一种基于模糊控制的沥青路面压实度检测方法与流程

本发明涉及超高压设备，具体为一种基于模糊控制的沥青路面压实度检测方法。

背景技术：

1、传统的沥青面层压实质量控制方法通常依赖于压路机的碾压遍数来控制压实度。然而，由于沥青混合料的不均匀性，仅仅依靠规定的碾压遍数并不能确保达到目标压实度。此外，确定碾压遍数是依赖于压路机驾驶员的主观判断，难免会出现漏压情况。

2、此外，在沥青面层施工过程中还应对施工温度进行检测，因为温度对沥青混合料的施工质量有重要影响。如果沥青混合料层的施工温度过高，可能会导致压路机碾轮前出现“滚料”现象，碾轮两侧的沥青混合料隆起，混合料粘轮，以及被碾压层出现裂纹等问题。此外，高温还会加速沥青的老化，影响沥青混合料的性能。另一方面，当温度过低时，沥青的粘度增大，使得沥青混合料难以压实，必须通过增加压实功率来提高压实度，但若压实功率过大，则可能会将集料压碎，改变混合料的级配，从而影响混合料的路用性能。因此，对施工温度进行检测显得尤为重要。传统的沥青面层施工温度检测方法通常是采用插入式温度计测得，这也是目前施工质量检测常用的方法；该方法能够准确反映被碾压层内部的温度状况，但同样存在“检测低效、以点代面” 的缺陷，无法实现连续检测。

3、碾压速度也会对沥青路面压实度产生影响，在相同的振动压实遍数条件下，振动压路机的速度越低，其自重和激振力作用于沥青路面某一位置的时间将更长，从而达到更大的压实功，因此路面的压实效果将更好。然而，若压路机的速度过低，则会增加施工时间，并导致沥青混合料的温度降低，进而增加了路面压实的困难度；

4、因此，针对上述问题提出一种基于模糊控制的沥青路面压实度检测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于模糊控制的沥青路面压实度检测方法,以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于模糊控制的沥青路面压实度检测方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、装置设置，装置包括采集模块、定位模块、供电模块和上位机；采集模块包括振动加速度传感器和红外测温传感器，其中，振动加速度传感器带有磁性吸附底座，直接吸附在振动压路机前后钢轮轴体中心线上，与振动压路机保持相对静止，红外测温传感器安装在振动压路机的车体侧边，与地面相垂直；定位模块包括定位天线、通讯天线和定位单元mcu，定位天线和通讯天线与定位单元mcu电性连接；定位模块、供电模块和上位机均固定安装在振动压路机上，且采集模块和定位模块通过rs232串口线路连接上位机，并且采集模块通过rs485与上位机通讯连接，供电模块的供电线路分别连接采集模块、定位模块和上位机；

5、步骤s2、压实数据采集；压实数据采集包括振动加速度信息采集和路面温度采集，具体操作为：

6、步骤s2.1、利用振动加速度传感器对振动压路机的碾压加速度信号进行采集，后对信号进行fft，得到加速度信号频谱信息；

7、步骤s2.2、提取相应特征量，特征量包括加速度特征量1、加速度特征量2、加速度特征量3、加速度特征量4，加速度特征量1、加速度特征量2、加速度特征量3、加速度特征量4如下式所示：

8、；

9、；

10、；

11、；

12、其中，、、、、分别为加速度信号的0.5倍频、基频、1.5倍频、2倍频、2.5倍频，将四个倍频信号与基频信号幅值的比值作为加速度信号的标准化特征量；

13、步骤s2.3、使用红外测温传感器对沥青路面的温度数据进行采集，后通过软件补偿手段，对比红外温度传感器采集数据与实际温度数据关系，进行曲线关系式拟合，得到实际沥青路面温度；

14、步骤s3、利用定位模块采集振动压路机的定位数据，后对定位数据进行卡尔曼滤波，滤除部分噪声，然后进行坐标系转化，将经纬度转换至utm坐标系，进而结合接收频率得到压路机的碾压速度；

15、步骤s4、将加速度特征量1、加速度特征量2、加速度特征量3、加速度特征量4、实际沥青路面温度、碾压速度作为六个输入量，输入至模糊控制器中，最终得到沥青路面的压实度。

16、作为一种优选方案，模糊控制器搭载在上位机上，模糊控制器为mamdani型模糊控制器，其中，模糊控制器的专家库由多组控制变量实验得到，正常压实作业中，碾压速度范围为1-4m/s，碾压温度范围为90-160摄氏度，对照实验依次改变碾压速度及沥青路面温度值，获得沥青路面实际压实度，存入专家库中，并依照专家库进行模糊规则表撰写；模糊推理方法选用mamdani极大极小推理法。

17、作为一种优选方案，步骤s4在进行时，加速度特征量1、加速度特征量2、加速度特征量3、加速度特征量4、实际沥青路面温度、碾压速度作为六个输入量输入至模糊控制器的模糊化接口，将特征数据模糊化后，模糊控制器的模糊逻辑决策器根据控制规则决定模糊关系，并进行推理决策得到模糊输出，最后经精确化计算后得到精准输出量。

18、作为一种优选方案，专家库中的数据由历史数据整合所得，在对压力机历史数据整理过程中，提取相同外因的全部数据，并且调取压路机速度为3m/s的数据，按照温度为90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃时沥青路面的压实度数据进行整理，并取数据平均值后进行平滑插值处理，得到的压路机碾压温度与压实度曲线；以0.5m/s为间隔，将压路机碾压速度从1m/s逐步提升至4m/s，每次都进行温度对照实验，即保持压路机碾压速度不变，但是碾压时沥青路面温度发生变化。得到的温度-压实度变化曲线；提取其他条件不变、且碾压温度为120℃的历史数据生成数据包，分别调取该数据包中碾压速度为1m/s、1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、3.5m/s、4m/s时沥青路面的压实度数据，并对数据进行平滑插值处理，得到的压路机碾压速度与压实度曲线。

19、作为一种优选方案，专家库在建立时：

20、接收加速度特征量1、加速度特征量2、加速度特征量3、加速度特征量4、实际沥青路面温度、碾压速度作为六个输入量，建立模糊规则表，确定模糊规则；将沥青路面温度记为t，碾压速度记为v，根据温度数值进行温度区间分割，由于温度区间为90-160℃，因此，除去第一个温度区间[90,95）与最后一个温度区间[155,160],剩下的温度区间设置为[95,105)、[105, 115)、[115，125)、[125,135)、[135，145)、[145,155）共八个温度区间，依次记为t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8；同理，对压路机碾压速度区间进行分割，从1-4m/s分别分为[1,1.5)、[1.5,2)、[2,2.5)、[2.5,3)、[3,3.5)、[3.5,4]六个区间，分别记为v1、v2、v3、v4、v5、v6；针对四个加速度特征量，根据其数值大小进行分组，其中，加速度特征量1根据标准量幅值分为[0,0.05)、[0.05,0.1)、[0.1,0.15)、[0.15,0.2)、[0.2,0.25)、[0.25,0.3)、[0.3,0.35)、[0.35,0.4)、[0.4,0.45]9组，分别记为acc1_1、acc1_2、acc1_3、acc1_4、acc1_5、acc1_6、acc1_7、acc1_8、acc1_9；对加速度特征量2进行分组，在[0-0.6]区间内，每组长度为0.05，将其分为12组；针对加速度特征量3，在[0.1,0.28]区间内，每组长度为0.02，将其分为9组；针对加速度特征值4，在[0.01,0.08]区间内，每组长度为0.01，将其分为7组；

21、模糊控制器输出为沥青路面压实度，在摊铺后其压实度在80%以上，根据实测数据最大压实度为97.6%，因此，将压实度区间定为[80, 98]；除初始区间与最终区间，剩下区间的长度均为1%，即区间为[0.8,0.805)、[0.805,0.815)、[0.815,0.825)、[0.825,0.835)、[0.835,0.845)、[0.845,0.855)、[0.855,0.865)、[0.865,0.875)、[0.875,0.885)、[0.885,0.895)、[0.895,0.905)、[0.905,0.915)、[0.915,0.925)、[0.925,0.935)、[0.935,0.945)、[0.945,0.955)、[0.955,0.965)、[0.965,0.975)、[0.975,0.980]共19组，分别记为doc1、doc2、doc3、doc4、doc5、doc6、doc7、doc8、doc9、doc10、doc11、doc12、doc13、doc14、doc15、doc16、doc17、doc18、doc19；

22、当碾压温度为120℃，碾压速度为3m/s时，对应的实际压实度为90.26%，将加速度传感器实测的数据转换为四个加速度特征量，其值分别为，加速度特征量1为0.09723，加速度特征量2为0.2047，加速度特征量3为0.1782，加速度特征量4为0.07301；

23、将其匹配至相应区间，温度t4、速度v5、加速度特征值1为acc1_2、加速度特征值2为acc2_5、加速度特征值3为acc3_4、加速度特征值4为acc4_7；

24、实际压实度90.26%所对应的区间为doc11；

25、编写模糊规则if t3 & v5 & acc1_2 & acc2_5& acc3_4 & acc4_7 then doc11；

26、在碾压温度、碾压速度、加速度特征量对应的情况下，压实度为90.26%；重复此过程，建立专家库。

27、由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种基于模糊控制的沥青路面压实度检测方法，有益效果是：利用在振动压路机上加装采集模块、定位模块、供电模块和上位机，实现对振动压力机各参数的采集，利用模糊控制器对振动压力机各参数进行处理，实现对沥青路面压实度的无损检测，检测精度高。