一种路面压实的振动频率分析方法及系统与流程

本发明涉及振动频谱分析，尤其涉及一种路面压实的振动频率分析方法及系统。

背景技术：

1、沥青混合料压实质量的控制对于路面材料质量至关重要。根据我国现行《公路路基施工规范》(jtg3610-2019)，压实质量检测以施工后的随机抽样检测为主。然而，传统压实质量控制方法存在若干的问题：压实质量以经验为主，压实参数无法做到数据化可视化，在“经验控制”方法下施工，或导致误差大和质量不达标等缺陷；具有破坏性特征的现场试验费时费力，不能满足现代机械化施工的要求；整个施工过程的压实质量不能实时记录，数据追溯性极差。因此，传统的控制方法不仅不能有效控制施工区域的压实质量，还无法满足越来越严格的路基路面施工质量的控制要求。

2、根据对沥青混合料振动压实“机-料”耦合模型的分析，由于振动钢轮和沥青混合料在压实过程中的相互作用，振动钢轮上的振动反馈会随沥青混合料压实状态的变化而动态改变。因此，通过振动反馈信号实时监测压实过程，并研究振动频谱与谐波法之间的关系，可得出压实度。压路机的振动频率主要影响沥青混合料的压实质量，且当振动频率比沥青混合料的固有频率稍高时可获得较好的压实效果；振动幅度则主要影响沥青混合料的压实厚度，当碾压层厚度较薄时，应选用高振频、低振幅的振动参数。

3、智能压实技术通过振动传感器获取振动幅度、振动频率等参数，并进行信号处理和分析。由于沥青混合料的振动压实是非线性非平稳过程，且施工环境复杂，作业模式多变，导致反馈信号属于非线性非平稳信号，包含大量的噪声、杂波等干扰。因此，振动反馈信号的处理和分析是智能压实技术的关键之一。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种路面压实的振动频率分析方法。

2、为实现上述目的，本发明提供一种路面压实的振动频率分析方法，包括：

3、采集压路机的振动信号；

4、获取所述振动信号所有的局部极大值点和局部极小值点；

5、通过正则化最小二乘法在不同域引入线性或非线性拟合，更加符合现场实际情况，sg平滑算法还原数据平滑性的同时，减少混入振动信号中的高频噪声并避免数据出现过拟合现象；

6、所述振动信号通过混沌映射确定每个初始分量的适应度值；

7、判断初始分量的适应度值是否正确；

8、若不是，则经正弦算法更新后再迭代；

9、若是，可以继续更新迭代；

10、迭代出初始分量的适应度值最优解，利用高斯-柯西混合变异扰动选取最优k、α后，确定k、α再经vmd分解；

11、则振动信号分解成为基波信号和多个谐波信号；

12、对所述振动信号分解得到的所有所述imf分量均应用希尔伯特变换进行频谱分析，分别计算获得每个所述imf分量的瞬时频率和瞬时幅值，得到所述振动信号的hilbert谱。

13、优选的是，通过设置在所述压路机上的振动传感器来采集所述振动信号。

14、优选的是，对采集的所述振动信号进行预处理，所述预处理包括滤波处理和去除趋势项。

15、优选的是，所述滤波处理通过fir滤波器进行处理，且所述fir滤波器参数设置包括：通带下限截止频率和上限截止频率分别为30hz和300hz，通带截止频率处的幅值衰减参数固定为6db，采样频率为1024hz，滤波器阶数为29。

16、优选的是，所述振动信号去除趋势项使用正则化最小二乘法进行趋势项消除。

17、优选的是，还原数据平滑性的同时，减少混入振动信号中的高频噪声：

18、对所述振动信号进行sg滑动平均处理。

19、优选的是，判断所述子信号是否为imf分量包括所述子信号需要同时满足在整个时间范围内，所述子信号的局部极值点和过零点的数目必须相等或最多相差一个以及在任意时刻点，所述子信号局部最大值的上包络和局部最小值的下包络均值为零。

20、优选的是，假设所述子信号函数为ci(t)，则经过希尔伯特变换得到：

21、

22、式中：t为时间；为积分分量。

23、优选的是，解析希尔伯特变换得到的公式，获得所述imf分量的中心频率，所述imf分量的中心频率为：

24、

25、所述振动信号的hilbert谱为：

26、

27、式中：re为取实部，ak(t)为第k个瞬时幅度，ωk(t)为第k个瞬时频率。

28、本发明还提供了一种对智能压实技术的振动频谱分析系统，包括：

29、采集模块，用于采集压路机的振动信号；

30、获取模块，用于获取所述振动信号所有的局部极大值点和局部极小值点；

31、计算模块，计算模块，通过正则化最小二乘法在不同域引入线性或非线性拟合，更加符合现场实际情况，sg平滑算法还原数据平滑性的同时，减少混入振动信号中的高频噪声并避免数据出现过拟合现象；

32、迭代模块，判断初始值是否正确，如正确则继续更新迭代；若初始值不正确，则经正弦算法更新后再迭代；迭代出初始分量的适应度值最优解，利用高斯-柯西混合变异扰动选取最优k、α后，确定k、α再经vmd分解；

33、分解模块，用于所述振动信号变分模态分解，得到子信号；

34、分析模块，用于对所述振动信号分解得到的所有所述imf分量均应用希尔伯特变换进行频谱分析，分别计算获得每个所述imf分量的中心频率，得到所述振动信号的hilbert谱。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、本发明通过优化变分模态分解方法中k、α进行振动信号的处理，对分解获得的imf分量分别进行希尔伯特变换，获得了振动信号的时频分布特征，减小了频谱泄露和栅栏效应等误差，具有自适应性强、降噪性能好等优点，为后续压实状态感知与智能压实质量评价提供了良好的数据支持。

技术特征：

1.一种路面压实的振动频率分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的路面压实的振动频率分析方法，其特征在于，通过设置在所述压路机上的振动传感器来采集所述振动信号。

3.根据权利要求2所述的路面压实的振动频率分析方法，其特征在于，对采集的所述振动信号进行预处理，所述预处理包括滤波处理和去除趋势项。

4.根据权利要求3所述的路面压实的振动频率分析方法，其特征在于，所述滤波处理通过fir滤波器进行处理，且所述fir滤波器参数设置包括：通带下限截止频率和上限截止频率分别为30hz和300hz，通带截止频率处的幅值衰减参数固定为6db，采样频率为1024hz，滤波器阶数为29。

5.根据权利要求4所述的路面压实的振动频率分析方法，其特征在于，所述振动信号去除趋势项使用正则化最小二乘法进行趋势项消除。

6.根据权利要求5所述的路面压实的振动频率分析方法，其特征在于，还原数据平滑性的同时，减少混入振动信号中的高频噪声。

7.根据权利要求6所述的路面压实的振动频率分析方法，其特征在于，判断所述子信号是否为原始信号分量，包括所述子信号需要同时满足在整个时间范围内，所述子信号的局部极值点和过零点的数目必须相等或最多相差一个且在任意时刻点，所述子信号局部最大值的上包络和局部最小值的下包络均值为零。

8.根据权利要求7所述的路面压实的振动频率分析方法，其特征在于，假设所述子信号函数为ci(t)，则经过希尔伯特变换得到：

9.根据权利要求8所述的路面压实的振动频率分析方法，其特征在于，解析希尔伯特变换得到的公式，获得所述imf分量的中心频率，所述imf分量的中心频率为：

10.一种对智能压实技术的振动频谱分析系统，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种路面压实的振动频率分析方法，包括采集振动信号；获取振动信号的局部极大值点和局部极小值点；拟合振动信号的上包络线和下包络线，获得优化后包络线；振动信号经混沌映射确定每个初始分量的适应度值；判断初始值是否正确，正确则更新迭代；不正确，经正弦算法更新后再迭代；迭代出初始分量的适应度值最优解，选取最优k、α后，确定k、α再经VMD分解；则振动信号分解成为基波信号和多个谐波信号，振动信号分解得到的所有IMF分量均应用希尔伯特变换进行频谱分析，分别计算获得每个IMF分量的瞬时频率和瞬时幅值，得到振动信号的Hilbert谱；本发明减小了频谱泄露和栅栏效应等误差，具有自适应性强、降噪性能好等优点。技术研发人员：吴江林,林福生,唐宏亮,刘庆荣,李昊,王建松,包龙生,于玲,黄科豪,宿世伟受保护的技术使用者：中铁上海工程局集团第四工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18