基于驾驶室底板振动信号的在线密实度检测方法分析

0 引言

压路机在工程机械中属于道路设备的范畴，广泛用于高等级公路、铁路、机场跑道、农机工程等大型项目的填方压实作业，可以碾压沙性、半黏性及黏性土壤、路基稳定土及沥青混凝土路面层。压路机利用机械本身的重力工作，适用于各种压实作业，使被碾压层产生永久变形而密实

。压路机在压实路面后，需要对路面密实度进行检测，目前已有的检测法包括传统的离线采点密实度检测法(如环刀法、水袋法和灌砂法等)、离线抽样的评价法(如贯入实验法、瞬态锤击法和核子仪法等)、利用振动轮的振动响应在线检测方法(如振动轮加速度二次谐波与基波的幅值比方法、振动轮加速度二次以上谐波幅值的平方和均方与基波幅值之比方法和振动轮的振动响应波形与激振波形的相位差角方法等)

。传统的离线采点密实度检测法存在路面破坏性缺点；离线抽样的评价法存在费时、费工缺点，离线取样存在重复性差，对压实不足难以及时发现等缺点；核子仪法等根据路面材料的某些能量参数例如放射线、弹性波和超声波等间接评价路基路面密实度，存在放射性污染，长期使用会对人体造成辐射伤害；利用振动轮的振动响应在线检测方法存在振动环境恶劣、振动干扰大和误差大等缺点。基于驾驶室底板振动信号的在线密实度检测方法可以解决上述不足之处，值得研究。

1 方案设计

如图1所示，基于驾驶室双振幅比的密实度在线检测装置系统，以安装于压路机驾驶室底板处的传感器来检测路面密实度。在线检测装置系统包括内置振动传感器的数据采集装置、专家系统模块和操作交互装置(仪表盘)；振动传感器设于压路机驾驶室底板处进行检测和采集，所采集分析获得的数据包括前轮实时振频、后轮实时振频和后前轮幅值比。

保险是一种利用大数法则集合“同类风险”单位以分摊损失的经济制度，从经济角度说是分摊意外事故损失和提供经济保障的一种财务安排；从企业角度说是一种风险转移机制，企业可以向保险公司转移投资活动中未知风险带来的损失。

振动传感器与数据采集与分析系统相连；专家系统模块与仪表盘相连；专家系统模块包括实例存贮模块、实例推理模块、逻辑推理模块。逻辑推理模块包括遗传算法模块；实例存贮模块与实例推理模块、逻辑推理模块相连；实例存贮模块贮有路面经压路机压实处理的密实度历史实例；振动传感器对驾驶室底板处的采集数据先送至实例推理模块，实例推理模块以灰色关联度在历史实例中查找可匹配的最佳历史实例；若查找成功，则实例推理模块采用逻辑推理模块对查到的最佳历史实例进行修饰调优后输出至操作交互装置的显示设备处；若未查找到可匹配实例，则逻辑推理模块的遗传算法模块参照密实度历史实例数据，对采集数据进行计算以得到路面密实度计算值。

逻辑推理模块对路面密实度计算值进行可信度推理后，把可信的计算值输出至操作交互装置的显示设备处。逻辑推理模块对路面密实度计算值进行可信度推理后如认为不可信，则在操作交互装置的显示设备处显示失败信息。当实例推理模块把经修饰调优后的最佳历史实例输出至显示设备处时，提示显示结果为实例推理；当逻辑推理模块把可信的计算值输出至显示设备处时，提示显示结果为逻辑推理。操作交互装置处设有存样按钮，当显示设备显示逻辑推理且存样按钮被触发后，逻辑推理模块输出的路面密实度计算值即作为新的密实度历史实例存入实例存贮模块。

2 实际施工数据分析

基于驾驶室双振幅比的密实度在线检测新方法装置的硬件由振动传感器、计算机数据采集与分析系统和仪表盘组成，振动传感器固定安装在压路机驾驶室底板上，振动信号由连接在计算机数据采集与分析系统数据线传输，计算机专家系统软件分析获得的密实度值经数据线向驾驶室仪表盘传输并显示。

由于受到母语因素，即汉语的语序与传统表达思维定式的干扰，学生在翻译中语用能力会受到相应的局限，进而在运用目的语进行翻译时，会出现无法破除中文语序的框架这一问题。而由于受到语言能力与内容知识能力的限制，学生目前知识储备尚未完善，英语词汇量不足，对词汇的掌握不够深入，在口译过程中会出现无法正确运用某一单词的正确意义，完全按照单词字面翻译的情况，或是无法辨析词义相近的单词不同用法，选择错误的近义单词的情况，从而导致口译译文出现错误。同时在句法层面，由于学生语法知识体系不够健全，并且仍会受到已知知识因素的影响，从而在翻译过程中会出现相应的语法错误，例如时态错误与人称错误等不符合英语语法规则的情况。

具体操作时的交互装置为驾驶室仪表盘，当压路机工作行驶时，计算机检测系统开机运行，并不断检测驾驶室仪表盘是否按下“检测”按钮，当驾驶员按下“检测”按钮时，数据采集装置开始工作并采集振动传感器的振动信号，分析处理获得3个数据(前轮实时振频、后轮实时振频和后前轮幅值比)，根据3个数据值调用专家系统模块推理计算当前密实度值，并将推理方式和推理结果显示在驾驶室仪表盘上。同时还可以把实例存贮模块内的历史样本上传至网络云存储空间，实现不同压路机之间的数据共享，以获得更多历史样本。

3 具体实施

按照《公路沥青路面施工技术规范》，预先采用3种代表性施工试验不同的激振频率30 Hz、35 Hz、45 Hz进行沥青压实试验，对安置在双钢轮压路机驾驶室底板上的振动传感器监测到的振动信号经采集和分析后获得不同的实际系统响应特性如表1所示(9个初始样本)，并把这些样本存入实例存贮模块。

分析表1可知，在前后轮理论上采用30 Hz激振压实沥青时，驾驶室振动传感器的响应缘于制造传递误差及间隙耦合等因素造成驾驶室不再是两个30 Hz频率的简单叠加，而是实测的复杂拍振运动。但不同压实次数下(以6次完全压实为例)，规律是都由30.518 Hz(经前轮传递)和25.024 Hz(经后轮传递)频率合成，且前轮振动幅值随着压实次数(压实度)的增大而逐渐减小，而后轮幅值却逐渐增大，引入后前轮幅值比参数，因而提出新的密实度在线检测方法。同样的规律出现在另外两个代表性频率施工试验中，只是变化速度有所差异(非线性相关)，即在前后轮理论上采用35 Hz激振压实沥青时，驾驶室振动传感器的响应规律是都由33.569 Hz(经前轮传递)和32.348 Hz(经后轮传递)频率合成，但后前轮幅值比成规律；而在前后轮理论上采用45 Hz激振压实沥青时，驾驶室振动传感器的响应规律也是都由43.945 Hz(经前轮传递)和36.621 Hz(经后轮传递)频率合成，且后前轮幅值比一样成规律。为了更为准确地检测密实度(压实度)，引入专家系统，覆盖面较广的9个初始分析样本如表1所示，具体实施装置系统原理如图1方案设计。

3.大力引进核心人才和高新技术，进一步拓宽领导干部的知识面。针对采油厂开发复杂、难度大的实际，着眼引进掌握高新技术和尖端理论的核心人才，专门从事地质勘探课题研究。以前沿知识和尖端科技进一步开阔领导干部的思路，拓宽其知识面，完善其知识体系，提高其执政能力和领导水平。

软件系统运行操作具体如下：当压路机工作行驶时，计算机检测系统开机运行，并不断检测驾驶室仪表盘是否按下检测按钮，当驾驶员按下检测按钮时，计算机数据采集与分析系统开始工作并采集振动传感器的振动信号，分析处理获得3个数据(前轮实时振频、后轮实时振频和后前轮幅值比)，根据3个数据值调用专家系统推理计算当前密实度值，并将推理方式和推理结果显示在驾驶室仪表盘上。专家系统的推理方式包括实例推理和逻辑推理两种。当输入新采集数据时，专家系统首先调用实例推理模块，基于灰色关联度在系统实例库中查找给定相似度要求内的最佳历史实例。若匹配成功，则在历史实例的密实度基础上调用逻辑推理模块进行调优后输出，并将推理方式显示为实例推理。若匹配失败，则将实例库中的所有样本作为训练样本，以前轮实时振频、后轮实时振频和后前轮幅值比作为输入参数，密实度作为输出参数，结合遗传算法，训练最佳BP神经网络，进而根据输入数据计算得到当前密实度值，并调用逻辑图例模块对当前的计算结果进行可信度推理。若推理结果为可信，则将计算结果输出，并将推理方式显示为逻辑推理。若推理结果为不可信，则提示推理失败。仪表盘上设置有“存样”按钮，若当前检测结果可信度较高，驾驶员点击该键则当前采样数据和推理结果作为新的样本存入专家系统样本库中，以便下次作为实例样本使用。这样，检测使用次数越多，系统样本不断丰富，该方法越准确。随着计算机运行速度的不断提升和海量的存储功能，该方法将实现快速检测和进一步推广。

4 结语

在传统装置系统背景技术的基础上，基于振动反馈的在线检测方法可以解决传统的离线采点密实度检测法的破坏性问题，并避免了离线抽样评价法的费时、费工及采样点有限的缺点，实现该技术领域无损、健康、实时的连续检测。同时，系统设计安装驾驶室传感器检测评价密实度，有效改善了现有技术中利用振动轮的振动响应在线检测方法的检测环境，并防止了振动传感器在现场施工中脱落的故障现象；采用实时采集分析的双振幅比评价指标解决了车身传递振动干扰问题；引入专家系统使该方法越使用越准确，提高了在线检测精度，避免了现有技术存在误差大的缺点。

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