本發(fā)明屬于路基壓實領(lǐng)域，特別是涉及一種路基壓實監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)?；七M(jìn)，傳統(tǒng)路基壓實質(zhì)量檢測普遍存在依賴人工抽檢、灌砂法或核子密度儀等手段，導(dǎo)致檢測效率低、周期長且破壞性大，難以適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械化施工的實時性需求。盡管近年振動傳感與衛(wèi)星定位技術(shù)逐步應(yīng)用于在線監(jiān)測領(lǐng)域，但仍受限于多源數(shù)據(jù)融合不足、壓實度計算模型精度低及可視化表征單一等技術(shù)瓶頸：單一數(shù)據(jù)難以協(xié)同振動信號頻域特征、溫度場動態(tài)變化與碾壓軌跡時空關(guān)聯(lián)的耦合關(guān)系，傳統(tǒng)頻譜分析易受噪聲干擾，且未修正材料熱脹冷縮效應(yīng)；壓實度預(yù)測仍采用靜態(tài)經(jīng)驗公式，缺乏對碾壓遍數(shù)、振動能量衰減及材料特性差異的時變耦合建模；現(xiàn)有可視化技術(shù)多局限于二維平面或簡單熱力圖，無法立體呈現(xiàn)壓實度的三維空間分布及動態(tài)演化規(guī)律。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要提供一種能夠解決上述問題的一種路基壓實監(jiān)控系統(tǒng)。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種路基壓實監(jiān)控系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)處理模塊和可視化模塊：

3、數(shù)據(jù)處理模塊，用于：

4、接收壓路機(jī)的實時坐標(biāo)數(shù)據(jù)和振動輪瞬時震動信號；

5、利用fft變換提取瞬時振動信號的頻域特征；

6、基于坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用rtk解算技術(shù)生成碾壓軌跡坐標(biāo)序列；

7、基于坐標(biāo)序列與頻域特征，構(gòu)建時空特征；

8、利用時空特征構(gòu)建lstm神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并計算壓實度；

9、利用灰色關(guān)聯(lián)度分析篩選壓實度的敏感特征，并生成壓實度報告；

10、可視化模塊，用于：

11、根據(jù)壓實度報告，生成壓實軌跡熱力圖；

12、基于壓實軌跡熱力圖，利用色階編碼技術(shù)生成基于色差的壓實度梯度圖；

13、基于壓實度梯度圖，利用三維建模與數(shù)據(jù)匹配技術(shù)，生成三維可視化壓實圖。

14、在其中一個實施例中，數(shù)據(jù)處理模塊還用于根據(jù)以下步驟提取瞬時振動信號的頻域特征：

15、使用以下公式對瞬時振動信號進(jìn)行fft變換：

16、

17、其中，x[k]表示頻域表示，k表示頻率分量的索引，n表示采樣點的索引，n表示總采集的樣本數(shù)，j表示虛數(shù)單位，表示復(fù)指數(shù)函數(shù)，用于將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；

18、使用以下公式計算每個x[k]對應(yīng)的頻率分量：

19、

20、其中，fk表示第k個頻率分量的頻率，fs表示采樣頻率；

21、使用以下公式計算每個頻率分量的幅值：

22、

23、其中，|x[k]|表示每個頻率分量的幅值，re(x[k])表示x[k]的實部，im(x[k])表示x[k]的虛部；

24、使用以下公式計算每個頻率分量的相位：

25、

26、其中，∠x[k]表示每個頻率分量的相位角，re(x[k])表示x[k]的實部，im(x[k])表示x[k]的實部；

27、使用以下公式計算每個頻率分量的功率：

28、p[k]＝|x[k]|2

29、其中，p[k]表示每個頻率分量的功率，x[k]表示頻域表示；

30、使用以下公式計算信號的頻率重心：

31、

32、其中，cf表示以各頻率分量的幅值為權(quán)重的頻率分量的加權(quán)平均值；

33、使用以下公式計算信號的頻率峭度：

34、

35、其中，kf表示信號的頻率峭度，cf表示頻率分量的加權(quán)平均值；

36、使用以下公式計算信號的變化率：

37、

38、其中,rf表示信號的變化率，x[k]表示頻域表示；

39、使用以下公式構(gòu)建綜合特征向量:

40、f＝[|x[0]|,|x[1]|,…,|x[n/2]|,∠x[0],∠x[1],∠x[n/2],p[0],p[1],…,p[n/2],cf,kf,rf]

41、其中，所有頻率分量的幅值|x[k]|按順序排列形成第一子向量，所有頻率分量的相位∠x[k]按順序排列形成第二子向量，所有頻率分量的功率p[k]按順序排列形成第三子向量，頻率重心cf、頻率峭度kf和頻率變化率rf作為額外特征。

42、在其中一個實施例中，數(shù)據(jù)處理模塊還用于：

43、使用以下公式構(gòu)建時空特征：

44、

45、其中，av(τ)表示振動輪在時間τ的垂直加速度，n(τ)表示累計壓實遍數(shù)，t表示環(huán)境溫度，t0表示基準(zhǔn)溫度，α表示溫度衰減系數(shù)，δ(x-x)τ))表示空間位置匹配函數(shù)。

46、在其中一個實施例中，數(shù)據(jù)處理模塊還用于：

47、使用以下公式計算壓實度：

48、

49、其中，dci(t)表示實時動態(tài)壓實度，av(τ)表示t時刻振動輪的垂直加速速度，n(τ)表示累計壓實遍數(shù)，α表示溫度衰減系數(shù)，t表示環(huán)境溫度，t0表示標(biāo)準(zhǔn)工況溫度，hs表示設(shè)計松鋪溫度，hd表示實際壓實厚度，δv表示碾壓速度偏差，η表示材料特性修正系數(shù)。

50、在其中一個實施例中，數(shù)據(jù)處理模塊還用于：

51、使用以下公式分析篩選壓實度的敏感特征：

52、

53、其中，ξi表示第i個因素的關(guān)聯(lián)度，x'0(j)表示參考序列，表示標(biāo)準(zhǔn)化比較序列，miniminj|x'0(j)-x'i(j)|表示全局最小差值，maximaxj|x'0(j)-x'i(j)|表示全局最大差值，ρ表示分辨系數(shù)，j表示時間點或數(shù)據(jù)點索引。

54、在其中一個實施例中，數(shù)據(jù)處理模塊還用于：

55、使用以下?lián)p失函數(shù)訓(xùn)練lstm神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：

56、

57、其中，lcombined表示結(jié)合注意力和自適應(yīng)權(quán)重的多任務(wù)損失函數(shù)，ωi表示第i個樣本的自適應(yīng)權(quán)重，λ1、λ2和λ3表示任務(wù)權(quán)重系數(shù)，和表示第i個樣本的真實值，mse表示均方誤差損失函數(shù)。

58、在其中一個實施例中，可視化模塊還用于：

59、使用以下公式生成三維可視化壓實圖：

60、

61、其中，h(x，y，z，t)表示時變壓實度分布函數(shù)，表示分?jǐn)?shù)階時間導(dǎo)數(shù)，s表示應(yīng)力張量，β和γ表示材料特性權(quán)重系數(shù)，δ表示溫度衰減系數(shù)，t表示環(huán)境溫度，v表示檢測區(qū)域體積，表示拓?fù)鋸?fù)雜度指標(biāo)，vi表示第i個子區(qū)域，表示平均子區(qū)域體積，χ(si)表示子區(qū)域表面歐拉數(shù)。

62、在其中一個實施例中，可視化模塊還用于：

63、使用以下公式生成壓實度梯度圖：

64、

65、其中，h(x，y，t)表示壓實度時空熱力圖，x表示空間橫向坐標(biāo)，y表示空間縱向坐標(biāo)，t表示時間維度，和表示空間梯度算子，表示時間二階導(dǎo)算子。

66、在其中一個實施例中，還包括實驗檢測模塊，用于：

67、接收實驗后的壓路機(jī)與人工檢測的壓實軌跡、壓實遍數(shù)、松鋪厚度和壓實厚度的多源異構(gòu)檢測數(shù)據(jù)，提取特征并整合匹配形成實驗數(shù)據(jù)庫；

68、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，計算壓實度檢測偏差；

69、根據(jù)壓實度檢測偏差值調(diào)整壓實度計算的對應(yīng)參數(shù)。

70、在其中一個實施例中，實驗檢測模塊還用于：

71、接收壓實度隨時間、溫度和濕度變化的演變規(guī)律信息，并利用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)構(gòu)建壓實預(yù)測模型；

72、將實時接收的時間、溫度和濕度信息作為輸入，利用壓實預(yù)測模型生成壓實質(zhì)量預(yù)測信息；

73、根據(jù)壓實質(zhì)量預(yù)測信息，對比預(yù)警規(guī)則庫中的預(yù)警閾值和標(biāo)準(zhǔn)，生成相應(yīng)的預(yù)警信息。

74、第二方面，本技術(shù)還提供了一種路基壓實監(jiān)控方法，包括：

75、接收壓路機(jī)實時坐標(biāo)數(shù)據(jù)和振動輪瞬時震動信號；

76、利用fft變換提取瞬時振動信號的頻域特征；

77、基于坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用rtk解算技術(shù)生成碾壓軌跡坐標(biāo)序列；

78、基于坐標(biāo)序列與頻域特征，構(gòu)建時空特征；

79、利用時空特征構(gòu)建lstm神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并計算壓實度；

80、利用灰色關(guān)聯(lián)度分析篩選壓實度的敏感特征，并生成壓實度報告；

81、根據(jù)壓實度報告，生成壓實軌跡熱力圖；

82、基于壓實軌跡熱力圖，利用色階編碼技術(shù)生成基于色差的壓實度梯度圖；

83、基于壓實度梯度圖，利用三維建模與數(shù)據(jù)匹配技術(shù)，生成三維可視化壓實圖。

84、第三方面，本技術(shù)還提供了一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)上述一種路基壓實監(jiān)控系統(tǒng)的功能。

85、第四方面，本技術(shù)還提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述一種路基壓實監(jiān)控系統(tǒng)的功能。

86、上述一種路基壓實監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理模塊接收壓路機(jī)實時坐標(biāo)數(shù)據(jù)和振動輪瞬時震動信號，掌握壓路機(jī)的工作狀態(tài)；利用fft變換提取瞬時振動信號的頻域特征，分析振動信號的頻率、幅值、相位等關(guān)鍵信息，為壓實度計算提供精確的振動特征參數(shù)；基于坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用rtk解算技術(shù)生成碾壓軌跡坐標(biāo)序列，還原壓路機(jī)的碾壓路徑；基于所述坐標(biāo)序列與頻域特征，構(gòu)建時空特征，將時間和空間因素與振動特征相結(jié)合，形成對壓實過程的全面描述，提供綜合性的數(shù)據(jù)支持。利用時空特征構(gòu)建lstm神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，計算壓實度，通過深度學(xué)習(xí)模型學(xué)習(xí)壓實過程中的復(fù)雜模式和規(guī)律，實現(xiàn)對壓實度的預(yù)測；利用灰色關(guān)聯(lián)度分析篩選所述壓實度的敏感特征，生成壓實度報告識別出對壓實度影響較大的關(guān)鍵因素，提供優(yōu)化建議?？梢暬K根據(jù)壓實度報告，生成壓實軌跡熱力圖，展示壓實區(qū)域的分布和壓實程度的差異?；趬簩嵻壽E熱力圖，利用色階編碼技術(shù)生成基于色差的壓實度梯度圖，細(xì)化壓實度的可視化效果，通過不同顏色區(qū)分壓實度從低到高的區(qū)域，有助于發(fā)現(xiàn)壓實過程中的薄弱環(huán)節(jié)?；趬簩嵍忍荻葓D，利用三維建模與數(shù)據(jù)匹配技術(shù)，將壓實信息與實際的地形地貌相結(jié)合，形成具有空間感和真實感的三維模型，提供全方位的壓實情況視圖。