基于駕駛室底板振動(dòng)信號(hào)的在線(xiàn)密實(shí)度檢測(cè)方法分析

0 引言

壓路機(jī)在工程機(jī)械中屬于道路設(shè)備的范疇，廣泛用于高等級(jí)公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)跑道、農(nóng)機(jī)工程等大型項(xiàng)目的填方壓實(shí)作業(yè)，可以碾壓沙性、半黏性及黏性土壤、路基穩(wěn)定土及瀝青混凝土路面層。壓路機(jī)利用機(jī)械本身的重力工作，適用于各種壓實(shí)作業(yè)，使被碾壓層產(chǎn)生永久變形而密實(shí)

。壓路機(jī)在壓實(shí)路面后，需要對(duì)路面密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，目前已有的檢測(cè)法包括傳統(tǒng)的離線(xiàn)采點(diǎn)密實(shí)度檢測(cè)法(如環(huán)刀法、水袋法和灌砂法等)、離線(xiàn)抽樣的評(píng)價(jià)法(如貫入實(shí)驗(yàn)法、瞬態(tài)錘擊法和核子儀法等)、利用振動(dòng)輪的振動(dòng)響應(yīng)在線(xiàn)檢測(cè)方法(如振動(dòng)輪加速度二次諧波與基波的幅值比方法、振動(dòng)輪加速度二次以上諧波幅值的平方和均方與基波幅值之比方法和振動(dòng)輪的振動(dòng)響應(yīng)波形與激振波形的相位差角方法等)

。傳統(tǒng)的離線(xiàn)采點(diǎn)密實(shí)度檢測(cè)法存在路面破壞性缺點(diǎn)；離線(xiàn)抽樣的評(píng)價(jià)法存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)工缺點(diǎn)，離線(xiàn)取樣存在重復(fù)性差，對(duì)壓實(shí)不足難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)等缺點(diǎn)；核子儀法等根據(jù)路面材料的某些能量參數(shù)例如放射線(xiàn)、彈性波和超聲波等間接評(píng)價(jià)路基路面密實(shí)度，存在放射性污染，長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)人體造成輻射傷害；利用振動(dòng)輪的振動(dòng)響應(yīng)在線(xiàn)檢測(cè)方法存在振動(dòng)環(huán)境惡劣、振動(dòng)干擾大和誤差大等缺點(diǎn)。基于駕駛室底板振動(dòng)信號(hào)的在線(xiàn)密實(shí)度檢測(cè)方法可以解決上述不足之處，值得研究。

1 方案設(shè)計(jì)

如圖1所示，基于駕駛室雙振幅比的密實(shí)度在線(xiàn)檢測(cè)裝置系統(tǒng)，以安裝于壓路機(jī)駕駛室底板處的傳感器來(lái)檢測(cè)路面密實(shí)度。在線(xiàn)檢測(cè)裝置系統(tǒng)包括內(nèi)置振動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)采集裝置、專(zhuān)家系統(tǒng)模塊和操作交互裝置(儀表盤(pán))；振動(dòng)傳感器設(shè)于壓路機(jī)駕駛室底板處進(jìn)行檢測(cè)和采集，所采集分析獲得的數(shù)據(jù)包括前輪實(shí)時(shí)振頻、后輪實(shí)時(shí)振頻和后前輪幅值比。

保險(xiǎn)是一種利用大數(shù)法則集合“同類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)”單位以分?jǐn)倱p失的經(jīng)濟(jì)制度，從經(jīng)濟(jì)角度說(shuō)是分?jǐn)傄馔馐鹿蕮p失和提供經(jīng)濟(jì)保障的一種財(cái)務(wù)安排；從企業(yè)角度說(shuō)是一種風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移機(jī)制，企業(yè)可以向保險(xiǎn)公司轉(zhuǎn)移投資活動(dòng)中未知風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的損失。

振動(dòng)傳感器與數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)相連；專(zhuān)家系統(tǒng)模塊與儀表盤(pán)相連；專(zhuān)家系統(tǒng)模塊包括實(shí)例存貯模塊、實(shí)例推理模塊、邏輯推理模塊。邏輯推理模塊包括遺傳算法模塊；實(shí)例存貯模塊與實(shí)例推理模塊、邏輯推理模塊相連；實(shí)例存貯模塊貯有路面經(jīng)壓路機(jī)壓實(shí)處理的密實(shí)度歷史實(shí)例；振動(dòng)傳感器對(duì)駕駛室底板處的采集數(shù)據(jù)先送至實(shí)例推理模塊，實(shí)例推理模塊以灰色關(guān)聯(lián)度在歷史實(shí)例中查找可匹配的最佳歷史實(shí)例；若查找成功，則實(shí)例推理模塊采用邏輯推理模塊對(duì)查到的最佳歷史實(shí)例進(jìn)行修飾調(diào)優(yōu)后輸出至操作交互裝置的顯示設(shè)備處；若未查找到可匹配實(shí)例，則邏輯推理模塊的遺傳算法模塊參照密實(shí)度歷史實(shí)例數(shù)據(jù)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算以得到路面密實(shí)度計(jì)算值。

邏輯推理模塊對(duì)路面密實(shí)度計(jì)算值進(jìn)行可信度推理后，把可信的計(jì)算值輸出至操作交互裝置的顯示設(shè)備處。邏輯推理模塊對(duì)路面密實(shí)度計(jì)算值進(jìn)行可信度推理后如認(rèn)為不可信，則在操作交互裝置的顯示設(shè)備處顯示失敗信息。當(dāng)實(shí)例推理模塊把經(jīng)修飾調(diào)優(yōu)后的最佳歷史實(shí)例輸出至顯示設(shè)備處時(shí)，提示顯示結(jié)果為實(shí)例推理；當(dāng)邏輯推理模塊把可信的計(jì)算值輸出至顯示設(shè)備處時(shí)，提示顯示結(jié)果為邏輯推理。操作交互裝置處設(shè)有存樣按鈕，當(dāng)顯示設(shè)備顯示邏輯推理且存樣按鈕被觸發(fā)后，邏輯推理模塊輸出的路面密實(shí)度計(jì)算值即作為新的密實(shí)度歷史實(shí)例存入實(shí)例存貯模塊。

2 實(shí)際施工數(shù)據(jù)分析

基于駕駛室雙振幅比的密實(shí)度在線(xiàn)檢測(cè)新方法裝置的硬件由振動(dòng)傳感器、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)和儀表盤(pán)組成，振動(dòng)傳感器固定安裝在壓路機(jī)駕駛室底板上，振動(dòng)信號(hào)由連接在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)線(xiàn)傳輸，計(jì)算機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)軟件分析獲得的密實(shí)度值經(jīng)數(shù)據(jù)線(xiàn)向駕駛室儀表盤(pán)傳輸并顯示。

由于受到母語(yǔ)因素，即漢語(yǔ)的語(yǔ)序與傳統(tǒng)表達(dá)思維定式的干擾，學(xué)生在翻譯中語(yǔ)用能力會(huì)受到相應(yīng)的局限，進(jìn)而在運(yùn)用目的語(yǔ)進(jìn)行翻譯時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法破除中文語(yǔ)序的框架這一問(wèn)題。而由于受到語(yǔ)言能力與內(nèi)容知識(shí)能力的限制，學(xué)生目前知識(shí)儲(chǔ)備尚未完善，英語(yǔ)詞匯量不足，對(duì)詞匯的掌握不夠深入，在口譯過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)無(wú)法正確運(yùn)用某一單詞的正確意義，完全按照單詞字面翻譯的情況，或是無(wú)法辨析詞義相近的單詞不同用法，選擇錯(cuò)誤的近義單詞的情況，從而導(dǎo)致口譯譯文出現(xiàn)錯(cuò)誤。同時(shí)在句法層面，由于學(xué)生語(yǔ)法知識(shí)體系不夠健全，并且仍會(huì)受到已知知識(shí)因素的影響，從而在翻譯過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的語(yǔ)法錯(cuò)誤，例如時(shí)態(tài)錯(cuò)誤與人稱(chēng)錯(cuò)誤等不符合英語(yǔ)語(yǔ)法規(guī)則的情況。

具體操作時(shí)的交互裝置為駕駛室儀表盤(pán)，當(dāng)壓路機(jī)工作行駛時(shí)，計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行，并不斷檢測(cè)駕駛室儀表盤(pán)是否按下“檢測(cè)”按鈕，當(dāng)駕駛員按下“檢測(cè)”按鈕時(shí)，數(shù)據(jù)采集裝置開(kāi)始工作并采集振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信號(hào)，分析處理獲得3個(gè)數(shù)據(jù)(前輪實(shí)時(shí)振頻、后輪實(shí)時(shí)振頻和后前輪幅值比)，根據(jù)3個(gè)數(shù)據(jù)值調(diào)用專(zhuān)家系統(tǒng)模塊推理計(jì)算當(dāng)前密實(shí)度值，并將推理方式和推理結(jié)果顯示在駕駛室儀表盤(pán)上。同時(shí)還可以把實(shí)例存貯模塊內(nèi)的歷史樣本上傳至網(wǎng)絡(luò)云存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)不同壓路機(jī)之間的數(shù)據(jù)共享，以獲得更多歷史樣本。

3 具體實(shí)施

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，預(yù)先采用3種代表性施工試驗(yàn)不同的激振頻率30 Hz、35 Hz、45 Hz進(jìn)行瀝青壓實(shí)試驗(yàn)，對(duì)安置在雙鋼輪壓路機(jī)駕駛室底板上的振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)采集和分析后獲得不同的實(shí)際系統(tǒng)響應(yīng)特性如表1所示(9個(gè)初始樣本)，并把這些樣本存入實(shí)例存貯模塊。

分析表1可知，在前后輪理論上采用30 Hz激振壓實(shí)瀝青時(shí)，駕駛室振動(dòng)傳感器的響應(yīng)緣于制造傳遞誤差及間隙耦合等因素造成駕駛室不再是兩個(gè)30 Hz頻率的簡(jiǎn)單疊加，而是實(shí)測(cè)的復(fù)雜拍振運(yùn)動(dòng)。但不同壓實(shí)次數(shù)下(以6次完全壓實(shí)為例)，規(guī)律是都由30.518 Hz(經(jīng)前輪傳遞)和25.024 Hz(經(jīng)后輪傳遞)頻率合成，且前輪振動(dòng)幅值隨著壓實(shí)次數(shù)(壓實(shí)度)的增大而逐漸減小，而后輪幅值卻逐漸增大，引入后前輪幅值比參數(shù)，因而提出新的密實(shí)度在線(xiàn)檢測(cè)方法。同樣的規(guī)律出現(xiàn)在另外兩個(gè)代表性頻率施工試驗(yàn)中，只是變化速度有所差異(非線(xiàn)性相關(guān))，即在前后輪理論上采用35 Hz激振壓實(shí)瀝青時(shí)，駕駛室振動(dòng)傳感器的響應(yīng)規(guī)律是都由33.569 Hz(經(jīng)前輪傳遞)和32.348 Hz(經(jīng)后輪傳遞)頻率合成，但后前輪幅值比成規(guī)律；而在前后輪理論上采用45 Hz激振壓實(shí)瀝青時(shí)，駕駛室振動(dòng)傳感器的響應(yīng)規(guī)律也是都由43.945 Hz(經(jīng)前輪傳遞)和36.621 Hz(經(jīng)后輪傳遞)頻率合成，且后前輪幅值比一樣成規(guī)律。為了更為準(zhǔn)確地檢測(cè)密實(shí)度(壓實(shí)度)，引入專(zhuān)家系統(tǒng)，覆蓋面較廣的9個(gè)初始分析樣本如表1所示，具體實(shí)施裝置系統(tǒng)原理如圖1方案設(shè)計(jì)。

3.大力引進(jìn)核心人才和高新技術(shù)，進(jìn)一步拓寬領(lǐng)導(dǎo)干部的知識(shí)面。針對(duì)采油廠開(kāi)發(fā)復(fù)雜、難度大的實(shí)際，著眼引進(jìn)掌握高新技術(shù)和尖端理論的核心人才，專(zhuān)門(mén)從事地質(zhì)勘探課題研究。以前沿知識(shí)和尖端科技進(jìn)一步開(kāi)闊領(lǐng)導(dǎo)干部的思路，拓寬其知識(shí)面，完善其知識(shí)體系，提高其執(zhí)政能力和領(lǐng)導(dǎo)水平。

軟件系統(tǒng)運(yùn)行操作具體如下：當(dāng)壓路機(jī)工作行駛時(shí)，計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行，并不斷檢測(cè)駕駛室儀表盤(pán)是否按下檢測(cè)按鈕，當(dāng)駕駛員按下檢測(cè)按鈕時(shí)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)開(kāi)始工作并采集振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信號(hào)，分析處理獲得3個(gè)數(shù)據(jù)(前輪實(shí)時(shí)振頻、后輪實(shí)時(shí)振頻和后前輪幅值比)，根據(jù)3個(gè)數(shù)據(jù)值調(diào)用專(zhuān)家系統(tǒng)推理計(jì)算當(dāng)前密實(shí)度值，并將推理方式和推理結(jié)果顯示在駕駛室儀表盤(pán)上。專(zhuān)家系統(tǒng)的推理方式包括實(shí)例推理和邏輯推理兩種。當(dāng)輸入新采集數(shù)據(jù)時(shí)，專(zhuān)家系統(tǒng)首先調(diào)用實(shí)例推理模塊，基于灰色關(guān)聯(lián)度在系統(tǒng)實(shí)例庫(kù)中查找給定相似度要求內(nèi)的最佳歷史實(shí)例。若匹配成功，則在歷史實(shí)例的密實(shí)度基礎(chǔ)上調(diào)用邏輯推理模塊進(jìn)行調(diào)優(yōu)后輸出，并將推理方式顯示為實(shí)例推理。若匹配失敗，則將實(shí)例庫(kù)中的所有樣本作為訓(xùn)練樣本，以前輪實(shí)時(shí)振頻、后輪實(shí)時(shí)振頻和后前輪幅值比作為輸入?yún)?shù)，密實(shí)度作為輸出參數(shù)，結(jié)合遺傳算法，訓(xùn)練最佳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而根據(jù)輸入數(shù)據(jù)計(jì)算得到當(dāng)前密實(shí)度值，并調(diào)用邏輯圖例模塊對(duì)當(dāng)前的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可信度推理。若推理結(jié)果為可信，則將計(jì)算結(jié)果輸出，并將推理方式顯示為邏輯推理。若推理結(jié)果為不可信，則提示推理失敗。儀表盤(pán)上設(shè)置有“存樣”按鈕，若當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果可信度較高，駕駛員點(diǎn)擊該鍵則當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)和推理結(jié)果作為新的樣本存入專(zhuān)家系統(tǒng)樣本庫(kù)中，以便下次作為實(shí)例樣本使用。這樣，檢測(cè)使用次數(shù)越多，系統(tǒng)樣本不斷豐富，該方法越準(zhǔn)確。隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的不斷提升和海量的存儲(chǔ)功能，該方法將實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)和進(jìn)一步推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

在傳統(tǒng)裝置系統(tǒng)背景技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于振動(dòng)反饋的在線(xiàn)檢測(cè)方法可以解決傳統(tǒng)的離線(xiàn)采點(diǎn)密實(shí)度檢測(cè)法的破壞性問(wèn)題，并避免了離線(xiàn)抽樣評(píng)價(jià)法的費(fèi)時(shí)、費(fèi)工及采樣點(diǎn)有限的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)領(lǐng)域無(wú)損、健康、實(shí)時(shí)的連續(xù)檢測(cè)。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝駕駛室傳感器檢測(cè)評(píng)價(jià)密實(shí)度，有效改善了現(xiàn)有技術(shù)中利用振動(dòng)輪的振動(dòng)響應(yīng)在線(xiàn)檢測(cè)方法的檢測(cè)環(huán)境，并防止了振動(dòng)傳感器在現(xiàn)場(chǎng)施工中脫落的故障現(xiàn)象；采用實(shí)時(shí)采集分析的雙振幅比評(píng)價(jià)指標(biāo)解決了車(chē)身傳遞振動(dòng)干擾問(wèn)題；引入專(zhuān)家系統(tǒng)使該方法越使用越準(zhǔn)確，提高了在線(xiàn)檢測(cè)精度，避免了現(xiàn)有技術(shù)存在誤差大的缺點(diǎn)。

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