粉细砂路基压实检测方法及系统与流程

1.本发明涉及道路检测领域，具体涉及一种粉细砂路基压实检测方法及系统。


背景技术：

2.填料压实是路基建设过程中的主要环节，通过提高填料的密实度增强其力学性能和稳定性。填料压实质量和压实效率一直是高铁路基建设的重点关注问题，压实质量直接关系铁路线路运营安全，压实效率直接影响建设周期与工程投资。
3.传统的压实质量检测方法属点式控制法，包括弯沉法、承载板法、核子密度仪法等，这类方法存在一定不足：费时费力，取样点少，难以反映每一点的压实质量；无法在道路压实过程中实时反馈压实质量，易产生过压或欠压现象。
4.目前，通过采集压实过程中压路机特定位置的振动信号，提出了基于谐波比、振动模量、加速度有效值、地基反力等指标的实时压实质量检测方法，但上述指标缺乏一定物理依据，对反馈的振动信号认识不清晰，导致实际压实过程中，由于振动信号波动性大，难以真实地判定路基压实质量，实际使用效果不佳。


技术实现要素：

5.基于此，本发明提出了一种粉细砂路基压实检测方法及系统，其能够实时的判定路基压实的质量，检测过程也较为简单。
6.本发明提供了一种粉细砂路基压实检测方法，包括：
7.获取压路机压实作业过程中的多个检测位置的检测位置信息和与所述检测位置信息对应的检测振动信号；
8.将所述检测位置信息和所述检测振动信号输入压实质量连续检测指标模型；
9.其中，所述压实质量连续检测指标模型包含标准曲线和重复周期数据；
10.将所述检测位置信息和所述检测振动信号与所述标准曲线或所述重复周期数据对比，判断路基的每个所述检测位置的压实质量检测结果。
11.进一步的，所述压实质量连续检测指标模型通过以下步骤获得：
12.通过使压路机在工作场地内按照规定路线行驶获得的振动信号与压实质量的关系构建所述压实质量连续检测指标模型；
13.对所述压实质量连续检测指标模型进行训练。
14.进一步的，所述对所述压实质量连续检测指标模型进行训练包括：
15.通过规定区域内实施压实作业前后的区别获得标准曲线；
16.使压路机在工作场地内按照规定路线行驶，获取所述压路机在重复周期内的重复实时位置信息与重复实时振动信号；
17.将所述标准曲线和所述重复实时位置信息与重复实时振动信号输入所述压实质量连续检测指标模型；
18.在所述重复实时振动信号趋近于所述标准曲线的情况下，则获得所述压实质量连
续检测指标模型。
19.进一步的，所述通过规定区域内实施压实作业前后的区别获得标准曲线包括：
20.获取所述压路机在规定区域内作业的第一振动信号；
21.获取所述压路机在所述规定区域内实施压实作业后的第二振动信号；
22.将所述第一振动信号与所述第第二振动信号输入压实质量连续检测指标模型，获得标准曲线。
23.进一步的，所述第一振动信号和所述第二振动信号是采用不同振动频率、车速和振幅进行压实振动连续检测得到的n个信号的组合，n为正整数。
24.进一步的，在相同振动频率、相同车速和振幅的情况下，压路机在相同位置接收到的振动信号趋近相同时，此时获得的振动信号为第二振动信号。
25.进一步的，所述对所述压实质量连续检测指标模型进行训练包括：
26.使压路机在工作场地内按照规定路线行驶，获取所述压路机在第一周期内的第一实时位置信息与第一实时振动信号；
27.将所述第一实时位置信息与所述第一实时振动信号输入压实质量连续检测指标模型，作为第一周期数据；
28.使压路机在工作场地内按照规定路线行驶，获取所述压路机在重复周期内的重复实时位置信息与重复实时振动信号；
29.将所述重复实时位置信息与所述重复实时振动信号输入压实质量连续检测指标模型，作为重复周期数据；
30.在所述重复周期数据与所述第一周期数据的差值最大的情况下，则获得所述压实质量连续检测指标模型；
31.其中，所述规定路线中包含所述规定区域。
32.进一步的，所述第一实时位置信息包含压路机在第一周期内的n个位置信息的组合，n为正整数。
33.进一步的，所述第一实时振动信号包括：在压路机位于所述第一实时位置信息的n个位置信息的情况下，通过采用相同振动频率、相同车速和振幅进行压实振动连续检测得到的n个与位置信息对应的振动信号的组合，n为正整数。
34.本发明提供了一种实施粉细砂路基压实检测方法的系统，包括：
35.压路机，安装有加速度传感器、振幅检测模块、车载信号分析处理模块、和车载显示模块；
36.所述加速度传感器安装在振动轮上，采集振动轮竖向加速度信号；
37.所述振幅检测模块检测压路机偏心块夹角角度；
38.所述压路机的三维位置信息、车速信息、加速度信号、振幅信息均传输至车载信息分析处理模块；
39.该车载信息分析处理模块通过对加速度信号进行希尔伯特-黄变换，检测压路机的瞬时振动频率；
40.所述车载显示模块实时展示当前压路机位置、振动压实参数、压实质量合格区域与不合格区域；
41.卫星定位接收模块，用于获取所述压路机压实作业过程中的检测位置的检测位置
信息；
42.所述检测位置信息包括所述压路机的三维空间位置信息和行驶速度信息。
43.从上述技术方案可以看出，本发明提供的粉细砂路基压实检测方法及系统具有以下有益效果：
44.本发明通过建立了包括底层路基填筑质量、振动频率、振幅和车速的路基压实质量连续检测模型，见笑了底层填料对压实质量连续检测值的影响，同时在压实质量连续评估模型中也定量考虑振动压实参数的影响，因此连续检测精度较高。
45.本发明通过采集压路机压实作业过程中的连续振动信号，运用模态参数识别方法对振动系统进行系统识别，获得能反映粉细砂路基压实状态的系统刚度评价指标，从而实时准确地反馈压实质量；
46.本发明根据实时反馈的压实状态评价结果，及时调整压路机压实作业进程，找出压实相对薄弱的区域在采取可能的其他措施后进行复压，避免过压或欠压的问题，提高现场施工的质量和效率；
47.本发明通过对压路机压实作业过程中每一区域的位置信息以及每一区域的压实状态评价，有效的反映每一点的压实质量；
48.本发明解决当前智能压实控制指标物理依据欠缺，实际操作效果差，有效克服当前检测技术的不足，能够灵活运用于土木工程领域的压实施工作业。
附图说明
49.图1为本发明实施例的流程图；
50.图2为本发明实施例的压实质量连续检测指标模型标准曲线训练流程图；
51.图3为本发明实施例的压实质量连续检测指标模型重复周期数据训练流程图。
具体实施方式
52.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
53.目前，通过采集压实过程中压路机特定位置的振动信号，提出了基于谐波比、振动模量、加速度有效值、地基反力等指标的实时压实质量检测方法，但上述指标缺乏一定物理依据，对反馈的振动信号认识不清晰，导致实际压实过程中，由于振动信号波动性大，难以真实地判定路基压实质量，实际使用效果不佳。
54.能够实现对路基压实作业过程进行不间断的信息监控方法中，仅仅通过获取压实过程中压路机的轨迹及遍数，再通过相应的分析得出相关指标是否满足规范要求。然而，这种方法仅是对施工过程的实时监控，即数字化(信息化)施工，还不是严格的智能压实技术，不能实时地判定路基压实质量。
55.如图1所示，本发明提供了一种粉细砂路基压实检测方法，包括：
56.获取压路机压实作业过程中的多个检测位置的检测位置信息和与检测位置信息对应的检测振动信号；
57.将检测位置信息和检测振动信号输入压实质量连续检测指标模型；
58.其中，压实质量连续检测指标模型包含标准曲线和重复周期数据；
59.将检测位置信息和检测振动信号与标准曲线或重复周期数据对比，判断路基的每个检测位置的压实质量检测结果。
60.本发明通过建立了包括底层路基填筑质量、振动频率、振幅和车速的路基压实质量连续检测模型，见笑了底层填料对压实质量连续检测值的影响，同时在压实质量连续评估模型中也定量考虑振动压实参数的影响，因此连续检测精度较高。
61.本发明通过采集压路机压实作业过程中的连续振动信号，运用模态参数识别方法对振动系统进行系统识别，获得能反映粉细砂路基压实状态的系统刚度评价指标，从而实时准确地反馈压实质量；
62.本发明根据实时反馈的压实状态评价结果，及时调整压路机压实作业进程，找出压实相对薄弱的区域在采取可能的其他措施后进行复压，避免过压或欠压的问题，提高现场施工的质量和效率；
63.本发明通过对压路机压实作业过程中每一区域的位置信息以及每一区域的压实状态评价，有效的反映每一点的压实质量；
64.本发明解决当前智能压实控制指标物理依据欠缺，实际操作效果差，有效克服当前检测技术的不足，能够灵活运用于土木工程领域的压实施工作业。
65.进一步的，还包括对检测振动信号进行滤波处理，过滤干扰信号，得到只包含路基振动信息的时域信号。
66.采集的振动信号包含了压路机发动机等自振频率、钢轮简谐激励、路基不平度激励、路基振动响应相关的振动信号等多种信号成分，通过信号滤波，去除与被压实体振动响应信号不相关的成分。
67.进一步的，信号滤波处理可采用带阻滤波器、低通滤波器，过滤发动机自振频率、钢轮简谐激励频率。
68.进一步的，检测位置信息与检测振动信号的采集频率一致。
69.检测振动信号包含系统激励成分及系统固有属性成分，因此需对振动响应信号作滤波处理，包括过滤钢轮简谐激励频率、发动机激励频率；滤波处理后，响应信号只包含反映系统固有属性成分及平稳随机激励。
70.进一步的，对滤波后的振动信号进行快速傅里叶变换，将振动信号从时域信号转换为频域信号；其中，采用重叠分段的快速傅里叶变换，实现压实的连续检测。
71.进一步的，压实质量连续检测指标模型通过以下步骤获得：
72.通过使压路机在工作场地内按照规定路线行驶获得的振动信号与压实质量的关系构建压实质量连续检测指标模型；
73.对压实质量连续检测指标模型进行训练。
74.进一步的，如图2所示，对压实质量连续检测指标模型进行训练包括：
75.通过规定区域内实施压实作业前后的区别获得标准曲线；
76.使压路机在工作场地内按照规定路线行驶，获取压路机在重复周期内的重复实时位置信息与重复实时振动信号；
77.将标准曲线和重复实时位置信息与重复实时振动信号输入压实质量连续检测指标模型；
78.在重复实时振动信号趋近于标准曲线的情况下，则获得压实质量连续检测指标模
型。
79.进一步的，通过规定区域内实施压实作业前后的区别获得标准曲线包括：
80.获取压路机在规定区域内作业的第一振动信号；
81.获取压路机在规定区域内实施压实作业后的第二振动信号；
82.将第一振动信号与第第二振动信号输入压实质量连续检测指标模型，获得标准曲线。
83.进一步的，第一振动信号和第二振动信号是采用不同振动频率、车速和振幅进行压实振动连续检测得到的n个信号的组合，n为正整数。
84.进一步的，在相同振动频率、相同车速和振幅的情况下，压路机在相同位置接收到的振动信号趋近相同时，此时获得的振动信号为第二振动信号。
85.进一步的，如图3所示，对压实质量连续检测指标模型进行训练包括：
86.使压路机在工作场地内按照规定路线行驶，获取压路机在第一周期内的第一实时位置信息与第一实时振动信号；
87.将第一实时位置信息与第一实时振动信号输入压实质量连续检测指标模型，作为第一周期数据；
88.使压路机在工作场地内按照规定路线行驶，获取压路机在重复周期内的重复实时位置信息与重复实时振动信号；
89.将重复实时位置信息与重复实时振动信号输入压实质量连续检测指标模型，作为重复周期数据；
90.在重复周期数据与第一周期数据的差值最大的情况下，则获得压实质量连续检测指标模型；
91.其中，规定路线中包含规定区域。
92.压实过程中，土体特性的变化将导致压路机—土体振动系统的系统特性发生改变。当被压实体欠压时，随着压实的进行，被压实体压实度增加，压路机—土体振动系统刚度增加，系统固有频率增加；达到过压时，被压实体压实度不再增加，系统刚度趋于稳定，压路机-土体振动系统的系统固有频率也不再增大。
93.可通过识别系统第一阶固有频率的变化情况来判断被压实体当前压实状态。当被压实体较松散时，随着压实的进行，压实度增加，系统第一阶固有频率增加；当达到过压时，压实度不再增加，系统第一阶固有频率也不再增大。在压实阶段的后期，当连续压实两遍间系统第一阶固有频率的增长速率小于1％时，即视为压实度达到要求。由此可以获得标准曲线和重复周期数据，进而获得压实质量连续检测指标模型。
94.进一步的，第一实时位置信息包含压路机在第一周期内的n个位置信息的组合，n为正整数。
95.进一步的，第一实时振动信号包括：在压路机位于第一实时位置信息的n个位置信息的情况下，通过采用相同振动频率、相同车速和振幅进行压实振动连续检测得到的n个与位置信息对应的振动信号的组合，n为正整数。
96.本发明提供了一种实施粉细砂路基压实检测方法的系统，包括：
97.压路机，安装有加速度传感器、振幅检测模块、车载信号分析处理模块、和车载显示模块；
98.加速度传感器安装在振动轮上，采集振动轮竖向加速度信号；
99.振幅检测模块检测压路机偏心块夹角角度，可以为振动信号传感器。
100.振动信号传感器在压路机上的安装位置，可以是钢轮、驾驶室或其他位置。安装位置可通过预实验确定最佳布点，最佳布点满足能够测得包含系统第一阶固有频率共振峰的响应信号。
101.振动信号传感器可以采用测速度法或测加速度法采集振动信号，本实施例中优先选用测速度法，振动信号传感器的采样频率应不低于200hz；
102.系统第一阶固有频率的频率范围可由实验路段确定，大致范围在5—20hz，发动机自振频率可由压路机未行进时采集，钢轮简谐激励依据压路机工作频率确定。
103.压路机的三维位置信息、车速信息、加速度信号、振幅信息均传输至车载信息分析处理模块；
104.该车载信息分析处理模块通过对加速度信号进行希尔伯特-黄变换，检测压路机的瞬时振动频率；
105.车载显示模块实时展示当前压路机位置、振动压实参数、压实质量合格区域与不合格区域；
106.卫星定位接收模块，用于获取压路机压实作业过程中的检测位置的检测位置信息；
107.检测位置信息包括压路机的三维空间位置信息和行驶速度信息。
108.进一步的，压路机害安装有gps定位装置。
109.gps定位装置，可支持北斗、gps、glonass系统，能够准确获取压路机作业过程中的位置信息。
110.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种粉细砂路基压实检测方法，包括：获取压路机压实作业过程中的多个检测位置的检测位置信息和与所述检测位置信息对应的检测振动信号；将所述检测位置信息和所述检测振动信号输入压实质量连续检测指标模型；其中，所述压实质量连续检测指标模型包含标准曲线和重复周期数据；将所述检测位置信息和所述检测振动信号与所述标准曲线或所述重复周期数据对比，判断路基的每个所述检测位置的压实质量检测结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压实质量连续检测指标模型通过以下步骤获得：通过使压路机在工作场地内按照规定路线行驶获得的振动信号与压实质量的关系构建所述压实质量连续检测指标模型；对所述压实质量连续检测指标模型进行训练。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述压实质量连续检测指标模型进行训练包括：通过规定区域内实施压实作业前后的区别获得标准曲线；使压路机在工作场地内按照规定路线行驶，获取所述压路机在重复周期内的重复实时位置信息与重复实时振动信号；将所述标准曲线和所述重复实时位置信息与重复实时振动信号输入所述压实质量连续检测指标模型；在所述重复实时振动信号趋近于所述标准曲线的情况下，则获得所述压实质量连续检测指标模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过规定区域内实施压实作业前后的区别获得标准曲线包括：获取所述压路机在规定区域内作业的第一振动信号；获取所述压路机在所述规定区域内实施压实作业后的第二振动信号；将所述第一振动信号与所述第第二振动信号输入压实质量连续检测指标模型，获得标准曲线。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一振动信号和所述第二振动信号是采用不同振动频率、车速和振幅进行压实振动连续检测得到的n个信号的组合，n为正整数。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在相同振动频率、相同车速和振幅的情况下，压路机在相同位置接收到的振动信号趋近相同时，此时获得的振动信号为第二振动信号。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述压实质量连续检测指标模型进行训练包括：使压路机在工作场地内按照规定路线行驶，获取所述压路机在第一周期内的第一实时位置信息与第一实时振动信号；将所述第一实时位置信息与所述第一实时振动信号输入压实质量连续检测指标模型，作为第一周期数据；使压路机在工作场地内按照规定路线行驶，获取所述压路机在重复周期内的重复实时
位置信息与重复实时振动信号；将所述重复实时位置信息与所述重复实时振动信号输入压实质量连续检测指标模型，作为重复周期数据；在所述重复周期数据与所述第一周期数据的差值最大的情况下，则获得所述压实质量连续检测指标模型；其中，所述规定路线中包含所述规定区域。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一实时位置信息包含压路机在第一周期内的n个位置信息的组合，n为正整数。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一实时振动信号包括：在压路机位于所述第一实时位置信息的n个位置信息的情况下，通过采用相同振动频率、相同车速和振幅进行压实振动连续检测得到的n个与位置信息对应的振动信号的组合，n为正整数。10.一种实施权利要求1-9任一所述的粉细砂路基压实检测方法的系统，其特征在于，包括：压路机，安装有加速度传感器、振幅检测模块、车载信号分析处理模块、和车载显示模块；所述加速度传感器安装在振动轮上，采集振动轮竖向加速度信号；所述振幅检测模块检测压路机偏心块夹角角度；所述压路机的三维位置信息、车速信息、加速度信号、振幅信息均传输至车载信息分析处理模块；该车载信息分析处理模块通过对加速度信号进行希尔伯特-黄变换，检测压路机的瞬时振动频率；所述车载显示模块实时展示当前压路机位置、振动压实参数、压实质量合格区域与不合格区域；卫星定位接收模块，用于获取所述压路机压实作业过程中的检测位置的检测位置信息；所述检测位置信息包括所述压路机的三维空间位置信息和行驶速度信息。

技术总结
本发明提供了一种粉细砂路基压实检测方法及系统，该方法包括：获取压路机压实作业过程中的多个检测位置的检测位置信息和与检测位置信息对应的检测振动信号；将检测位置信息和检测振动信号输入压实质量连续检测指标模型；其中，压实质量连续检测指标模型包含标准曲线和重复周期数据；将检测位置信息和检测振动信号与标准曲线或重复周期数据对比，判断路基的每个检测位置的压实质量检测结果。本发明通过建立了包括底层路基填筑质量、振动频率、振幅和车速的路基压实质量连续检测模型，见笑了底层填料对压实质量连续检测值的影响，同时在压实质量连续评估模型中也定量考虑振动压实参数的影响，因此连续检测精度较高。因此连续检测精度较高。因此连续检测精度较高。


技术研发人员：李凤成 王杰 刘鹏飞 王高平 尚亚新 石国强
受保护的技术使用者：中铁北京工程局集团第二工程有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/23