压实度的实时控制。项目数据显示，摊铺层厚度偏差从传统工艺的±8mm降至±3mm，平整度标准差从1.2mm降至0.6mm，施工效率提升35%。此外，通过物联网平台对施工数据的实时分析，项目团队提前识别出3处潜在质量缺陷，避免了经济损失。跨海大桥施工面临风浪大、腐蚀性强等挑战，对摊铺精度与材料耐久性要求极高。浙江交工养护工程分公司在舟山跨海大桥维养项目中，采用多传感冗余技术结合超高性能混凝土（UHPC）铺装工艺，通过在摊铺机上集成风速传感器、盐雾监测仪及应力应变传感器，实时调整摊铺速度，使桥面铺装层与钢梁的粘结强度提升40%，使用寿命延长至20年以上。1.2.3技术瓶颈与发展方向尽管多传感冗余技术已取得阶段性成果，但其大规模应用仍面临以下瓶颈：数据融合算法复杂度高。多传感器数据的时间同步、空间校准及特征提取需高性能计算资源支持，当前边缘计算设备的算力难以满足实时处理需求，导致系统延迟达0.5秒以上，影响施工精度。传感器成本居高不下。高精度激光雷达、IMU等核心部件价格占设备总成本的60%以上，限制了中小企业的技术升级意愿。一套进口激光雷达的价格达20万元，而国产替代品的精度与稳定性尚无法满足施工要求。标准规范缺失。现行标准未对多传感冗余系统的传感器布局、数据接口及检验方法作出规定，导致不同厂商设备兼容性差，增加了集成难度与维护成本。针对上述瓶颈，未来技术发展将聚焦以下方向：轻量化算法优化。通过模型压缩、量化训练等技术，降低数据融合算法的计算复杂度，使边缘设备可实现100ms以内的实时响应。国产化传感器研发。加大在MEMS（微机电系统）传感器、固态激光雷达等领域的研发投入，推动核心部件国产化率提升至50%以上，降低设备成本。标准化体系建设。制定多传感冗余摊铺技术的数据接口、通信协议及检验方法标准，促进产业链上下游协同创新，加速技术普及。沥青路面摊铺自动化控制技术与多传感冗余变量摊铺技术是推动行业高质量发展的核心驱动力。当前，自动化控制技术已实现从机械辅助到智能决策的跨越，但传感器可靠性、标准体系及人才短缺等问题仍需突破；多传感冗余技术通过提升系统容错性与决策准确性，在高速公路、城市道路及跨海大桥等场景中展现出显著优势，但数据融合算法、传感器成本及标准规范等瓶颈制约了其大规模应用。制定《路面工程多传感冗余变量摊铺施工技术条件》团体标准，可填补行业空白，规范技术应用，促进产业链协同创新，为交通强国建设提供技术支撑。1.2目的和意义1.2.1目的（1）填补标准空白，解决设备兼容性难题不同厂商的激光雷达与GNSS模块因数据格式不统一，导致系统集成时需额外开发转换模块，增加成本20%以上。本标准将明确传感器数据接口规范（如采用NMEA0183协议）、通信协议（如MQTT协议）及检验方法（如激光定位精度测试需满足±2mm/4m要求），促进产业链上下游协同创新。（2）提升施工精度，满足高等级道路建设需求本标准结合3D摊铺控制技术，结合GNSS-RTK的水平精度（±10mm+1ppm）与LaserZone激光的高程精度（±2mm），通过多传感器数据融合算法，实现摊铺机熨平板的毫米级动态调整。同时，标准将规定高程控制网采用二等水准网、平面控制网采用三等GPS加一等导线组合的布网方式，确保控制点稳定性。（3）增强环境适应性，破解复杂工况施工瓶颈我国气候条件复杂，高温、多雨、高海拔等极端环境对摊铺技术提出挑战。例如，在高温地区施工时，沥青温度超过180℃会导致激光信号衰减50%以上；在山区隧道施工中，GNSS信号丢失率高达30%。本标准将针对不同场景制定冗余设计规范：高温工况下采用激光雷达与IMU组合导航，隧道内采用UWB超宽带定位与里程计融合方案，确保施工连续性。此外，标准将要求传感器具备IP67防护等级，适应-40℃至85℃的极端温度范围。1.2.2研究意义（1）技术层面：实现从“经验驱动”到“数据驱动”的跨越传统摊铺技术依赖操作人员经验，易因人为失误导致质量缺陷。本标准将推动施工过程数字化，通过多传感器实时采集沥青温度、摊铺速度、压实度等10余项关键参数，并上传至云端平台进行大数据分析。（2）经济层面：降低全生命周期成本，提升投资效益路面早期损坏会导致养护成本呈指数级增长。据测算，每提前1年进行大修，养护成本将增加30%-50%。本标准通过提升摊铺精度，可延长道路使用寿命10年以上。浙江交工在舟山跨海大桥维养项目中采用多传感冗余技术，使桥面铺装层与钢梁的粘结强度提升40%，使用寿命延长至20年以上。（3）研究要求：科学性与实用性的双重保障标准需明确多传感冗余系统的核心性能指标：GNSS-RTK水平精度≤±10mm+1ppm、激光定位高程精度≤±2mm、IMU姿态测量精度≤0.05°、数据融合延迟≤100ms。同时，需规定传感器冗余配置要求：关键参数（如高程）需采用“双激光+IMU”三冗余设计，确保单一传感器故障时系统仍能维持±5mm精度。（4）试验验证：覆盖全气候与全工况标准需制定详细的试验验证方案，包括高温（50℃）、低温（-20℃）、多雨（日降水量≥50mm）、高海拔（≥3000m）等极端环境测试，以及城市道路、高速公路、跨海大桥等典型工况验证。例如，在广深高速公路改扩建项目中，需模拟重载交通（轴载≥13t）下的摊铺层变形，验证系统的动态调整能力。《路面工程多传感冗余变量摊铺施工技术条件》团体标准的制定，是破解行业质量痛点、推动技术升级的关键举措。通过构建科学规范的技术体系，标准将促进多传感冗余技术从“试点应用”向“规模化推广”转变，为交通强国建设提供技术支撑。预计到2030年，标准实施将带动智能摊铺设备市场规模突破100亿元，推动我国路面施工精度达到国际领先水平，实现“建好路、管好路、养好路”的可持续发展目标。任务来源依据2025年9月3日江苏省交通企业协会发布的《关于<路面工程多传感冗余变量摊铺控制系统技术指南>等二项团体标准立项的公告》（省交企协〔2025〕50号）文件精神，经江苏省交通企业协会提出，由江苏镇江路桥工程有限公司、北京中元浩业科技有限公司、江苏狄诺尼信息技术有限责任公司等单位组织开展《路面工程多传感冗余变量摊铺控制系统技术指南》团体标准的编制工作。编制过程为保证本文件制定的科学性、有效性、实用性，标准课题组广泛收集相关文献资料，包括相关论文与研究报告、国家标准、行业标准、地方标准等，认真总结了我省公路路面工程施工技术与管理经验。在标准编制过程中，编制组通过对锡宜高速、卢永高速施工过程中现场调研、资料查阅，并充分调研省内外其他高速公路、国省干线公路、养护工程中使用多变量施工的项目，同时通过多种方式了解多变量摊铺施工工艺要求、传感器配备、组合冗余和改造情况，从而掌握多传感器冗余过程中各环节的控制要点。课题组掌握了多变量系统设计中重点问题、主要问题及模块功能要求后，与相关单位人员进行了充分交流沟通，达成共识，为标准的研究、起草奠定了基础。本标准在立项之前即做了大量的基础性工作并已经完成了大部分编制内容。本标准在2024年5月开始谋划，并与2025年3月形成标准初稿。2025年7月，完成了标准第3次修改稿。2025年9月申请立项，立项后，根据专家对文本框架的意见，经过修改后，完成《路面工程多传感冗余变量摊铺控制系统技术指南》第4次修改稿。2025年9月底完成送审稿及征求意见稿。2025年9月10日，对企业或专家进行意见征求，根据专家及施工单位汇总的意见进行了修改，完成征求意见修改稿，10月20日，完成送审稿。起草单位及人员信息1.起草单位及分工如下表所示序号单位名称分工1江苏镇江路桥工程有限公司负责标准的全面工作及部分章节文本撰写2江苏狄诺尼信息技术有限责任公司负责标准结题、中评、传感器性能研究及部分章节撰写3江苏森淼工程质量检测有限公司4江苏省交通技师学院负责起草本标准有关设备参数研究确定5江苏省产品质量监督检验研究院确定软件要求、撰写部分章节6北京中元浩业科技有限公司负责算法研究7江苏现代蜀宁工程建设有限公司负责算法验证8戴纳派克（中国）压实摊铺设备有限公司负责设备接口研究9维特根（中国）机械有限公司负责变量摊铺施工工艺研究10无锡市市政设施建设工程有限公司进行现场验证研究标准主要起草人序号姓名职务职称所在单位工作内容1蔡爱林高工徐工集团工程机械股份有限公司项目总负责/技术负责2吕泰达高工江苏狄诺尼信息技术有限责任公司项目业务负责3吴昀高工江苏省产品质量监督检验研究院标准第6章部分内容4毛安静高工江苏森淼工程质量检测有限公司技术指导、算法研究5窦传刚高工无锡市市政设施建设工程有限公司标准编制说明书撰写6路星高工北京中元浩业科技有限公司标准3-5章部分内容7曹恒辉高工北京中元浩业科技有限公司标准3-5章部分内容8庄云高工江苏镇江路桥工程有限公司标准第7章部分内容撰写9朱蕊高工江苏镇江路桥工程有限公司标准第8章部分内容撰写标准的主要内容确定依据本标准结合我省公路沥青路面智慧化施工的特点，参考省内外路面机械化施工的经验和做法情况，结合国家标准、地方标准、团体标准等资料，对沥青路面多变量摊铺的系统组成、多传感器冗余设计、建模、施工等内容等进行科学、合理研究，制定适用于我省沥青路面智慧化施工的标准。术语和定义针对标准中重要术语进行解释，如变量摊铺、多传感冗余、主传感器等。系统组成针对多传感冗余系统的特点，对变量摊铺系统进行了研究，给出了系统功能要求及传感器选择条件。对非接触式平衡梁进行了技术规定，如激光平衡梁规定了探头数量、异常值处理功能要求、工作温度要求、防护等级要求等，对超声波平衡梁的测距误差、探头要求、采样频率要求、灵敏度要求、延时要求、防护等级要求等。对传感器进行了要求，根据多变量施工精度要求，规定至少应配备GNSS传感器、双轴倾角传感器、横坡传感器、车身姿态传感器、温度传感器和360环视等传感器，并对传感器进行了规定。规定了GNSS传感器的工作误差、稳定性、数据采集的连续性等。规定了双轴倾角传感器测量范围、静态精度、分辨率、采样率、工作温度、防护等级。规定了横坡传感器测量范围、静态测量精度、动态精度衰减、分辨率、采样率、温度范围、防护等级、时间延迟等。规定了IMU单元性能指标的要求。规定了车身姿态传感器姿态测量精度、采样率、输出频率、工作温度范围、防护等级等。规定了温度传感器测量范围、测量精度、响应时间、采样率、安装位置等。多传感器冗余设计给出了多传感冗余设计的一般要求，说明了多传感器冗余设计的应用场合。在冗余设计中，规定了传感器分层要求，规定了主传感器和冗余传感器的分工协作、数据融合中的冗余处理方法、故障检测与切换机制要求、控制指令冗余生成机制、关键冗余整合计算方法、横坡传感器冗余配置要求等。建模规定了坐标系与参考基准，规定了应以GNSS提供的WGS84或地方坐标系为基准，确定全局坐标系，定义摊铺机的绝对位置，规定了以车身姿态传感器为基准，定义摊铺机的局部坐标系（横滚Roll、俯仰Pitch、航向Yaw），规定各传感器宜通过标定转换至车身坐标系。规定了建模应考虑下承层和设计高程数据，规定了传感器数据预处理方法，给出了几何关系转换预处理方法，规定了多传感器数据时空对齐关键参数动态计算方法。同时，对控制算法提出了具体要求。施工对施工准备期间的工作进行了规定，给出了仪器设备的安装与标定的方法，规定了施工参数预设条件。规定了摊铺作业中，进行多传感器数据融合监控应满足的具体要求，在进行变量控制实施时，规定高程、厚度、横坡等参数需要进行变量调整，规定，施工期间，应采取动态补偿机制进行动态控制，并给出控制方法。给出变量施工质量控制检验的项目和方法。重大分歧意见的处理过程和依据无。与相关法律法规和标准的关系在编写过程中遵循“科学性、统一性、适用性、规范性”原则，本地方标准是课题组在智慧化施工、工程监理和试验检测过程中的经验总结，具备普适性和可操作性。目前本技术方法尚无完全相同的国家和行业标准，本文件的编写格式按照《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》（GB/T1.1-2020）给出的规则进行编写和表述。编写过程中，并参照了《公路沥青路面施工技术规程》、《公路工程质量检测评定标准》（JTGF80）等文件等研究内容，是对这些文件的细化、延伸和补充，重点对变量施工中传感器及建模等进行了规范。本文件与现行法律、法规和国家标准无冲突。标准的推广实施8.1加强标准在各单位的应用，推进标准实施建议江苏省高速公路、国省干道等施工单位、监理单位、中心试验室单位、技术服务单位在沥青路面施工质量控制过程中，积极采用本文件，将本文件作为路面智慧化施工的基本指导文件。8.2加大标准宣贯力度，扩大宣贯范围从管理单位到施工单位，从主管部门、行业专家到试验检测行业从业人员，建立立体化、形式多样、广泛的宣贯网络，使标准宣贯具体到每一个岗位，深入到每一个层次。标准的宣贯工作不仅包括标准文本本身，还应包括标准的编制说明，使得标准使用者不仅了解标准文本中规定的内容，还了解本文件编制说明中对于标准制定背景、制定依据等内容，以利于标准的贯彻执行。8.3做好信息反馈和适用性评价，提高标准实施效果标准宣贯实施过程中，要注重将标准的宣贯工作落实到实际中。在本文件宣贯后，要时刻跟踪本文件在各单位箱梁预制施工的实施情况，记录标准在实际应用中的具体效果，对于实用性不强、适用性差的条款要及时反馈到相关行业管理部门，以便采取相应的措施。征求意见反馈汇总表序号标准章条编号意见内容处理意见及理由单位名称姓名职务联系方式13.1指在系统中配置多个同类或不同类传感器以实现数据相互校验、故障检测与容错的技术设计。其核心目标是通过冗余配置提升系统的可靠性、安全性和数据准确性，避免单一传感器失效导致的系统故障。建议删除“指”字采纳华设集团南通分院周安平副院长1396299037323.3建议对多传感冗余进行进一步解释采纳。增加了“注”盐城市高速公路建设指挥部周正殿主任1360510399933.3冗余传感器是系统中用于替代或补充主传感器的传感器，建议修改为“系统中用于替代或补充主传感器的传感器”采纳南京市公共工程建设中心彭韦工程部长1370519907743.5在沥青路面施工中，通过多传感器实时采集路面状态参数（如高程、横坡、松铺厚度、压实度等），利用控制算法动态调整摊铺机工作参数（如熨平板高度、侧倾角度、摊铺速度、螺旋布料器转速等），实现路面几何形状和材料分布的精准控制。建议修改为：“沥青路面摊铺中，通过多个（种）传感器实时采集路面高程、横坡、松铺厚度、温度、压实度等状态参数，利用控制算法动态调整摊铺机熨平板高度、侧倾角度、摊铺速度、螺旋布料器转速等工作参数，实现路面几何形状和材料分布的精准控制”53文本中出现“重采样”术语，建议增加采纳。中铁五局集团有限公司李建国经理182101509364.1.2多传感冗余变量摊铺控制系统硬件以摊铺机为载体，安装位置宜按图1布设。建议修改为“多传感冗余变量摊铺控制系统硬件以摊铺机为载体，传感器安装位置宜按图1布设。”采纳江苏兆信项目管理有限公司陈佰钰副总监173681969994.1建议增加“4.1.3多传感冗余变量摊铺控制系统软件应根据施工路段具体要求进行设计建模。”采纳张靖皋通道指挥部顾小康工程部长158504569914.2.2a)探头数量不少于48束，单探头检测范围不少于250mm，探头检测频率大于100Hz，响应时间小于1ms.48束探头属于较新产品，部分摊铺机平衡梁达不到此要求，建议修改为36束。采纳苏州交投规划设计建设管理有限公司胡田亚处长1391261828364.2.3a)超声波传感器测距误差应控制±1.5mm之间，整体摊铺平整度误