本發(fā)明提供一種基于偏最小二乘回歸的瀝青路面壓實度檢測方法，屬于瀝青路面壓實度檢測方法。

背景技術：

1、壓實是瀝青路面施工的最后工序，也是瀝青混合料成型和具備功能質(zhì)量的關鍵工序。瀝青混合料的充分壓實能夠確保路面強度、減少變形，從而保證路面的工作性能。目前，瀝青路面壓實施工過程中，壓實質(zhì)量多依靠完工后的鉆心法抽檢進行控制，難以實時、準確地顯示路面壓實質(zhì)量的變化信息。由于瀝青混合料的不均勻性，僅靠規(guī)定的碾壓遍數(shù)并不能確保達到目標壓實度。因此可能出現(xiàn)欠壓、超壓等壓實質(zhì)量問題，從而造成早期病害，影響瀝青路面的使用性能。我國現(xiàn)行的公路瀝青路面施工技術規(guī)范要求，瀝青路面壓實施工過程中需要控制碾壓路段長度、瀝青混合料溫度、壓路機數(shù)量和碾壓速度等，并按抽檢取芯的方式檢測瀝青路面壓實的質(zhì)量。然而，抽檢的方法難以全面反映壓實質(zhì)量，同時結果的精確度也會受抽檢樣本個數(shù)的影響，若抽檢的樣本個數(shù)少，則結果精準度差，若抽檢的樣本個數(shù)多，則會對路面的結構存在影響。

2、目前瀝青路面施工現(xiàn)場常用的壓實度檢測方法包括：取樣法、灌砂法、環(huán)刀法、無核密度儀和核子密度儀法等傳統(tǒng)方法。

3、取樣法會在路面壓實之后進行鉆心，會對路面造成局部破壞降低路面的強度和完整性。取樣法無法對整個路面進行全面檢測，只能通過幾個局部點的壓實情況來表征整體路面壓實度，這樣的結果并不精確。

4、核子密度儀法雖然可以做到無損檢測，但是具有放射性對檢測人員產(chǎn)生傷害，且儀器本身價格高昂不適合普及工程施工。

5、無核密度儀消除了輻射的影響，但對于穿透到路面的下面層進行檢測存在精度不足的問題，仍然不能做到路面的全面實時的壓實度檢測。

6、并且傳統(tǒng)方法fft計算過程中會出現(xiàn)異常值，嚴重偏離實際數(shù)值范圍，異常的原因是振動工況發(fā)生了變化。

7、另外，針對瀝青路面壓實度的無損檢測技術，大多停留在只針對加速度、溫度或者速度單一變量處理階段，尚未綜合考慮振動加速度、碾壓速度、路面溫度等多種數(shù)據(jù)，因而無法將這些相關數(shù)據(jù)與瀝青路面的壓實度進行有效關聯(lián)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于偏最小二乘回歸的瀝青路面壓實度檢測方法，以解決上述背景技術中提出的問題。包括以下步驟：

2、基于偏最小二乘回歸的瀝青路面壓實度檢測方法，包括以下步驟：

3、s1、裝置設置

4、包括：振動加速度傳感器，紅外測溫傳感器，gps定位模塊；

5、振動加速度傳感器配有磁性吸附底座，用于吸附在前后鋼輪軸體中心線上，與車體保持相對靜止。

6、紅外測溫傳感器安裝在車體側邊，且與地面相垂直。

7、gps定位模塊通過吸盤安裝在鋼輪壓路機車頂位置，天線與車體前進方向相平行。

8、s2、數(shù)據(jù)采集

9、采集振動壓路機的碾壓加速度信號，然后對信號進行fft分析，得到加速度信號的頻譜信息；得到a0.5ω、aω、a1.5ω、a2ω、a2.5ω，分別為加速度信號的0.5倍頻、基頻、1.5倍頻、2倍頻、2.5倍頻等頻率分量，并計算相應的cmv值。

10、采集瀝青路面的溫度數(shù)據(jù)t，通過軟件進行補償，對比紅外溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)與實際溫度數(shù)據(jù)之間的關系，進行曲線擬合，得到實際瀝青路面溫度。

11、采集振動壓路機的定位數(shù)據(jù)，濾除部分噪聲，進行坐標系轉換，將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉換為utm坐標，計算出壓路機的碾壓速度v。

12、s3、對缺失或無法獲取的壓實度值cmv數(shù)據(jù)點進行插值，采用移動平均方法，通過計算目標點附近多個已知cmv值的平均值來估算未知點的cmv值；

13、具體而言，移動平均方法的基本步驟如下：

14、(1)選擇窗口大小：對于每個待插值的點，首先確定一個包含目標點附近若干已知數(shù)據(jù)點的窗口大小。窗口大小即參與計算的點的數(shù)量；

15、(2)計算移動平均：將窗口內(nèi)所有已知點的cmv值相加，并除以點的數(shù)量，得到該窗口內(nèi)點的移動平均值，即為待插值點的cmv值估計。

16、其公式表達為：

17、

18、其中，smat為時刻t的移動平均值，n為窗口內(nèi)的點數(shù)量，cmvt-i為窗口內(nèi)各點的cmv值。

19、(3)應用插值：將計算得到的sma值作為目標點的cmv值，從而填補數(shù)據(jù)的缺失。

20、s4、對a0.5ω、aω、a1.5ω、a2ω、a2.5ω、cmv、t、v變量進行偏最小二乘回歸。

21、偏最小二乘回歸(pls)是一種用于處理多變量數(shù)據(jù)的回歸方法，特別適用于高維度的輸入數(shù)據(jù)和多重共線性的情況。pls的基本思想是通過提取輸入變量和輸出變量的共同主成分來建立回歸模型。pls模型旨在找到輸入變量和輸出變量之間的最優(yōu)線性關系，從而提高預測準確性和模型穩(wěn)定性。

22、偏最小二乘回歸的具體計算步驟具體如下：

23、1)將自變量x＝(x1,x2,...,xm)和因變量y＝(y1,y2,...,yp)分別標準化，觀測n次后的標準化數(shù)據(jù)矩陣分別如下式(2)所示：

24、

25、2)分別提取自變量和因變量的第一對成分，記為t1和s1。它們分別為自變量x和因變量y的線性組合，如下式(2)、(3)所示：

26、

27、其中t1和s1應盡可能多的提取自變量和因變量的變異信息，且其相關性應達到最大。使用標準化矩陣x0與y0分別計算t1和s1的得分向量，分別記為t1和s1，如下式(4)與(5)所示：

28、

29、將上述兩個條件轉化為條件極值問題，即maxcov(t1,s1)，且滿足約束如下式(6)所示：

30、

31、將極值問題進行轉換，如下式(7)所示：

32、

33、由拉格朗日乘子法得式(8)：

34、

35、分別對w1與v1求偏導得式(9)與式(10)：

36、

37、聯(lián)立式(9)、(10)可得：

38、λ＝θ?(11)

39、

40、式(12)可看作矩陣的特征方程，m的最大特征根為λ2，特征向量為w1，將式(12)與式(9)聯(lián)立可得：

41、

42、3)將自變量x＝(x1,x2,...,xm)和因變量y＝(y1,y2,...,yp)分別與t1做回歸得：

43、

44、y0＝t1r1t+y1?(15)

45、其中，x1和y1為殘差矩陣，p1和r1由最小二乘法估計可得：

46、

47、4)用殘差矩陣x1和y1代替1)中的x0與y0，重復2)與3)，記：

48、

49、則殘差矩陣為：

50、

51、如果殘差矩陣中的元素絕對值近似為0，就停止提取成分。

52、5)假設一共提取了l個成分，用這l個成分與因變量y作回歸，如下式(22)：

53、

54、最終可以寫出特征變量x和因變量y的回歸表達式為：

55、

56、本發(fā)明采用無損檢測方法。通過采集碾壓過程中的振動加速度、碾壓速度以及瀝青表面溫度等數(shù)據(jù)，運用偏最小二乘回歸(pls)模型對路面壓實度進行預測。這種方法具有無損檢測、全面覆蓋和高效實時的優(yōu)勢。無需對路面進行物理破壞即可獲得壓實度信息，保持了路面的完整性和結構強度；在碾壓過程中，該方法能夠?qū)崟r采集大范圍的路面數(shù)據(jù)，提供全面且準確的壓實度評估，有效減少了因局部取樣不足帶來的誤差。

57、本發(fā)明首先確定一個包含目標點附近若干已知數(shù)據(jù)點的窗口大小。窗口大小是參與計算的點的數(shù)量。將窗口內(nèi)所有已知點的cmv值相加，并除以點的數(shù)量，得到該窗口內(nèi)點的移動平均值，從而估算待插值點的cmv值。這種方法能夠有效處理缺失數(shù)據(jù)點，進一步提高cmv數(shù)據(jù)的完整性和分析的準確性。

58、本發(fā)明通過采集碾壓過程中的振動加速度、碾壓速度以及瀝青表面溫度等數(shù)據(jù)，運用偏最小二乘回歸(pls)模型對路面壓實度進行預測。綜合考慮振動加速度、碾壓速度、路面溫度等多種數(shù)據(jù)，將這些相關數(shù)據(jù)與瀝青路面的壓實度進行有效關聯(lián)。