Page 8 - 2024年第55卷第3期

仓面边界及障碍物的坐标通过现场测量队使用手持北斗测量仪测定测量得到。
堆石坝不同分区对应不同筑坝材料，不同筑坝材料的料源特性不同，料源参数主要通过对筑坝材
料进行现场试验等方式获取，材料级配是影响堆石料碾压质量的重要因素，本文选用材料级配作为料
源参数。
本文应用所在团队提出的 “基于随机森林算法的压实质量评价模型与方法” ［２６］ 建立仓面压实质量
评价模型，以干密度作为评价压实质量的指标。将碾压仓面划分成方形网格，将材料级配与碾压参数
共同输入压实质量评价模型预测各网格的干密度，通过克里金插值算法细化各网格的干密度，得到碾
压仓面的干密度云图，如图 ３所示。通过干密度云图可获得碾压仓面内各点的压实质量，为碾压机选
择作业路径提供数据基础。

图 ３ 干密度云图
３．２ 元胞自动机填筑仓面信息模型 元胞自动机是一种网格动力学模型，主要由元胞空间维数、元胞
状态集合、邻居、局部规则组成，具体表达如式（ ７）所示。
Ａ～（ｄ，Ｓ，Ｎ，ｆ） （７）
式中：Ａ为整个元胞系统中的一个包含规则的元胞；ｄ为元胞空间的维数；Ｓ为元胞有限离散的状态集
合；Ｎ为某领域内所有元胞的集合；ｆ为局部映射或局部规则； ～表示元胞系统的 ４种属性。
本文选用网格形状为正方形、邻居形式为 Ｍｏｏｒｅ型的二维元胞自动机模型。根据测量出的仓面边
界控制点建立填筑仓面信息模型，设置一个能将施工仓面包括在内的最小长方形区域，并以长方形一
顶点作为原点，以碾压方向为 ｙ轴，以垂直碾压方向为 ｘ轴建立坐标系。为了精确储存更新填筑仓面
信息，将整个填筑仓面划分成多个 ０．１ｍ × ０．１ｍ的正方形网格，每个网格按照位置对应一个元胞。
元胞主要储存元胞坐标、属性值、动作值、碾压遍数、碾压速度、材料级配、压实质量评估结果
等状态信息。每个状态都有特定的状态转移规则，具体状态转移规则如下：
（１）元胞坐标与每个网格的坐标对应，仓面划分之后元胞获得各自坐标且不再修改。
（２）元胞的属性值表示元胞当前的状态，通过碾压机实时位置确定。障碍物内以及仓面边界以外
的元胞不能碾压，分别设置障碍物覆盖和仓面外的元胞属性值为 － １和 － ２ 。当条带正在碾压时，设置
该条带上搭接部分的元胞属性值为 ３，其余部分的元胞属性值为 ３。当元胞坐标与碾压机坐标重合时，
设置其属性值为 １。当元胞的压实质量满足要求时，设置其属性值为 ４。其余元胞的属性值设置为 ０。
（３）元胞的动作值通过周围元胞属性值和压实质量评估结果确定。仓面边界以外范围覆盖的元胞
以及障碍物覆盖的元胞不参与到碾压作业过程中，设置其动作值为 １０００。其余元胞的动作值与压实质
量评估结果正相关，规定碾压机通过由高动作值元胞向低动作值元胞移动进行动作选择。
（ ４）碾压遍数通过元胞属性值确定，当元胞的属性值变为 １时，其储存的碾压遍数叠加一次。其
具体表达式如式（８）所示。

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