基于駕駛室底板振動信號的在線密實度檢測方法分析

0 引言

壓路機在工程機械中屬于道路設備的范疇，廣泛用于高等級公路、鐵路、機場跑道、農機工程等大型項目的填方壓實作業，可以碾壓沙性、半黏性及黏性土壤、路基穩定土及瀝青混凝土路面層。壓路機利用機械本身的重力工作，適用于各種壓實作業，使被碾壓層產生永久變形而密實

。壓路機在壓實路面后，需要對路面密實度進行檢測，目前已有的檢測法包括傳統的離線采點密實度檢測法(如環刀法、水袋法和灌砂法等)、離線抽樣的評價法(如貫入實驗法、瞬態錘擊法和核子儀法等)、利用振動輪的振動響應在線檢測方法(如振動輪加速度二次諧波與基波的幅值比方法、振動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輪的振動響應波形與激振波形的相位差角方法等)

。傳統的離線采點密實度檢測法存在路面破壞性缺點；離線抽樣的評價法存在費時、費工缺點，離線取樣存在重復性差，對壓實不足難以及時發現等缺點；核子儀法等根據路面材料的某些能量參數例如放射線、彈性波和超聲波等間接評價路基路面密實度，存在放射性污染，長期使用會對人體造成輻射傷害；利用振動輪的振動響應在線檢測方法存在振動環境惡劣、振動干擾大和誤差大等缺點?；隈{駛室底板振動信號的在線密實度檢測方法可以解決上述不足之處，值得研究。

1 方案設計

如圖1所示，基于駕駛室雙振幅比的密實度在線檢測裝置系統，以安裝于壓路機駕駛室底板處的傳感器來檢測路面密實度。在線檢測裝置系統包括內置振動傳感器的數據采集裝置、專家系統模塊和操作交互裝置(儀表盤)；振動傳感器設于壓路機駕駛室底板處進行檢測和采集，所采集分析獲得的數據包括前輪實時振頻、后輪實時振頻和后前輪幅值比。

保險是一種利用大數法則集合“同類風險”單位以分攤損失的經濟制度，從經濟角度說是分攤意外事故損失和提供經濟保障的一種財務安排；從企業角度說是一種風險轉移機制，企業可以向保險公司轉移投資活動中未知風險帶來的損失。

振動傳感器與數據采集與分析系統相連；專家系統模塊與儀表盤相連；專家系統模塊包括實例存貯模塊、實例推理模塊、邏輯推理模塊。邏輯推理模塊包括遺傳算法模塊；實例存貯模塊與實例推理模塊、邏輯推理模塊相連；實例存貯模塊貯有路面經壓路機壓實處理的密實度歷史實例；振動傳感器對駕駛室底板處的采集數據先送至實例推理模塊，實例推理模塊以灰色關聯度在歷史實例中查找可匹配的最佳歷史實例；若查找成功，則實例推理模塊采用邏輯推理模塊對查到的最佳歷史實例進行修飾調優后輸出至操作交互裝置的顯示設備處；若未查找到可匹配實例，則邏輯推理模塊的遺傳算法模塊參照密實度歷史實例數據，對采集數據進行計算以得到路面密實度計算值。

邏輯推理模塊對路面密實度計算值進行可信度推理后，把可信的計算值輸出至操作交互裝置的顯示設備處。邏輯推理模塊對路面密實度計算值進行可信度推理后如認為不可信，則在操作交互裝置的顯示設備處顯示失敗信息。當實例推理模塊把經修飾調優后的最佳歷史實例輸出至顯示設備處時，提示顯示結果為實例推理；當邏輯推理模塊把可信的計算值輸出至顯示設備處時，提示顯示結果為邏輯推理。操作交互裝置處設有存樣按鈕，當顯示設備顯示邏輯推理且存樣按鈕被觸發后，邏輯推理模塊輸出的路面密實度計算值即作為新的密實度歷史實例存入實例存貯模塊。

2 實際施工數據分析

基于駕駛室雙振幅比的密實度在線檢測新方法裝置的硬件由振動傳感器、計算機數據采集與分析系統和儀表盤組成，振動傳感器固定安裝在壓路機駕駛室底板上，振動信號由連接在計算機數據采集與分析系統數據線傳輸，計算機專家系統軟件分析獲得的密實度值經數據線向駕駛室儀表盤傳輸并顯示。

由于受到母語因素，即漢語的語序與傳統表達思維定式的干擾，學生在翻譯中語用能力會受到相應的局限，進而在運用目的語進行翻譯時，會出現無法破除中文語序的框架這一問題。而由于受到語言能力與內容知識能力的限制，學生目前知識儲備尚未完善，英語詞匯量不足，對詞匯的掌握不夠深入，在口譯過程中會出現無法正確運用某一單詞的正確意義，完全按照單詞字面翻譯的情況，或是無法辨析詞義相近的單詞不同用法，選擇錯誤的近義單詞的情況，從而導致口譯譯文出現錯誤。同時在句法層面，由于學生語法知識體系不夠健全，并且仍會受到已知知識因素的影響，從而在翻譯過程中會出現相應的語法錯誤，例如時態錯誤與人稱錯誤等不符合英語語法規則的情況。

具體操作時的交互裝置為駕駛室儀表盤，當壓路機工作行駛時，計算機檢測系統開機運行，并不斷檢測駕駛室儀表盤是否按下“檢測”按鈕，當駕駛員按下“檢測”按鈕時，數據采集裝置開始工作并采集振動傳感器的振動信號，分析處理獲得3個數據(前輪實時振頻、后輪實時振頻和后前輪幅值比)，根據3個數據值調用專家系統模塊推理計算當前密實度值，并將推理方式和推理結果顯示在駕駛室儀表盤上。同時還可以把實例存貯模塊內的歷史樣本上傳至網絡云存儲空間，實現不同壓路機之間的數據共享，以獲得更多歷史樣本。

3 具體實施

按照《公路瀝青路面施工技術規范》，預先采用3種代表性施工試驗不同的激振頻率30 Hz、35 Hz、45 Hz進行瀝青壓實試驗，對安置在雙鋼輪壓路機駕駛室底板上的振動傳感器監測到的振動信號經采集和分析后獲得不同的實際系統響應特性如表1所示(9個初始樣本)，并把這些樣本存入實例存貯模塊。

分析表1可知，在前后輪理論上采用30 Hz激振壓實瀝青時，駕駛室振動傳感器的響應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30 Hz頻率的簡單疊加，而是實測的復雜拍振運動。但不同壓實次數下(以6次完全壓實為例)，規律是都由30.518 Hz(經前輪傳遞)和25.024 Hz(經后輪傳遞)頻率合成，且前輪振動幅值隨著壓實次數(壓實度)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，因而提出新的密實度在線檢測方法。同樣的規律出現在另外兩個代表性頻率施工試驗中，只是變化速度有所差異(非線性相關)，即在前后輪理論上采用35 Hz激振壓實瀝青時，駕駛室振動傳感器的響應規律是都由33.569 Hz(經前輪傳遞)和32.348 Hz(經后輪傳遞)頻率合成，但后前輪幅值比成規律；而在前后輪理論上采用45 Hz激振壓實瀝青時，駕駛室振動傳感器的響應規律也是都由43.945 Hz(經前輪傳遞)和36.621 Hz(經后輪傳遞)頻率合成，且后前輪幅值比一樣成規律。為了更為準確地檢測密實度(壓實度)，引入專家系統，覆蓋面較廣的9個初始分析樣本如表1所示，具體實施裝置系統原理如圖1方案設計。

3.大力引進核心人才和高新技術，進一步拓寬領導干部的知識面。針對采油廠開發復雜、難度大的實際，著眼引進掌握高新技術和尖端理論的核心人才，專門從事地質勘探課題研究。以前沿知識和尖端科技進一步開闊領導干部的思路，拓寬其知識面，完善其知識體系，提高其執政能力和領導水平。

軟件系統運行操作具體如下：當壓路機工作行駛時，計算機檢測系統開機運行，并不斷檢測駕駛室儀表盤是否按下檢測按鈕，當駕駛員按下檢測按鈕時，計算機數據采集與分析系統開始工作并采集振動傳感器的振動信號，分析處理獲得3個數據(前輪實時振頻、后輪實時振頻和后前輪幅值比)，根據3個數據值調用專家系統推理計算當前密實度值，并將推理方式和推理結果顯示在駕駛室儀表盤上。專家系統的推理方式包括實例推理和邏輯推理兩種。當輸入新采集數據時，專家系統首先調用實例推理模塊，基于灰色關聯度在系統實例庫中查找給定相似度要求內的最佳歷史實例。若匹配成功，則在歷史實例的密實度基礎上調用邏輯推理模塊進行調優后輸出，并將推理方式顯示為實例推理。若匹配失敗，則將實例庫中的所有樣本作為訓練樣本，以前輪實時振頻、后輪實時振頻和后前輪幅值比作為輸入參數，密實度作為輸出參數，結合遺傳算法，訓練最佳BP神經網絡，進而根據輸入數據計算得到當前密實度值，并調用邏輯圖例模塊對當前的計算結果進行可信度推理。若推理結果為可信，則將計算結果輸出，并將推理方式顯示為邏輯推理。若推理結果為不可信，則提示推理失敗。儀表盤上設置有“存樣”按鈕，若當前檢測結果可信度較高，駕駛員點擊該鍵則當前采樣數據和推理結果作為新的樣本存入專家系統樣本庫中，以便下次作為實例樣本使用。這樣，檢測使用次數越多，系統樣本不斷豐富，該方法越準確。隨著計算機運行速度的不斷提升和海量的存儲功能，該方法將實現快速檢測和進一步推廣。

4 結語

在傳統裝置系統背景技術的基礎上，基于振動反饋的在線檢測方法可以解決傳統的離線采點密實度檢測法的破壞性問題，并避免了離線抽樣評價法的費時、費工及采樣點有限的缺點，實現該技術領域無損、健康、實時的連續檢測。同時，系統設計安裝駕駛室傳感器檢測評價密實度，有效改善了現有技術中利用振動輪的振動響應在線檢測方法的檢測環境，并防止了振動傳感器在現場施工中脫落的故障現象；采用實時采集分析的雙振幅比評價指標解決了車身傳遞振動干擾問題；引入專家系統使該方法越使用越準確，提高了在線檢測精度，避免了現有技術存在誤差大的缺點。

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