專利名稱：用于壓實(shí)道路材料的方法和裝置的制作方法
用于壓實(shí)道路材料的方法和裝置相關(guān)申請的交叉引用從2008 年 9 月 2 日提交的題為"Calibration Methods for IntelligentAsphalt Compaction Analyzer”的美國臨時(shí)申請序列號61/190，175和2009年8月26日提交的題 ^"Method and Apparatus for Compaction of RoadwayMaterials"^^H#l[SW^it/!5 列號_要求優(yōu)先權(quán)，這兩個(gè)申請的內(nèi)容在此通過引用被并入。
背景技術(shù)：
本公開目的在于用于壓實(shí)道路材料的方法和裝置，而且更具體地在于用于校準(zhǔn)壓實(shí)分析儀的方法和裝置。浙青常常用作鋪路材料。在浙青鋪路過程中，各種級別的集料被使用。集料與浙青水泥(柏油)混合，而且鋪路機(jī)鋪放浙青混合物，且用一系列的螺旋鉆和鏟運(yùn)機(jī)將浙青混合物推平。由于浙青混合物中的空氣孔隙，鋪放的材料不夠密實(shí)。因此，壓路機(jī)在本文中被稱為浙青墊的浙青材料層上通過多次，來回行駛，或以別的方式產(chǎn)生足夠的壓實(shí)來形成路面所需強(qiáng)度的浙青。在壓實(shí)過程期間被監(jiān)測的關(guān)鍵過程參數(shù)中的一個(gè)是浙青墊的壓實(shí)密度。盡管有許多規(guī)范和程序來確保實(shí)現(xiàn)期望的密度，但是這些規(guī)范的大多數(shù)需要每車道英里僅僅3-5個(gè)密度讀數(shù)。通常，密度讀數(shù)將從道路芯樣提取。在壓實(shí)過程期間測量浙青墊的密度的過程是麻煩的、耗時(shí)的，而且不指示所實(shí)現(xiàn)的總體壓實(shí)，除非在以柵格方式分布的大量的點(diǎn)處采取測量，僅由于成本考慮因素，這在本領(lǐng)域中難以實(shí)現(xiàn)。未能滿足目標(biāo)密度是不可接受的， 而且補(bǔ)救措施可導(dǎo)致重大的成本超支。因此，有開發(fā)智能監(jiān)測系統(tǒng)的需要，該系統(tǒng)將實(shí)時(shí)預(yù)測在被建造的整個(gè)路面表面上方的壓實(shí)的墊的密度。因?yàn)槊芏炔荒鼙恢苯訙y量，所以研究人員已嘗試用于間接測量的不同方法。已經(jīng)獲得一些成功的方法涉及在本領(lǐng)域中通常使用的振動(dòng)壓實(shí)機(jī)的動(dòng)力特征的研究。壓實(shí)機(jī)和浙青墊可被看作機(jī)械耦合系統(tǒng)。代表這種系統(tǒng)的分析模型可被用來預(yù)測傳送到墊的作為頻率(耦合系統(tǒng))的函數(shù)的壓實(shí)能量的數(shù)量。被傳送的能量的量可被看作對壓實(shí)有效性的度量。機(jī)器參數(shù)如頻率和速度然后可被改變以使被傳送的能量最大化，因而提高壓實(shí)。然而，這種方法不直接產(chǎn)生壓實(shí)密度；此外，使能量消耗與壓實(shí)密度有關(guān)是有問題的。因此，這種方式不適合于確定浙青道路的壓實(shí)的水平。一些研究人員也盡力通過觀察壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)響應(yīng)來研究在土壤和浙青壓實(shí)期間壓實(shí)機(jī)的性能。在壓實(shí)期間給予地面(路基土壤)的振動(dòng)能量也導(dǎo)致壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)響應(yīng)。 這些振動(dòng)的振幅和頻率隨壓實(shí)機(jī)參數(shù)和路基而變。因此，所觀察到的壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)可被用來預(yù)測正在被壓實(shí)的材料的性質(zhì)。發(fā)布給Sandstrom的美國專利號5，727，900公開了使用當(dāng)壓路機(jī)在地面上通過時(shí)壓路機(jī)的振動(dòng)的頻率和振幅來計(jì)算路基土壤的剪切模量和“塑性”參數(shù)。這些值然后被用來調(diào)整壓實(shí)機(jī)的速度以及它的頻率和振幅。因此，這種方法嘗試為了最佳的壓實(shí)而控制振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的頻率和壓實(shí)機(jī)的前向速度，而不是估計(jì)被壓實(shí)的土壤的密度。其它方法涉及通過比較壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)的基頻的振幅與它的諧波的振幅來估計(jì)壓實(shí)的程度。壓實(shí)機(jī)配備有加速度計(jì)來在操作期間測量壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)。通過將振動(dòng)信號的第二諧波與第三諧波的振幅之比關(guān)聯(lián)，壓實(shí)密度在一些情況下被估計(jì)有80%的準(zhǔn)確性。這些結(jié)果是令人鼓舞的，而且證實(shí)了所觀察的振動(dòng)與被壓實(shí)的材料的性質(zhì)之間的相關(guān)性。然而， 這些技術(shù)的準(zhǔn)確性需要提高，因?yàn)檎闱嗦访娴男再|(zhì)在96. 5%和98%的目標(biāo)密度處顯著地不同。此外，這些方法易受所收集的數(shù)據(jù)的變化的影響。除了壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)響應(yīng)以外，通過考慮混合物的性質(zhì)和地點(diǎn)特征，還可嘗試說明在壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)響應(yīng)中所看到的一些變化來估計(jì)密度。在一種方式中，微波信號穿過浙青層而被傳輸，而且密度基于波的傳輸特征而被估計(jì)。雖然上述技術(shù)在證明相應(yīng)方式的可行性中是成功的，但在它們可被用來以所需精確度預(yù)測場地中的密度之前它們需要被進(jìn)一步改善。發(fā)布給本公開的受讓人的美國專利申請11/271，575(‘575申請)也提供用于密度預(yù)測的方法和裝置。在那個(gè)申請中，壓實(shí)機(jī)被使用來壓實(shí)測試路段，而且當(dāng)壓實(shí)機(jī)移動(dòng)時(shí)， 振動(dòng)能量應(yīng)用于測試路段。壓實(shí)機(jī)的響應(yīng)性振動(dòng)信號被收集，而且測試路段的密度使用在本領(lǐng)域中已知的裝置例如核密度計(jì)來測量，或通過從測試路段切割芯樣并且測量芯樣的密度來測量。壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)響應(yīng)信號與測量密度相關(guān)聯(lián)，使得當(dāng)對應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)信號出現(xiàn)時(shí)， 壓實(shí)分析儀可被編程來生成表示測量密度的信號。壓實(shí)機(jī)然后被使用來壓實(shí)利用具有相同特征的道路材料建造的實(shí)際道路路段，而且基于壓實(shí)機(jī)的響應(yīng)性振動(dòng)信號，壓實(shí)分析儀將生成密度信號。分析儀將壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)信號與測試路段上生成的那些信號做比較，而且將基于該比較來生成密度信號。換句話說，當(dāng)分析儀將振動(dòng)信號識別為與在測試路段上生成的信號相同或類似時(shí)，它將基于在測試路段上進(jìn)行的測試來生成密度讀數(shù)。盡管‘575申請的方法和裝置運(yùn)行良好，但要求浙青測試墊的建造與正被建造的道路分離，這可能是耗時(shí)且昂貴的。發(fā)明概述此處公開的裝置包括具有傳感器的振動(dòng)壓實(shí)機(jī)或壓路機(jī)，以及與其有關(guān)的壓實(shí)分析儀。壓實(shí)分析儀具有特征提取模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊以及分析儀模塊。傳感器可包括用于測量壓路機(jī)的振動(dòng)響應(yīng)信號的加速度計(jì)，而壓實(shí)分析儀使用振動(dòng)響應(yīng)信號的特征來實(shí)時(shí)生成表示正被壓實(shí)的材料的密度的密度信號。使用具有壓實(shí)分析儀的壓路機(jī)來壓實(shí)道路路段的方法包括將初始輸入?yún)?shù)輸入到壓實(shí)分析儀中，以及使壓路機(jī)在道路路段的一部分上通過多次，該壓實(shí)分析儀可操作地與壓路機(jī)相關(guān)。該方法還可以包括當(dāng)壓路機(jī)在道路路段的該部分上移動(dòng)時(shí)，使用壓路機(jī)將振動(dòng)能量應(yīng)用于道路路段的該部分，以及當(dāng)壓路機(jī)在道路路段的該部分上移動(dòng)時(shí)，反復(fù)地收集壓路機(jī)的響應(yīng)性振動(dòng)信號。額外的步驟可包括，基于壓路機(jī)的響應(yīng)性振動(dòng)信號和輸入到壓實(shí)分析儀中的初始輸入?yún)?shù)，使用壓實(shí)分析儀來生成表示估計(jì)密度的估計(jì)密度信號，以及在道路路段的該部分上的多個(gè)位置處測量道路路段的密度?？梢詫⒃诙鄠€(gè)位置處的測量密度與估計(jì)密度進(jìn)行比較，以確定測量密度與估計(jì)密度之間的差值?；跍y量密度與估計(jì)密度之間的差值，分析儀的初始輸入?yún)?shù)中的選定的初始輸入?yún)?shù)然后可被調(diào)整。壓實(shí)分析儀將生成經(jīng)調(diào)整的密度輸出信號，其將比估計(jì)密度信號更接近地近似于道路路段的實(shí)際密度。道路路段的剩余部分被滾壓，直到壓實(shí)分析儀采用經(jīng)調(diào)整的輸入?yún)?shù)生成期望的經(jīng)調(diào)整的輸出密度信號為止。另一種方法可包括將初始輸入?yún)?shù)輸入到壓實(shí)分析儀中，以及在道路路段的一部分上通過多次。當(dāng)通過多次時(shí)，振動(dòng)能量可以應(yīng)用于道路路段的一部分，響應(yīng)于被應(yīng)用的振動(dòng)能量而生成的壓路機(jī)的響應(yīng)性振動(dòng)信號被收集。選定的響應(yīng)性振動(dòng)信號可以被指定為對應(yīng)于特定的壓實(shí)水平以及當(dāng)壓路機(jī)沿著道路路段的該部分移動(dòng)時(shí)表示實(shí)時(shí)傳送到壓實(shí)分析儀中的分析儀模塊的響應(yīng)性振動(dòng)信號的道路路段的該部分的壓實(shí)水平。當(dāng)壓路機(jī)沿著道路的該部分行駛時(shí)，基于所傳送的壓實(shí)水平和初始輸入?yún)?shù)，使用壓實(shí)分析儀來實(shí)時(shí)地生成估計(jì)密度。對道路路段的該部分的實(shí)際密度測量可以在道路路段的該部分上的多個(gè)位置處進(jìn)行，以確定在多個(gè)位置處的測量密度。由壓實(shí)分析儀在多個(gè)位置處生成的估計(jì)密度與在多個(gè)位置處的實(shí)際測量密度比較，而且基于估計(jì)密度與測量密度之間的差值，初始輸入?yún)?shù)中選定的初始輸入?yún)?shù)被調(diào)整?；诒裙烙?jì)密度更接近地近似于實(shí)際密度的被傳送的壓實(shí)水平和經(jīng)調(diào)整的輸入?yún)?shù)，道路路段的經(jīng)調(diào)整的密度被實(shí)時(shí)生成。附圖的簡要說明

圖1是具有壓實(shí)分析儀的壓路機(jī)的示意性表示。圖2是壓實(shí)分析儀部件的示意性表示。圖3是示范性的并且顯示在一時(shí)刻的頻譜特征。圖4是頻譜圖，而且顯示壓路機(jī)進(jìn)行的通過的五秒數(shù)據(jù)集。圖5顯示圖4中所示信號的功率容量。優(yōu)選實(shí)施方式的描述本公開目的在于用于壓實(shí)道路和用于使用并校準(zhǔn)智能浙青壓實(shí)分析儀(IACA)的方法和裝置。圖1示意地顯示IACA 5，一種可在路面建造期間在路面的整個(gè)長度上連續(xù)實(shí)時(shí)地測量浙青路面的密度的設(shè)備。目前在本領(lǐng)域中使用的質(zhì)量控制技術(shù)涉及在完成的路面上的幾個(gè)位置處的密度的測量或道路芯樣的提取。這些方法通常是耗時(shí)的且無法展現(xiàn)建造的總體質(zhì)量。此外，在浙青墊被冷卻下來之后，識別出的任何壓實(shí)問題不能容易地被補(bǔ)救。近些年來，幾種智能壓實(shí)(IC)技術(shù)已由振動(dòng)壓實(shí)機(jī)的生產(chǎn)商引入。土壤基層和集料基層的統(tǒng)一壓實(shí)通過機(jī)器參數(shù)(振動(dòng)的振幅和頻率、推力矢量化等)的變化而實(shí)現(xiàn)。機(jī)器參數(shù)的動(dòng)態(tài)控制允許振動(dòng)能量僅應(yīng)用于欠壓實(shí)的區(qū)域，并因而阻止過度壓實(shí)而且確保土壤/集料基層的統(tǒng)一壓實(shí)。盡管這些IC技術(shù)在未來有前景，但它們的性能有待充分評估。 另外，這些IC產(chǎn)品要求購買配備有技術(shù)的新振動(dòng)壓實(shí)機(jī)。與今天的市場中提供的IC技術(shù)相比，IACA 5是不控制機(jī)器行為的任何方面的測量設(shè)備。另外，IACA 5是可在任何現(xiàn)有振動(dòng)壓實(shí)機(jī)上改進(jìn)的獨(dú)立設(shè)備。IACA 5的主要效用是提供在建造下的路面上的每個(gè)位置處浙青墊的密度的實(shí)時(shí)測量。該信息可由壓路機(jī)操作員利用來確保統(tǒng)一的壓實(shí)、欠壓實(shí)下處理、以及阻止路面的過度壓實(shí)。如圖1中所示，IACA 5在振動(dòng)壓路機(jī)例如振動(dòng)壓路機(jī)10與下面的路面材料形成耦合系統(tǒng)的前提下起作用，該路面材料可以是例如熱拌浙青混合料(HMA)。振動(dòng)壓路機(jī)10 的響應(yīng)由它的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的頻率和耦合系統(tǒng)的自然振動(dòng)模式確定。浙青墊的壓實(shí)增加了它的硬度，且作為結(jié)果，壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)被改變。對路面材料的性質(zhì)和壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)譜的認(rèn)識因此可用來估計(jì)浙青墊的硬度。HMA的質(zhì)量規(guī)范一般被規(guī)定為空氣孔隙的百分比，使得例如 100%密度意味著沒有空氣孔隙存在，而90%密度意味著10%的空氣孔隙存在。因?yàn)橘|(zhì)量規(guī)范通常被規(guī)定為浙青墊的空氣孔隙容量的百分比或最大理論密度(MTD)的百分比，所以IACA 5估計(jì)路面的壓實(shí)密度而不是硬度?，F(xiàn)在參考附圖，振動(dòng)壓實(shí)機(jī)或壓路機(jī)10在圖1中顯示?？梢允抢鏒D-138HFA Ingersoll Rand振動(dòng)壓實(shí)機(jī)的振動(dòng)壓實(shí)機(jī)10包括前滾筒和后滾筒12和14，前滾筒12具有安裝在其中的偏心錘16，且需要時(shí)，前滾筒和后滾筒12和14可以具有在其中安裝的偏心錘16。偏心錘16由電動(dòng)機(jī)(未顯示)旋轉(zhuǎn)，使得滾筒12和14內(nèi)的錘16的旋轉(zhuǎn)在滾筒12 和14與可以包括HMA的底部18之間的接觸處引起沖擊。底部18可以被稱為浙青墊18。 沖擊之間的間距隨壓路機(jī)10的速度和偏心錘16的速度而變，并且可以例如是每線性英尺 10-12個(gè)脈沖。與IACA 5有關(guān)的傳感器模塊22由安裝到構(gòu)架30的用于在操作期間測量壓實(shí)機(jī)10的振動(dòng)的加速度計(jì)M組成，而且可以包括用于測量浙青底部的表面溫度的紅外溫度傳感器沈。加速度計(jì)24和溫度傳感器沈可以安裝到壓路機(jī)10的構(gòu)架30。傳感器沈本質(zhì)上包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。IACA 5可包括用戶界面觀，其可以是基于^itel Pentium 的便攜式電腦，用于指定振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的振幅和頻率，而且輸入墊的性質(zhì)，例如混合類型和升起的厚度。用戶界面觀也將用來輸入其它初始輸入?yún)?shù)，如下文將更詳細(xì)地解釋的。加速度計(jì)M可以是由Crossbow生產(chǎn)的CXL10HF3三軸加速度計(jì)，其能夠測量高達(dá)IOkHz的頻率的IOg加速度。浙青墊18的表面溫度可以利用安裝在構(gòu)架30上的紅外溫度傳感器沈來測量。全球定位系統(tǒng)(GPS) 32也可以安裝到壓路機(jī)10。如在本領(lǐng)域中已知的，GPS將提供壓路機(jī)10的位置且將與IACA 5協(xié)調(diào)，使得IACA 5所產(chǎn)生的密度的位置將是已知的。GPS 接收器32可以是例如用來記錄壓路機(jī)10在移動(dòng)時(shí)的位置的Trimble Pro XT GPS接收器。IACA 5包括特征提取(FE)模塊34，該模塊計(jì)算輸入信號的快速傅里葉變換(FFT) 并提取對應(yīng)于在不同顯著頻率處的振動(dòng)的特征。輸入信號是壓路機(jī)10的響應(yīng)性振動(dòng)信號， 這源于偏心錘16所產(chǎn)生的沖擊。響應(yīng)性振動(dòng)信號由加速度計(jì)M測量或收集。IACA 5也包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN)分類器36，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器36是被訓(xùn)練來將所提取的特征分成不同類別的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中每一類別表示預(yù)先規(guī)定的水平的壓實(shí)所特有的振動(dòng)模式。IACA 5 中的壓實(shí)分析儀模塊38后處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出且實(shí)時(shí)地估計(jì)壓實(shí)的程度。IACA 5的每個(gè)部分將在下文更詳細(xì)地被描述。特征提取器模塊34實(shí)施快速傅里葉變換來有效地提取壓路機(jī)10的響應(yīng)性振動(dòng)信號的不同頻率分量。FFT的輸出是具有256個(gè)元素的矢量，其中每個(gè)元素對應(yīng)于在對應(yīng)頻率處的歸一化信號功率。如被理解的，歸一化信號功率是在該頻率處的振幅的平方，所以所提取的特征是頻率和在頻率處的振幅。圖3是振動(dòng)信號的頻譜特征的實(shí)例，而且顯示頻率和頻率的歸一化功率(即，振幅的平方)。壓路機(jī)10的振動(dòng)信號以IkHz (1000Hz/sec)的速率采樣。因?yàn)閴郝窓C(jī)10的響應(yīng)性振動(dòng)信號在IkHz處被采樣，應(yīng)理解，頻譜從OHz到500Hz均勻地分布。因?yàn)镕FT輸出是具有256個(gè)元素的扇區(qū)，特征在約2Hz的頻帶中被提取。特征可以用重疊方式每秒被提取八次，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36的輸入將包括從特征被提取的前一時(shí)刻起的1 個(gè)元素和來自當(dāng)前或即刻的特征提取的1 個(gè)元素。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器36是三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其具有200個(gè)輸入、在輸入層中的10個(gè)節(jié)點(diǎn)、在隱蔽層中的4個(gè)節(jié)點(diǎn)以及在輸出層中的1個(gè)節(jié)點(diǎn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入對應(yīng)于特征提取模塊的輸出，即，在這種情況下是在頻譜中的200個(gè)特征。在優(yōu)選實(shí)施方式中，在頻譜中(即， 從100-500HZ)僅上部的200個(gè)特征被考慮。在較低范圍中的那些特征表示壓路機(jī)10的頻率而且可以被忽略。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36將壓路機(jī)10的振動(dòng)響應(yīng)信號分成表示不同水平的壓實(shí)的類別。特征提取模塊34的輸出在校準(zhǔn)過程期間在壓路機(jī)的幾次通過中被分析，而且壓路機(jī)10的響應(yīng)性振動(dòng)信號中的總功率容量在每一時(shí)刻被計(jì)算。功率計(jì)算在下文被闡述。最低功率水平、最高功率水平、以及相等間隔開的功率水平被識別，而且對應(yīng)于被識別的功率水平的振動(dòng)響應(yīng)信號的特征被用來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36。被識別的最低、最高以及相等間隔開的功率水平被指定為對應(yīng)于壓實(shí)的特定水平。在壓實(shí)過程期間，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)36觀察壓路機(jī)的響應(yīng)性振動(dòng)信號的特征，而且將特征分類為對應(yīng)于壓實(shí)的水平中的一個(gè)。多個(gè)預(yù)先指定的壓實(shí)水平將被識別出，或用數(shù)字表示。在五個(gè)壓實(shí)水平被指定的情況下，最低壓實(shí)水平可被識別或指定為壓實(shí)水平0，而最高壓實(shí)水平可被指定為壓實(shí)水平 4。其間的壓實(shí)水平可被指定為壓實(shí)水平1、2和3，這對應(yīng)于在最低功率水平和最高功率水平之間的相等間隔開的功率水平。圖3是示例性的，且顯示對應(yīng)于五個(gè)不同壓實(shí)水平的特征，最低水平對應(yīng)于壓路機(jī)在振動(dòng)電動(dòng)機(jī)開啟的情況下運(yùn)行的情況且被指定為水平0，水平 4被指定為對應(yīng)于最高振動(dòng)被觀察到的情況，而水平1至3對應(yīng)于其間的間隔開的水平。IACA 5的最初校準(zhǔn)假定壓實(shí)水平0對應(yīng)于浙青墊的鋪放密度，而壓實(shí)水平4對應(yīng)于在混合設(shè)計(jì)片材(在高性能路面旋轉(zhuǎn)式壓實(shí)機(jī)的100個(gè)旋轉(zhuǎn)處設(shè)計(jì))中指定的目標(biāo)密度。浙青的鋪放密度一般假定為例如85%到88%，而目標(biāo)密度或最高密度將一般為 94-97%。壓實(shí)水平1、2和3被指定為其間的相等間隔開的密度。在校準(zhǔn)操作期間，壓路機(jī)10將在浙青墊18上通過幾次。浙青墊18可包括待壓實(shí)的道路路段42的一部分40。該部分40將包括限定的長度，例如三十英尺。位置將在道路的這部分上被識別出，被標(biāo)記為圖1上的位置A、B、C、D和E。這些位置將被用來獲得道路路段42的該部分40的實(shí)際測量密度。應(yīng)理解，道路路段42可以延伸幾英里，而且基于 IACA顯示器44上所指示的IACA 5的輸出，一旦此處描述的校準(zhǔn)發(fā)生，道路路段42的余下部分的滾壓就可發(fā)生，而沒有密度的進(jìn)一步的實(shí)際測量，只要道路路段包括與部分42相同的道路材料。當(dāng)壓路機(jī)10在道路路段42的該部分40上多次通過時(shí)，偏心錘16將產(chǎn)生如此處描述的沖擊。當(dāng)壓路機(jī)10通過加速度計(jì)M沿著該部分40移動(dòng)時(shí)，壓路機(jī)10的響應(yīng)性振動(dòng)信號由加速度計(jì)M收集。當(dāng)響應(yīng)性振動(dòng)信號變得一致(這指示壓實(shí)中無進(jìn)一步的變化發(fā)生)時(shí)，壓路機(jī)10 將停止通過。壓路機(jī)10應(yīng)例如在翻車發(fā)生之前停止。壓路機(jī)10的響應(yīng)性振動(dòng)信號的功率容量利用特征提取器34所提取的特征而被計(jì)算。每當(dāng)特征提取發(fā)生時(shí)，功率容量被計(jì)算，如此處描述的，這可以是每秒八次。壓路機(jī)10的響應(yīng)性振動(dòng)信號的功率水平或功率容量可如下被計(jì)算。利用i作為頻域的指數(shù)，使得i = 1，...，Ili，而‘ j’作為時(shí)域中的指數(shù)，使得j = 1，. . .，nj, Hi表示從振動(dòng)信號提取的特征的最大數(shù)量，而~表示振動(dòng)信號的采樣的最大數(shù)量。振動(dòng)信號的頻譜圖可由Iii行和列的矩陣表示，其中頻譜圖‘S’的每個(gè)元素表示在特定時(shí)刻在給定特征中的歸一化功率(即，頻率的振幅的平方)。例如，ith行和jth列中的元素表示在時(shí)刻護(hù)八在 ith特征中包含的歸一化功率，其中Ts是采樣時(shí)間。如果&是ith特征的頻率，那么在時(shí)間指數(shù)‘j’處的振動(dòng)信號中包含的總功率被計(jì)算為
權(quán)利要求
1.一種使用具有壓實(shí)分析儀的壓路機(jī)來壓實(shí)道路路段的方法，所述壓實(shí)分析儀可操作地與所述壓路機(jī)相關(guān)聯(lián)，所述方法包括將初始輸入?yún)?shù)輸入到所述壓實(shí)分析儀中； 使所述壓路機(jī)在所述道路路段的一部分上通過多次；當(dāng)所述壓路機(jī)在所述道路路段的所述部分上移動(dòng)時(shí)，使用所述壓路機(jī)將振動(dòng)能量應(yīng)用于所述道路路段的所述部分；當(dāng)所述壓路機(jī)在所述道路路段的所述部分上移動(dòng)時(shí)，反復(fù)地收集所述壓路機(jī)的響應(yīng)性振動(dòng)信號；基于所述壓路機(jī)的所述響應(yīng)性振動(dòng)信號和輸入到所述壓實(shí)分析儀中的所述初始輸入?yún)?shù)，使用所述壓實(shí)分析儀來生成表示估計(jì)密度的估計(jì)密度信號；在所述道路路段的所述部分上的多個(gè)位置處測量所述道路路段的密度； 比較在所述多個(gè)位置處的測量密度與所述估計(jì)密度，以確定所述測量密度與所述估計(jì)密度之間的差值；基于所述測量密度與所述估計(jì)密度之間的差值來調(diào)整所述分析儀的所述初始輸入?yún)?shù)中被選定的初始輸入?yún)?shù)，使得所述壓實(shí)分析儀所生成的經(jīng)調(diào)整的密度輸出信號將比所述估計(jì)密度信號更接近地近似于所述道路路段的實(shí)際密度；以及滾壓所述道路路段的剩余部分，直到所述壓實(shí)分析儀用經(jīng)調(diào)整的輸入?yún)?shù)生成期望的經(jīng)調(diào)整的輸出密度信號為止。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述初始輸入?yún)?shù)包括道路材料的混合特征、最小估計(jì)密度(Id)以及最大估計(jì)密度(Imax)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中(Id)是特定的鋪放密度，而Imax是在道路材料(Imax) 的混合規(guī)范中實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)密度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括使用最高功率水平、最低功率水平、以及該最高功率水平與該最低功率水平之間相等間隔開的功率水平來識別所述響應(yīng)性振動(dòng)信號；以及將特定的最低壓實(shí)水平、最高壓實(shí)水平以及相等間隔開的壓實(shí)水平指定為對應(yīng)于具有最高功率、最低功率、以及相等間隔開的功率的所述響應(yīng)性振動(dòng)信號； 將所述壓實(shí)水平傳送到所述壓實(shí)分析儀的分析儀模塊；以及使用公式dest = ld+kin(C1Hoffin實(shí)時(shí)生成所述道路路段的所述部分的所述估計(jì)密度 (dest)，其中kin是作為初始輸入?yún)?shù)的初始斜率參數(shù)，OfTin是與最小估計(jì)密度的估計(jì)偏移而且也是初始偏移參數(shù)，以及C1是傳送到所述分析儀模塊的所述壓實(shí)水平。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中調(diào)整步驟包括調(diào)整所述初始斜率參數(shù)和所述初始偏移參數(shù)，以便所述壓實(shí)分析儀將使用公式dadj = I^kadj(C1)+Offsetadj來生成經(jīng)調(diào)整的密度 (dadj)，其中ka(U和OfTatu分別是經(jīng)調(diào)整的斜率參數(shù)和偏移參數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中利用等式
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述初始斜率參數(shù)kin由等式kin=1/n-l (Imax-Id)表示，其中η是從壓實(shí)水平0開始的壓實(shí)水平的總數(shù)量，而且其中估計(jì)初始偏移是零。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中調(diào)整步驟包括調(diào)整所述初始斜率參數(shù)和所述初始偏移參數(shù)，而且使用公式(U = I^kadj(C1)+Offsetadj來生成經(jīng)調(diào)整的密度(dadj)，其中kadJ和 Qffadj分別是經(jīng)調(diào)整的斜率參數(shù)和偏移參數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中利用等式0#喊=IJ (Ciimeas-]來ηaestJ計(jì)算經(jīng)調(diào)整的偏移，其中η是密度被測量的所述多個(gè)位置的數(shù)量，dest是在所述多個(gè)位置處的所述估計(jì)密度，d_s是在所述多個(gè)位置處的所述測量密度，以及利用等式
10.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括從所述響應(yīng)性振動(dòng)信號提取選定特征，包括包含在每個(gè)信號中的多個(gè)頻率(A)和在每個(gè)所述頻率處的振幅(^)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中利用公式
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所提取的特征分成多個(gè)類別，每一類別表示特定壓實(shí)水平中的一個(gè)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，分類步驟包括確定所提取的特征是否最接近地類似于從具有所述最高功率、所述最低功率或所述相等間隔開的功率之一的所述響應(yīng)性振動(dòng)信號提取的特征，以及使所提取的特征與對應(yīng)于那個(gè)功率水平的壓實(shí)水平相關(guān)聯(lián)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述初始斜率kin由等式
15.如權(quán)利要求14所述的方法，調(diào)整步驟包括基于在測量位置處生成的所述估計(jì)密度與在測量位置處的所述實(shí)際測量密度之間的差值來調(diào)整所述初始偏移參數(shù)和所述初始斜率參數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中利用等式
17.如權(quán)利要求16所述的方法，經(jīng)調(diào)整的密度輸出信號使用等式dadj= I^kadj(C1)+Offsetadj來生成，其中kadj和Offadj分別是經(jīng)調(diào)整的斜率參數(shù)和偏移參數(shù)。
18.一種校準(zhǔn)壓實(shí)分析儀的方法，所述壓實(shí)分析儀可操作地與用于滾壓浙青道路路段的壓路機(jī)相關(guān)聯(lián)，所述方法包括將初始輸入?yún)?shù)輸入到所述壓實(shí)分析儀中；使所述壓路機(jī)在所述道路路段的一部分上通過多次；當(dāng)所述壓路機(jī)通過多次時(shí)，將振動(dòng)能量應(yīng)用于所述道路路段的所述部分；收集所述壓路機(jī)在所述道路路段的所述部分上對于所應(yīng)用的振動(dòng)能量的振動(dòng)響應(yīng)信號；基于所述振動(dòng)響應(yīng)信號，使用所述壓實(shí)分析儀來生成估計(jì)密度信號；在所述道路路段的所述部分上的多個(gè)位置處測量所述道路路段的所述部分的密度；在所述多個(gè)位置處計(jì)算測量密度與由所述壓實(shí)分析儀生成的估計(jì)密度之間的差值；以及基于所計(jì)算的差值來調(diào)整所述壓實(shí)分析儀中的所述初始輸入?yún)?shù)中被選定的初始輸入?yún)?shù)；基于所述壓路機(jī)的所述振動(dòng)響應(yīng)信號，利用經(jīng)調(diào)整的輸入?yún)?shù)，使用所述壓實(shí)分析儀來生成經(jīng)調(diào)整的密度信號，在所述道路路段由所述壓路機(jī)滾壓時(shí)，所述經(jīng)調(diào)整的密度信號將比所述估計(jì)密度信號更接近地近似于所述道路路段的實(shí)際密度。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括 計(jì)算所收集的振動(dòng)響應(yīng)信號中的功率；將最大計(jì)算功率水平指定為對應(yīng)于最大壓實(shí)水平，而將最小計(jì)算功率水平指定為對應(yīng)于最小壓實(shí)水平；將在所述最小計(jì)算功率水平與所述最大計(jì)算功率水平之間相等間隔開的多個(gè)計(jì)算功率水平指定為對應(yīng)于在所述最大壓實(shí)水平與所述最小壓實(shí)水平之間的相等間隔開的壓實(shí)水平；當(dāng)所述壓路機(jī)在所述道路路段的所述部分上移動(dòng)時(shí)，將所述道路路段的所述部分的壓實(shí)水平傳送到所述壓實(shí)分析儀中的分析儀模塊；生成估計(jì)密度信號的步驟包括基于傳送到所述壓實(shí)分析儀的所述壓實(shí)水平和所述初始輸入?yún)?shù)，使用所述壓實(shí)分析儀來實(shí)時(shí)地確定所述道路的所述部分的估計(jì)密度；以及當(dāng)所述壓路機(jī)在所述道路路段的所述部分上移動(dòng)時(shí)，顯示表示所述估計(jì)密度的估計(jì)密度信號。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在每個(gè)所收集的振動(dòng)響應(yīng)信號中的功率被計(jì)算為
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中最小估計(jì)密度(Id)和最大估計(jì)密度(Imax)包括初始輸入?yún)?shù)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中除了所述最小估計(jì)密度和所述最大估計(jì)密度以外，所述多個(gè)輸入?yún)?shù)還包括初始斜率參數(shù)(kin)和初始偏移參數(shù)(OfTin),所述調(diào)整步驟包括將所述斜率參數(shù)調(diào)整為經(jīng)調(diào)整的斜率(kadj)以及將所述偏移參數(shù)調(diào)整為經(jīng)調(diào)整的偏移(Offadj) 。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，包括使用等式kin = 1/n-l (Imax-Id)來確定所述初始斜率，其中η等于以作為所述最小壓實(shí)水平的壓實(shí)水平0開始的壓實(shí)水平的總數(shù)量，其中所述初始偏移是與所述最小估計(jì)密度的假定偏移。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中利用等式dest= ld+kin χ Cfoffin由所述分析儀生成所述估計(jì)密度(U，其中C1是所述壓實(shí)水平的數(shù)字指標(biāo)。
25.如權(quán)利要求M所述的方法，包括使用等式
26.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括從所述響應(yīng)性振動(dòng)信號提取特征，所述特征包括在所述振動(dòng)響應(yīng)信號中包含的多個(gè)頻率和所述頻率的振幅，其中利用公式
27.如權(quán)利要求沈所述的方法，還包括將所提取的特征分成多個(gè)類別，其中每個(gè)類別表示特定壓實(shí)水平中的一個(gè)，傳送步驟包括將表示所述提取的特征被放置的類別的所述壓實(shí)水平傳送到所述分析儀模塊。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，分類步驟包括確定所提取的特征是否最接近地類似于從具有最高功率水平、最低功率水平或相等間隔開的功率水平之一的所述響應(yīng)性振動(dòng)信號提取的特征，而且將所提取的特征放置在表示對應(yīng)于該功率水平的壓實(shí)水平的類別中。
29.一種校準(zhǔn)壓實(shí)分析儀的方法，所述壓實(shí)分析儀安裝到用于壓實(shí)道路路段的壓路機(jī)， 所述方法包括將初始輸入?yún)?shù)輸入到所述壓實(shí)分析儀中； 在所述道路路段的一部分上多次通過；當(dāng)進(jìn)行所述多次通過時(shí)，將振動(dòng)能量應(yīng)用到所述道路路段的所述部分； 收集所述壓路機(jī)響應(yīng)于被應(yīng)用的振動(dòng)能量而生成的響應(yīng)性振動(dòng)信號； 將選定的響應(yīng)性振動(dòng)信號指定為對應(yīng)于特定壓實(shí)水平；當(dāng)所述壓路機(jī)沿著所述道路路段的所述部分移動(dòng)時(shí)，將表示所述響應(yīng)性振動(dòng)信號的所述道路路段的所述部分的所述壓實(shí)水平實(shí)時(shí)地傳送到所述壓實(shí)分析儀中的分析儀模塊；當(dāng)所述壓路機(jī)沿著所述道路的所述部分滾壓時(shí)，基于被傳送的壓實(shí)水平和所述初始輸入?yún)?shù)使用所述壓實(shí)分析儀來實(shí)時(shí)生成估計(jì)密度；在所述道路路段的所述部分上的多個(gè)位置處對所述道路路段的所述部分進(jìn)行實(shí)際密度測量，以確定在所述多個(gè)位置處的測量密度；比較在所述多個(gè)位置處由所述壓實(shí)分析儀生成的所述估計(jì)密度和在所述多個(gè)位置處的實(shí)際測量密度；基于所述估計(jì)密度與所述測量密度之間的差值來調(diào)整所述初始輸入?yún)?shù)中被選定的初始輸入?yún)?shù)；以及利用所傳送的壓實(shí)水平和經(jīng)調(diào)整的輸入?yún)?shù)來實(shí)時(shí)生成所述道路路段的經(jīng)調(diào)整的密度，所述經(jīng)調(diào)整的密度將比所述估計(jì)密度更接近地近似于所述實(shí)際密度。
30.如權(quán)利要求四所述的方法，包括 計(jì)算所述響應(yīng)性振動(dòng)信號中的功率；識別具有最高功率、最低功率、以及該最高功率和該最低功率之間相等間隔開的功率的所述響應(yīng)性振動(dòng)信號；指定步驟包括將所述最低功率、所述最高功率以及所述相等間隔開的功率指定為對應(yīng)于最低壓實(shí)水平、最高壓實(shí)水平以及該最低壓實(shí)水平和最高壓實(shí)水平之間相等間隔開的壓實(shí)水平。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中利用等式
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述初始輸入?yún)?shù)包括被所述壓路機(jī)滾壓的道路材料的混合參數(shù)、所述材料的最小估計(jì)密度(Id)、所述材料的最大估計(jì)密度(Imax)、初始斜率參數(shù)kin以及初始偏移參數(shù)offin。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述斜率參數(shù)包括由等式k=1/n-l (Imax-Id)限定的初始斜率，其中η等于以壓實(shí)水平O開始的壓實(shí)水平的總數(shù)量，而所述偏移參數(shù)包括所述道路路段的所述部分的Id與實(shí)際最小密度之間的估計(jì)差值。
34.如權(quán)利要求M所述的方法，其中Imax是目標(biāo)密度，而Id是估計(jì)鋪放密度。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述估計(jì)密度使用所述分析儀利用等式dest= I^kin(C1)+Offin來生成，其中C1表示所述壓實(shí)水平，且所述初始偏移被假定為零。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，調(diào)整步驟包括基于在所述多個(gè)位置處的所述測量密度和所述估計(jì)密度之間的差值來將所述初始斜率調(diào)整到經(jīng)調(diào)整的斜率ka(U以及將所述初始偏移調(diào)整到經(jīng)調(diào)整的偏移(Offadj)。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中利用等式
38.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括從所述響應(yīng)性振動(dòng)信號提取特征，所述特征包括在所述響應(yīng)性振動(dòng)信號中包含的多個(gè)頻率和每個(gè)頻率的對應(yīng)振幅。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中利用等式
40.如權(quán)利要求39所述的方法，包括將最低壓實(shí)水平指定為0，將所述最高壓實(shí)水平指定為n，以及將所述相等間隔開的壓實(shí)水平指定為相等間隔開的數(shù)字1到n，以及使對應(yīng)于所述響應(yīng)性振動(dòng)信號的所述最低壓實(shí)水平、所述最高壓實(shí)水平和所述相等間隔開的壓實(shí)水平與所述最低功率、所述最高功率、以及該所述最低功率和所述最高功率之間相等間隔開的功率相關(guān)聯(lián)。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，其中η= 4，使得壓實(shí)水平的數(shù)量為5，而且被識別為壓實(shí)水平0、1、2、3和4。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，還包括將所提取的特征分成多個(gè)類別，其中每一類別表示所述特定壓實(shí)水平中的一個(gè)。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，分類步驟包括確定所提取的特征是否最接近地類似于從具有所述最高功率水平、所述最低功率水平、或所述相等間隔開的功率水平之一的所述響應(yīng)性振動(dòng)信號提取的特征，而且將所提取的特征與表示對應(yīng)于所述功率水平的所述壓實(shí)水平的類別相關(guān)聯(lián)，傳送步驟包括將表示該類別的所述壓實(shí)水平傳送到所述分析儀模塊。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，所述初始輸入?yún)?shù)包括初始斜率參數(shù)kin、偏移參數(shù) Offin、最小估計(jì)密度(Id)以及最大估計(jì)密度(Imax)，生成估計(jì)密度步驟包括利用等式Clest = ld+kin (C1) +Offin來計(jì)算估計(jì)密度。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其中所述初始斜率參數(shù)kin由等式kin=1/n-l (Id-Imax) 限定，其中η等于壓實(shí)水平的總數(shù)量，而Offin包括所述最小估計(jì)密度和實(shí)際最小密度之間的差值。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中利用等式
47.如權(quán)利要求46所述的方法，包括使用等式dadj= ld+kadJ (C1) +Offadj來計(jì)算剩余的道路路段的密度。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，包括滾壓所述道路路段的剩余部分，直到所述分析儀用經(jīng)調(diào)整的輸入?yún)?shù)生成期望的經(jīng)調(diào)整的密度為止。
全文摘要
壓實(shí)道路路段的方法包括將初始輸入?yún)?shù)輸入到壓實(shí)分析儀中。使壓路機(jī)在道路路段的一部分上通過多次，而且振動(dòng)能量被應(yīng)用到該道路路段。響應(yīng)性振動(dòng)信號被收集，而且壓實(shí)分析儀生成估計(jì)密度信號。進(jìn)行實(shí)際密度測量而且比較其與估計(jì)密度。調(diào)整初始輸入?yún)?shù)中被選定的初始輸入?yún)?shù)，以便生成表示道路路段的實(shí)際密度的經(jīng)調(diào)整的密度輸出信號。
文檔編號G01N9/00GK102203582SQ200980142023
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者賽?！た的防?申請人:俄克拉何馬大學(xué)董事會