一种评估路基压实度的方法及装置与流程

本申请涉及地基建设技术领域，具体而言，涉及一种评估路基压实度的方法及装置。

背景技术：

路基压实度指的是土或其他筑路材料压实后的干密度与标准最大干密度之比，以百分率表示，是路基路面施工质量检测的关键指标之一，表征现场压实后的密度状况，压实度越高，密度越大，材料整体性能越好。

比如，在机场施工，机场地基施工质量的好坏决定了机场路面能否长久承受飞机起落带来的强载荷。因此，压实度是机场地基施工质量的重要判断依据，若地基欠压实，较软的土质使机场路面的刚度与强度无法长久承受强载荷，若地基过度压实，则在大面积的施工场地上浪费了大量的人力物力。

传统的压实度一般是人工进行评估的，如灌砂法、环刀法等，对施工后的路面进行钻心取样，不仅破坏了地基机构，也不能评估机场地基的全局压实度。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供路基压实度的检测方法及装置，以提供一种有效的评估路基压实度的方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种评估路基压实度的方法，包括：

确定碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值；

根据所述平均加速度值和所述设定路段的碾压遍数评估所述设定路段的压实度。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述确定碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值，包括：

获取碾压轮在该设定路段内碾压地面时产生的多个加速度值；

在所述多个加速度值中提取有效加速度值；

对所述有效加速度值进行线性拟合后，确定平均加速度值。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述在所述多个加速度值中提取有效加速度值，包括：

分别比较所述多个加速度值与设定加速度阈值；

在所述多个加速度值中提取大于所述设定加速度阈值的加速度值，得到第一有效加速度值；

按照设定间隔依次提取该设定间隔内的最大第一有效加速度值，得到第二有效加速度值；

将所述第二有效加速度值作为所述有效加速度值。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，根据以下公式确定所述设定加速度阈值：

其中，Xsh为所述设定加速度阈值，n为加速度值的个数，xi为第i个加速度值，k为阈值系数。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，根据以下公式确定所述设定间隔：

其中，L为相邻两个有效加速度值之间的间隔，R为碾压轮的碾压半径，Fs为设置于碾压轮上的加速度传感器的采集频率，v为碾压轮的行驶速度。

结合第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第四种可能的实施方式中的任意一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述对所述有效加速度值进行线性拟合后，确定平均加速度值，包括：

对所述有效加速度值进行线性拟合，得到有效加速度值拟合曲线；

在所述有效加速度值拟合曲线中查找加速度异常值；

用所述有效加速度值拟合曲线上与所述加速度异常值对应的值替换所述加速度异常值后，进行平均得到所述平均加速度值。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，根据以下方法查找所述加速度异常值：

根据所述有效加速度值确定阈值范围，所述阈值范围包括上阈值和下阈值；

分别比较所述有效加速度值与所述上阈值和所述下阈值的大小；

将大于所述上阈值或小于所述下阈值的有效加速度值记为所述加速度异常值。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，根据以下公式确定所述阈值范围：

其中，X为根据k取上阈值系数和下阈值系数时对应的上阈值和下阈值，k为阈值系数，m为有效加速度值的个数，peak(i)为第i个有效加速度值。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，根据所述平均加速度值和所述设定路段的碾压遍数评估所述设定路段的压实度，包括：

以所述碾压遍数为横坐标，所述平均加速度值为纵坐标建立所述碾压遍数与所述平均加速度值的趋势图；

根据所述趋势图评估所述压实度。

结合第一方面的第八种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，所述方法还包括：

确定碾压轮在碾压设定路段时的平均行驶速度；

根据所述平均加速度值、所述设定路段的碾压遍数以及所述平均行驶速度评估所述设定路段的压实度。

结合第一方面的第九种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第十种可能的实施方式，确定碾压轮在碾压设定路段时的平均行驶速度，包括：

计算所述碾压轮在碾压设定路段时的瞬时速度；

对所述瞬时速度进行线性拟合，得到瞬时速度拟合曲线；

在所述瞬时速度拟合曲线中查找速度异常值；

用所述瞬时速度拟合曲线上对应的值替换所述速度异常值后，对剩余的值进行平均得到所述平均行驶速度。

结合第一方面的第九种可能的实施方式或第一方面的第十种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第十一种可能的实施方式，1所述根据所述平均加速度值、所述设定路段的碾压遍数以及所述平均行驶速度评估所述设定路段的压实度，包括：

根据所述趋势图和与该趋势图对应的平均行驶速度评估所述压实度。

第二方面，本申请实施例提供了一种评估路基压实度的装置，包括：

确定模块，用于确定碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值；

评估模块，用于根据所述平均加速度值和所述设定路段的碾压遍数评估所述设定路段的压实度

与现有技术相比，本申请实施例通过确定路基碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值，以及该设定路段对应的碾压遍数来评估此设定路段的压实度，相比现有技术，可以完整地评估到该设定路段的压实度，且不需要破坏路基机构。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种评估路基压实度的方法流程图；

图2示出了本申请实施例所提供的第一种确定平均加速度值的方法流程图；

图3示出了本申请实施例所提供的一种确定有效加速度值的方法流程图；

图4a示出了本申请实施例所提供的获取的初始加速度值示意图；

图4b示出了本申请实施例所提供的从初始加速度值中提取的第一有效加速度值示意图；

图4c示出了本申请实施例所提供的第一有效加速度值示意图的局部放大示意图；

图4d示出了本申请实施例所提供的从第一有效加速度值中提取的第二有效加速度值示意图；

图4e示出了本申请实施例所提供的有效加速度值拟合曲线示意图；

图5示出了本申请实施例所提供的第二种获取平均加速度值的方法流程图；

图6示出了本申请实施例所提供的确定加速度值异常值的方法流程图；

图7示出了本申请实施例所提供的平均加速度值与碾压遍数的趋势图；

图8示出了本申请实施例所提供的瞬时速度拟合曲线示意图；

图9示出了本申请实施例所提供的一种评估路基压实度的装置结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

本申请实施例1提供了一种评估路基压实度的方法，该方法流程度如图1所示，具体步骤如下：

S100，确定碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值。

这里的碾压轮为夯实路基的三瓣轮，也可以是其他瓣数的碾压。

在步骤S100中，确定碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值，包括以下步骤，具体方法流程图如图2所示：

S200，获取碾压轮在该设定路段内碾压地面时产生的多个加速度值。

S210，在多个加速度值中提取有效加速度值。

由于路基土质的不均匀分布和碾压机机械噪声的影响而非常复杂，导致加速度值中碾压轮碾压地面产生的有效加速度值难以提取。所以，提取有效加速度值是确定平均加速度值的关键步骤。

在步骤S210中，在多个加速度值中提取有效加速度值，包括以下步骤，该步骤流程图如图3所示：

S300，分别比较多个加速度值与设定加速度阈值。

根据以下公式(1)确定该设定加速度阈值：

其中，Xsh为设定加速度阈值，n为加速度值的个数，xi为第i个加速度值，k为阈值系数。

可以看出，每一个加速度值都对应一个设定加速度阈值，这里，每一个设定加速度阈值为大于或等于零的值。

S310，在多个加速度值中提取大于设定加速度阈值的加速度值，得到第一有效加速度值。

如图4a为碾压轮在设定路段采取的加速度值图像，图4b为得到的第一有效加速度值图像，图4c为碾压轮的局部放大的第一有效加速度值图像。

S320，按照设定间隔依次提取该设定间隔内的最大第一有效加速度值，得到第二有效加速度值，将第二有效加速度值作为有效加速度值。

根据以下公式(2)确定设定间隔：

其中，L为相邻两个有效加速度值之间的间隔，R为碾压轮的碾压半径，Fs为设置于碾压轮上的加速度传感器的采集频率，v为碾压轮的行驶速度。

该设定间隔确定后，可以在第一有效加速度值中，按照数据区间ΔN进行提取第二有效加速度值，使得ΔN的取值区间为(L，2L)。

比如，R为压路机碾压轮的半径1m，Fs为加速度传感器的采样率1000Hz,v是压路机施工时的行驶速度6～10km/h，为了尽可能取到全部的有效加速度值，这里可取ΔN为1300。

图4d为确定的第二有效加速度值，在图4d中，所有的第二有效加速度值为76个，且用圆点标出。

S220，对有效加速度值进行线性拟合后，确定平均加速度值。

在步骤S220中，对有效加速度值进行线性拟合后，确定平均加速度值，包括以下步骤，具体流程图如图5所示：

S500，对有效加速度值进行线性拟合，得到有效加速度值拟合曲线。

利用最小二乘法对有效加速度值做二阶拟合，得到平滑的有效加速度值拟合曲线p(t)，如图4e所示。

其中，p(t)＝β0+β1t+β2t²中的系数向量β＝[β0,β1,β2]可由以下公式(3)计算：

β＝(H^TH)^-1H^Ty (3)

其中，

其中，peak为有效加速度值，t为加速度值对应的时间。

S510，在有效加速度值拟合曲线中查找加速度异常值。

在步骤S510中，根据以下方法查找加速度异常值，方法流程图如图6所示：

S600，根据所述有效加速度值确定阈值范围，阈值范围包括上阈值和下阈值。

其中，阈值范围为有效加速度值拟合曲线p(t)以上和以下的一个范围，包括一个上阈值和一个下阈值，根据以下公式(4)确定阈值范围：

其中，X为根据k取上阈值系数和下阈值系数时对应的上阈值和下阈值，k为阈值系数，m为有效加速度值的个数，peak(i)为第i个有效加速度值。

比如，X为上阈值时，阈值系数为1.8，X为下阈值时，阈值系数为0,4。

S610，分别比较有效加速度值与上阈值和下阈值的大小。

S620，将大于上阈值或小于下阈值的有效加速度值记为加速度异常值。

S520，用有效加速度值拟合曲线上与加速度异常值对应的值替换加速度异常值后，进行平均得到平均加速度值。

从图4e中可以看到，第一个和第二个有效加速度值小于下阈值为加速度异常值，所以用P(t)曲线上与这两个有效加速度值对应的点替换了这两个异常值，还有一个上阈值的加速度异常值，同样也是用P(t)曲线上与这两个有效加速度值对应的点替换了这个异常值，其他未超过上阈值和下阈值的有效加速度值不需要进行替换。

对这些剔除加速度异常值且进行替换后的有效加速度值进行求平均则得到平均加速度值。

在剔除加速度异常值并用有效加速度值拟合曲线上与该加速度异常值对应的值替换后，更新有效加速度值，对更新后的后效加速度值进行求平均后得到平均加速度值。

S110，根据平均加速度值和设定路段的碾压遍数评估设定路段的压实度。

在步骤S110中，根据平均加速度值和设定路段的碾压遍数评估设定路段的压实度，包括：

(1)以碾压遍数为横坐标，平均加速度值为纵坐标建立碾压遍数与平均加速度值的趋势图，如图7所示。

(2)根据趋势图评估压实度。

由趋势图显示，当碾压遍数为确定值n后，发现在该设定路段内，平均加速度值与上一次碾压遍数n-1的平均加速度值的变化率小于设定值，则认为该设定路段的路基压实度已合格或者达到指标。

在图7中，可以看到，当碾压遍数为10遍后，发现在该设定路段内，平均加速度值与第9遍的平均加速度值相比，变化率很小，则认为该设定路段的路基压实度已合格或者达到指标。

一种较佳的实施方式，在本申请实施例1提出的技术方案中，评估路基压实度的方法还包括如下步骤S700～S710：

S700，确定碾压轮在碾压设定路段时的平均行驶速度。

其中，平均行驶速度会影响压实度，比如，在设定路段内，平均行驶速度过小，碾压轮对地面的冲击能力达不到，则压实效果不好；相反，平均行驶速度过大，碾压轮对地面的冲击能量太大，路基瞬时被压实，但由于受冲击轮的作用时间太短，会发生回弹现象，压实效果同样欠佳。

其中，确定碾压轮在碾压设定路段时的平均行驶速度，包括：

(1)计算碾压轮在碾压设定路段时的瞬时速度。

对公式(2)进行变形，且换算单位后，得到瞬时速度的计算公式如公式(5)所示：

其中，L为相邻两个有效加速度值之间的间隔，R为碾压轮的碾压半径，Fs为设置于碾压轮上的加速度传感器的采集频率，v为碾压轮的瞬时速度。

(2)对瞬时速度进行线性拟合，得到瞬时速度拟合曲线。

图8为瞬时速度拟合曲线，最终平均行驶速度的计算结果为8.76km/h。

(3)在瞬时速度拟合曲线中查找速度异常值。

(4)用瞬时速度拟合曲线上对应的值替换速度异常值后，对剩余的值进行平均得到平均行驶速度。

S710根据平均加速度值、设定路段的碾压遍数以及平均行驶速度评估设定路段的压实度。

其中，在步骤S810中，根据平均加速度值、设定路段的碾压遍数以及平均行驶速度评估设定路段的压实度，包括：

根据趋势图和与该趋势图对应的平均行驶速度评估压实度。

比如，在不同平均行驶速度下，获得多个碾压遍数与平均加速度值的趋势图，可以评估出压实度与碾压遍数以及平均行驶速度的关系，从而确定最佳的平均行驶速度。

实施例2

本申请实施例2提供了一种评估路基压实度的装置，如图9所示，包括：确定模块901和评估模块902。

确定模块901，用于确定碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值。

评估模块902，用于根据平均加速度值和设定路段的碾压遍数评估设定路段的压实度。

较佳地，确定模块具体用于根据以下方法确定碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值：

(1)获取碾压轮在该设定路段内碾压地面时产生的多个加速度值。

(2)在多个加速度值中提取有效加速度值。

(3)对有效加速度值进行线性拟合后，确定平均加速度值。

较佳地，确定模块具体用于根据以下方法在多个加速度值中提取有效加速度值：

(1)分别比较多个加速度值与设定加速度阈值。

(2)在多个加速度值提取大于设定加速度阈值的加速度值，得到第一有效加速度值。

(3)按照设定间隔依次提取该设定间隔内的最大第一有效加速度值，得到第二有效加速度值；将第二有效加速度值作为有效加速度值。

较佳地，确定模块根据以下公式确定设定加速度阈值：

其中，Xsh为所述设定加速度阈值，n为加速度值的个数，xi为第i个加速度值，k为阈值系数。

较佳地，确定模块根据以下公式确定设定间隔：

其中，L为相邻两个有效加速度值之间的间隔，R为碾压轮的碾压半径，Fs为设置于碾压轮上的加速度传感器的采集频率，v为碾压轮的行驶速度。

较佳地，确定模块具体用于：

(1)对有效加速度值进行线性拟合，得到有效加速度值拟合曲线。

(2)在有效加速度值拟合曲线中查找加速度异常值。

(3)用有效加速度值拟合曲线上与加速度异常值对应的值替换加速度异常值后，进行平均得到平均加速度值。

较佳地，确定模块具体用于：

(1)根据有效加速度值确定阈值范围，阈值范围包括上阈值和下阈值。

(2)分别比较有效加速度值与上阈值和下阈值的大小。

(3)将大于上阈值或小于下阈值的有效加速度值记为加速度异常值。

较佳地，确定模块根据以下公式确定阈值范围：

其中，X为根据k取上阈值系数和下阈值系数时对应的上阈值和下阈值，k为阈值系数，m为有效加速度值的个数，peak(i)为第i个有效加速度值。

较佳地，评估模块具体用于：

(1)以碾压遍数为横坐标，平均加速度值为纵坐标建立碾压遍数与所述平均加速度值的趋势图。

(2)根据趋势图评估所述压实度。

较佳地，确定模块还用于确定碾压轮在碾压设定路段时的平均行驶速度。

评估模块，还用于根据平均加速度值、设定路段的碾压遍数以及平均行驶速度评估设定路段的压实度。

较佳地，确定模块具体用于：

(1)计算碾压轮在碾压设定路段时的瞬时速度。

(2)对瞬时速度进行线性拟合，得到瞬时速度拟合曲线。

(3)在瞬时速度拟合曲线中查找速度异常值。

(4)用瞬时速度拟合曲线上对应的值替换速度异常值后，对剩余的值进行平均得到平均行驶速度。

较佳地，评估模块具体用于：

根据趋势图和与该趋势图对应的平均行驶速度评估压实度。

与现有技术相比，本申请实施例通过确定路基碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值，以及该设定路段对应的碾压遍数来评估此设定路段的压实度，相比现有技术，可以完整地评估到该设定路段的压实度，且不需要破坏路基机构。

本申请实施例所提供的进行评估路基压实度的方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

本申请实施例所提供的评估路基压实度的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。