CN110877400B - 一种水泥混凝土构件喷淋养生系统的控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥混凝土构件喷淋养生系统的控制方法及控制系统，控制方法包括以下步骤：步骤1、获取水泥混凝土构件的喷淋养生数据，形成数据集S，喷淋养生数据包括水泥混凝土构件表面的温度和湿度，构件所处环境的温度、湿度以及风速；步骤2、基于数据集S，构建弱分类器，对数据集S进行分类；采用10折交叉验证法对多个弱分类器进行集成优化训练和评估，得到强分类器；步骤3、由步骤2得到的强分类器根据步骤1中的传感器实时参数动态判断喷淋开关的开启和关闭状态，并执行基于定时控制方法的纠错机制。采用该发明的水泥混凝土构件喷淋养生控制系统能够根据构件表面的实时温湿度、环境温湿度以及风速等参数，自行决策喷淋开关状态。

Description

一种水泥混凝土构件喷淋养生系统的控制方法及控制系统

技术领域

本发明属于水泥混凝土构件喷淋养生技术领域，具体涉及一种水泥混凝土构件喷淋养生系统的控制方法及控制系统。

背景技术

随着我国交通设施建设的高速发展，水泥混凝土构件越来越多地应用在公路桥梁领域。在构件养生过程中，水泥混凝土不断进行水化作用释放大量的水化热，由于水泥混凝土的散热性能差，导致混凝土内部和外部产生较大的温度差，因此在浇筑水泥混凝土初凝后要及时养生。如果在构件养生过程中出现漏养，则极容易导致构件出现干缩裂缝，严重影响其强度和耐久性。喷淋养生由于养生效果好、价格便宜被大多数水泥混凝土构件养生所采用。但现有的喷淋养生系统的控制方法大多采用定时控制或经验公式，受主观因素、构件材料以及环境因素影响较大，无法使构件最大程度上处于最佳养生状态。

发明内容

本发明提供了一种水泥混凝土构件喷淋养生系统控制方法，解决现有水泥混凝土构件喷淋养生系统控制方法受主观因素、构件材料以及环境因素影响较大，无法使构件最大程度上处于最佳养生状态的问题。

为达到上述目的，本发明一种水泥混凝土构件喷淋养生系统控制方法，包括以下步骤：

包括以下步骤：

步骤1、获取水泥混凝土构件的喷淋养生数据，形成数据集S，喷淋养生数据包括水泥混凝土构件表面的温度和湿度，构件所处环境的温度、湿度以及风速；

步骤2、基于步骤1的数据集S，构建弱分类器，对数据集S进行分类；采用10折交叉验证法对多个弱分类器进行集成优化训练和评估，得到强分类器H(x)：

式中，H(x)为输出的强分类器，T为迭代次数，α_t为h_t(x_i＝y_i)的权重系数，h_t(x_i＝y_i)为在第t次迭代时,弱分类器将输入数据x_i分类正确，x_i为数据样本，y_i为类别属性，argmax为最大值自变量点集函数；

步骤3、由步骤2得到的强分类器根据步骤1中的传感器实时参数动态判断喷淋开关的开启和关闭状态，并执行基于定时控制方法的纠错机制。

进一步的，步骤1包括以下步骤：

步骤1.1、将构件养生表面状态定义为：强流、微流、湿润和潮湿四种状态；其中强流表示在水泥混凝土构件养生表面有巨大水流流过；微流表示水泥混凝土构件养生表面有微弱水流流过；湿润表示水泥混凝土构件养生表面无水流但完全湿润；潮湿表示构件养生出现泛白现象；

步骤1.2、设定当构件表面处于微流状态时，喷淋开关处于关闭状态，停止喷淋；当构件表面处于潮湿状态时，喷淋处于开启状态，开启喷淋；当构件表面处于湿润状态时，喷淋开关延续上一喷淋动作；

步骤1.3、在构件表面安装第一温湿度一体传感器，实时采集构件表面的温度和湿度；在梁场构件所处环境中通风良好的位置安装第二温湿度一体传感器和风速传感器实时采集水泥混凝土构件所处环境的温湿度和风速；人工控制喷淋开关，使水泥混凝土构件养生依次处于微流、湿润和潮湿三种状态，在水泥混凝土构件养生表面出现上述三种状态时截取第一温湿度一体传感器、第二温湿度一体传感器和风速传感器数据以及上述数据出现的时间点和喷淋开关状态；多次循环重复上次操作，共获取多条数据样本，将所有数据样本发送到计算机上进行保存，所有数据样本形成用于建模的数据集S；

步骤1.4、记录步骤1.3中的数据样本中每个循环过程中喷淋状态处于开启和关闭的时刻，计算出开启和关闭的间隔时间；将每个循环过程的开启和关闭间隔时间按长短进行排序，取0.95的分位数为t1。

进一步的，步骤2包括以下步骤：

步骤2.1、输入数据集S，初始化样本权重，迭代次数为t＝1、2、3、……、T，选择C4.5决策树算法构建T个弱分类器h_t，对数据集S进行分类；

步骤2.2、采用AdaBoost.M1算法动态调整数据样本的权重，并根据弱分类器h_t的分类准确度确定弱分类器的权重；

步骤2.3、通过10折交叉验证法确定迭代次数T，即弱分类器h_t的数量，将T个弱分类器h_t按照加权平均和argmax函数集成为强分类器；

步骤2.4、采用10折交叉验证法评估强分类器H(x)，评估指标包括：准确率Accuracy、精确率Precision、召回率Recall、F值F-measure、ROC曲线下的面积AUC；评估指标的计算公式为：

其中，TP表示真正例的数量，FP表示假正例的数量，TN表示真负例的数量，FN表示假负例的数量。

进一步的，步骤2.1包括以下步骤：

步骤2.1.1、输入训练样本集S，

S＝{(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，……，(x_i，y_i)，……，(x_n，y_n)}，y_i∈Y＝{1，2，3}

其中x_i为数据样本，y_i为类别标签，y_i∈{1，2，3}分别代表喷淋开关的状态为“开启、默认、关闭”，“默认”为喷淋开关不发生动作，n表示数据样本数；

步骤2.1.2、初始化样本权重D_t(x_i)，

在当前样本权重下选择C4.5决策树算法训练得到弱分类器h_t＝H(x，y，D_t)，选择悲观剪枝技术对得到的弱分类器h_t＝H(x，y，D_t)进行剪枝，剪枝过程如下：

设S_t是h_t的一颗子树，包含L个叶节点，在数据集S中，∑K个样本由S_t进行分类，有∑J个样本被错误分类，计算标准误差se：

假设S_t被某个叶节点代替，在数据集S中被该叶节点错误分类的样本数为E，如果满足

E+1/2≤(∑J+L(ST)/2)+se

则S_t被该叶节点代替，完成子树S_t的剪枝；所有非叶节点的子树只检查一次，以确定是否应该修剪该非叶节点的子树。

进一步的，步骤2.2包括以下步骤：

步骤2.2.1、计算第t个弱分类器的分类误差：

其中，h_t(x_i≠y_i)表示弱分类器将数据样本(x_i，y_i)错误分类，如果h_t(x_i≠y_i)为真，则[[h_t(x_i≠y_i)]]＝1，反之[[h_t(x_i≠y_i)]]＝0；当ε_t＝0或ε_t＞0.5时，令T＝t-1，算法停止，重新训练弱分类器h_t；

步骤2.2.2、计算弱分类器h_t在强分类器中的权重系数α_t，

步骤2.2.3、更新数据样本权重

其中Z_t为归一化因子。

进一步的，步骤3包括以下步骤：

步骤3.1、在水泥混凝土构件喷淋养生系统中安装计时器，根据步骤1得到的数据集S中的喷淋开关在开启动作和关闭动作的间隔时间t1，设定计时器时间t2；

步骤3.2、由步骤2得到的强分类器根据步骤1.3中的传感器实时参数动态判断喷淋开关是否开启和关闭，并计算喷淋开关持续处于开启状态或关闭状态的时间t3；

步骤3.3当t3≥t2时，说明步骤2中的强分类器失效，如果此时喷淋开关处于开启状态，系统强制关闭喷淋并复位计时器；如果此时喷淋开关处于关闭状态，系统强制开启喷淋并复位计时器；当t3＜t2时，系统按照步骤2中的强分类器判断结果执行。

一种水泥混凝土构件喷淋养生系统的控制系统，包括控制器、第一电磁阀、交流接触器、第一温湿度一体传感器、第二温湿度一体传感器、风速传感器和计时器；

第一温湿度一体传感器安装在水泥混凝土构件表面，用于采集水泥混凝土构件表面的温度和湿度并将采集到的水泥混凝土构件表面的温度和湿度传递至控制器；第二温湿度一体传感器和风速传感器安装在水泥混凝构件所处环境中，用于采集水泥混凝构件所处环境中的温度、湿度和风速，并将采集到的环境中的温度、湿度和风速传递至控制器；

计时器用于记录第一电磁阀通电或断电状态持续的时间；第一电磁阀用于控制连接在支管路上的梁板喷淋水管的开闭；

控制器根据每个水泥混凝土构件的实时梁板温湿度、环境温湿度及风速判定第一电磁阀是否通电，当第一电磁阀通电时梁板喷淋水管开启喷淋，交流接触器通电，主管路水泵从蓄水池抽水向主管路供水，同时计时器开始计算第一电磁阀的通电时间；当第一电磁阀断电时梁板喷淋水管关闭喷淋，同时计时器开始计算第一电磁阀的断电时间；当任何一个第一电磁阀通电时，交流接触器通电；当所有的第一电磁阀断电时，交流接触器断电；控制器根据权利要求1控制方法及计时器记录的第一电磁阀的通断电时间判断喷淋动作是否出错，当计时器计算第一电磁阀的通电时间大于控制系统判定值时，控制系统强制第一电磁阀断电，当计时器计算第一电磁阀的通电时间小于系统判定值时，第一电磁阀的开闭由控制器判定。

进一步的，水泥混凝土构件喷淋养生系统包括进水管和蓄水池，进水管和蓄水池之间的管路上安装有第二电磁阀，第二电磁阀通电时进水管向蓄水池注水，断电时进水管停止向蓄水池注水；在蓄水池内安装有浮筒控制器，浮筒控制器用于实时监测蓄水池内的水面高度；

控制器根据浮筒控制器实时监测的蓄水池水面高度向第二电磁阀发送开关命令，当蓄水池水面高度低于设定值时，第二电磁阀通电，进水管向蓄水池注水；当蓄水池水面高度高于设定值时，第二电磁阀断电，进水管停止向蓄水池注水。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种基于AdaBoost.M1-C4.5算法的水泥构件喷淋养生系统控制方法，采用该控制方法能够根据构件表面的实时温湿度、环境温湿度以及风速等参数，自行决策喷淋开关状态。能够根据构件表面的实时温湿度、环境温湿度以及风速等实时数据及时地判定喷淋开关应有的状态。实时采集的构件表面的温湿度、环境温湿度以及风速能够真实地客观地实时地反映构件的养生状态，系统做出的喷淋决策更加符合构件养生实际需要，减轻了工作人员的劳动强度，克服了传统喷淋决策依靠人工经验做出的喷淋决策无法使构件养生处于最佳状态和工作人员劳动强度大的缺点，还能够使项目管理人员能够准确实时的掌握构件养生状态，科学地安排后续工序的进行。系统的喷淋决策模型采用C4.5决策树算法作为弱分类器，采用AdaBoost.M1算法将多个C4.5分类器进行集成，喷淋决策准确率更高，稳定性更好。

进一步的，加入了基于定时控制方法的纠错机制，该纠错机制能在系统自行决策错误的情况下使系统强行改变喷淋动作，使构件最大程度上始终处于最佳养生状态，能够有效避免因构件养生不到位造成的干缩裂缝，影响构件的强度。控制方法简单有效，既能保证构件的养生质量又能节省人力。克服了目前构件喷淋养生控制方法受外界因素影响较大的缺点且在一定程度上实现了水泥混凝土构件喷淋养生系统的智能化控制。

一种水泥混凝土构件喷淋养生系统控制系统，用于实现上述方法，通过各个传感器采集数据，然后统一送入控制器进行处理，由控制器得出的控制结果对喷淋养生系统是否喷淋进行控制，保证水泥混凝土构件最大程度上始终处于最佳养生状态。

附图说明

图1为水泥泥混凝土构件喷淋养生控制方法流程图；

图2a为构件在强流喷淋养生状态示意图；

图2b为构件在微流喷淋养生状态示意图；

图2c为构件在湿润喷淋养生状态示意图；

图2d为构件在潮湿喷淋养生状态示意图；

图3为AdaBoost.M1算法构建强分类器的流程示意图；

图4为水泥混凝土构件喷淋系统控制界面图；

图5为不同迭代次数下的AdaBoost.M1-C4.5算法的分类准确率示意图；

图6为水泥混凝土构件喷淋系统及其控制系统示意图。

附图中：1、进水管，2、第二电磁阀，3、交流接触器，4、主管路，5、支管路，6、蓄水池，7、浮筒控制器，8、主管路水泵，9、计时器，10、第一电磁阀，11、梁板喷淋水管，12、第一温湿度一体传感器，13、第二温湿度一体传感器，14、风速传感器，15、水泥混凝土构件。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1，一种水泥混凝土构件喷淋养生系统控制方法，包括以下步骤：

步骤1、在水泥混凝土构件制作现场获取构件的喷淋养生数据，喷淋养生数据包括构件表面的温度和湿度，构件所处环境的温度、湿度以及风速，形成数据集S。

具体的，步骤1包括以下步骤：

步骤1.1、将构件养生表面状态定义为以下四种状态：“强流”、“微流”、“湿润”和“潮湿”。其中“强流”表示在构件养生表面有巨大水流流过，参照图2a；“微流”表示构件养生表面有微弱水流流过，参照图2b；“湿润”表示构件养生表面无水流但完全湿润，参照图2c；“潮湿”表示构件养生表面水分过少，养生面出现泛白现象，参照图2d。

步骤1.2、设定：当构件表面处于微流状态时，喷淋开关处于“关闭”状态，停止喷淋；当构件表面处于潮湿状态时，喷淋处于“开启”状态，开启喷淋；当构件表面处于湿润状态时，喷淋开关处于“默认”状态即延续上一喷淋动作。

步骤1.3、在构件表面安装专利号为201821974078.3的一种水泥混凝土预制梁用温湿度传感器支架，在支架上安装第一温湿度一体传感器，实时采集构件表面的温度和湿度；在梁场构件所处环境中通风良好的位置安装第二温湿度一体传感器和风速传感器实时采集水泥混凝土所处环境的温湿度和风速。人工控制喷淋开关，使构件养生依次处于微流、湿润和潮湿三种状态，在构件养生表面出现上述三种状态时截取第一温湿度一体传感器、第二温湿度一体传感器和风速传感器数据以及上述数据出现的时间点和喷淋开关状态，多次循环重复上次操作，共获取了520条数据样本，将数据样本发送到计算机上进行保存，所有数据样本形成用于建模的数据集S。

步骤1.4记录步骤1.3中的数据样本中每个循环过程中喷淋状态处于“开启”和“关闭”的时刻，计算出“开启”和“关闭”的间隔时间；将每个循环过程的“开启”和“关闭”间隔时间按长短进行排序，取0.95的分位数：5'10”，将该分位数记为t1。

步骤2、基于步骤1中的数据集S，采用AdaBoost.M1-C4.5算法和10折交叉验证法对多个C4.5弱分类器进行集成优化训练和评估，得到强分类器H(x)：

式中，H(x)为输出的强分类器，T为迭代次数，α_t为h_t(x_i＝y_i)的权重系数，h_t(x_i＝y_i)为在第t次迭代时，弱分类器将输入数据x_i分类正确，x_i为数据样本，y_i为类别属性，argmax为最大值自变量点集函数。

具体的，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、输入数据集S，初始化样本权重，迭代次数为t＝1、2、3、……、T，选择C4.5决策树算法构建T个弱分类器，对数据集S进行分类。具体步骤为：

步骤2.1.1、输入训练样本集S

S＝{(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，……，(x_i，y_i)，……，(x_n，y_n)}，y_i∈Y＝{1，2，3}

其中x_i为数据样本，y_i为类别标签，y_i∈{1，2，3}分别代表喷淋开关的状态为“开启、默认、关闭”，“默认”为喷淋开关不发生动作，n表示数据样本数。

步骤2.1.2、初始化样本权重D_t(x_i)，

在当前样本权重下选择C4.5决策树算法训练得到弱分类器h_t＝H(x，y，D_t)，

步骤2.1.2中，选择C4.5决策树算法训练得到弱分类器h_t＝H(x，y，D_t)时，有两个重要建模参数为置信因子和叶节点最小实例数，本实例将置信因子和叶节点最小实例数分别设置为0.25和2。

为了避免过拟合现象的发生，选择悲观剪枝技术对得到的弱分类器h_t＝H(x，y，D_t)进行剪枝操作。

设S_t是h_t的一颗子树，包含L个叶节点，在数据集S中，∑K个样本由S_t进行分类，有∑J个样本被错误分类，计算标准误差se：

假设S_t被某个叶节点代替，在数据集S中被该叶节点错误分类的样本数为E，如果满足

E+1/2≤(∑J+L(ST)/2)+se

则S_t被该叶节点代替，完成子树S_t的剪枝。所有非叶节点的子树只检查一次，以确定是否应该修剪它们。

重复上述步骤，对h_t上其他子树进行剪枝。

步骤2.2、采用AdaBoost.M1算法动态调整数据样本的权重，并根据弱分类器h_t的分类准确度确定弱分类器的权重。具体步骤为：

步骤2.2.1、计算第t个弱分类器的分类误差：

其中，h_t(x_i≠y_i)表示弱分类器将数据样本(x_i，y_i)错误分类，如果h_t(x_i≠y_i)为真，则[[h_t(x_i≠y_i)]]＝1，反之[[h_t(x_i≠y_i)]]＝0；当ε_t＝0或ε_t＞0.5时，令T＝t-1，算法停止，重新训练弱分类器h_t。

步骤2.2.2、计算弱分类器h_t在强分类器中的权重系数α_t，

步骤2.2.3、更新数据样本权重

其中Z_t为归一化因子。

步骤2.3、通过10折交叉验证法确定迭代次数T，即弱分类的数量，将多个弱分类器按照加权平均和argmax函数集成为强分类器H(x)。

步骤2.3中的迭代次数通过使用10折交叉验证法在不同迭代次数下计算强分类器的分类准确率进行选择，根据步骤1的数据集S，选择AdaBoost.M1-C4.5算法，如步骤2.1.2调整C4.5算法的建模参数，使用10折交叉验证法计算AdaBoost.M1-C4.5算法在迭代次数为[10,200]范围时的分类准确率，计算结果如图5所示。本实例选择迭代次数为40。

步骤2.4、采用10折交叉验证法对步骤2.3中的强分类器H(x)进行评估，判断该强分类器的性能指标是否满足使用要求，是否具有稳定性，如果不理想就要增加数据集或者更换算法。评估指标包括：准确率、精确率、召回率、F值、ROC曲线下的面积。上述评估指标的计算公式为：

其中，TP表示真正例的数量，FP表示假正例的数量，TN表示真负例的数量，FN表示假负例的数量。

本实施例对步骤2.3中的强分类器H(x)的计算结果如表1所示

表1评估结果

指标	准确率	精确率	召回率	F值	ROC曲线下面积
						数值	88.8462％	0.890	0.888	0.888	0.956

步骤3、针对步骤二所得到的强分类器H(x)仍可能出现分类错误的情况，在水泥混凝土构件的喷淋养生系统中加入基于定时控制方法的纠错机制。

步骤3.1、在水泥混凝土构件喷淋养生系统中每个梁板喷淋水管上安装计时器，根据步骤1得到的数据集S中的喷淋开关在“开启和关闭”动作的间隔时间t1＝5'10”,设定计时器时间t2＝6min。t2-t1＝50s～2min；或者工人根据施工情况自行设定。

步骤3.2、由步骤2得到的强分类器根据步骤1.3中的传感器实时参数动态判断喷淋开关是否开启和关闭并计算喷淋开关持续处于开启状态或关闭状态的时间t3。

步骤3.3当t3≥t2时，说明步骤2中的强分类器失效，如果此时喷淋开关处于开启状态，系统强制关闭喷淋并复位计时器；如果此时喷淋开关处于关闭状态，系统强制开启喷淋并复位计时器。当t3＜t2时，系统按照步骤2中的强分类器判断结果执行。

如图6所示，水泥混凝土构件喷淋系统由进水管、主管路水泵、交流接触器、主管路、支管路、以及梁板喷淋水管等部件组成。

进水管1的连接至蓄水池6的进水口，蓄水池6的出水口和主管路连接，蓄水池的出水口出安装有主管路水泵8，主管路4上连通有多个支管路5，每个支管路5上连接有一个梁板喷淋水管11，梁板喷淋水管11侧壁沿轴向开设有多个用于向构件喷水的喷头。蓄水池6的作用是向喷淋系统提供充足的水源；主管路水泵8安装在连接蓄水池6的主管路4的进水端，用于抽吸蓄水池6中的水并以一定的压力通过主管路4向各个支管路5供水。

水泥混凝土构件喷淋系统的控制系统包括控制器、第二电磁阀2、第一电磁阀10、交流接触器3、多个第一温湿度一体传感器12、第二温湿度一体传感器13、风速传感器14、浮筒控制器7和多个计时器9。

第二电磁阀2安装在进水管1和蓄水池6之间的管路上，第二电磁阀2通电时进水管向蓄水池6注水，断电时进水管1停止向蓄水池6注水；浮筒控制器7安装在蓄水池6内，用于实时监测蓄水池6内的水面高度；交流接触器3的作用是控制主管路水泵8的开闭；计时器9的作用是计算第一电磁阀10通电或断电持续的时间；第一电磁阀10的作用是控制连接在支管路上的梁板喷淋水管11的开闭。第一温湿度一体传感器12安装在构件表面，用于实时监测构件表面的温湿度；梁场安装第二温湿度一体传感器和风速传感器用于实时监测梁板所处环境的温湿度和风速。

水泥混凝土构件喷淋系统根据浮筒控制器7实时监测的蓄水池水面高度向第二电磁阀发送开关命令，当蓄水池水面高度低于设定值时，第二电磁阀通电，进水管1向蓄水池6注水，当蓄水池6水面高度高于设定值时，第二电磁阀2断电，进水管1停止向蓄水池6注水。水泥混凝土构件喷淋系统根据每片水泥水泥混凝土构件15的实时梁板温湿度、环境温湿度及风速判定第一电磁阀10是否通电，当第一电磁阀10通电时梁板喷淋水管开启喷淋，此时交流接触器3通电，主管路水泵8从蓄水池抽水向主管路4供水，同时计时器9开始计算第一电磁阀10的通电时间；当第一电磁阀10断电时梁板喷淋水管关闭喷淋，同时计时器9开始计算第一电磁阀10的断电时间。只有当任何一个第一电磁阀10通电时，交流接触器就通电，主管路水泵开始从蓄水池抽水，当全部第一电磁阀10断电时，交流接触器才断电，主管路水泵停止从蓄水池抽水。控制器根据上述控制方法及计时器9记录的第一电磁阀10的通断电时间判断喷淋动作是否出错，当计时器9计算第一电磁阀10的通电时间大于控制系统判定值时，控制系统强制第一电磁阀10断电，当计时器计算第一电磁阀10的通电时间小于系统判定值时，第一电磁阀10的开闭由控制器判定，水泥混凝土构件喷淋系统控制界面图如图4所示。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水泥混凝土构件喷淋养生系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取水泥混凝土构件的喷淋养生数据，形成数据集S，所述喷淋养生数据包括水泥混凝土构件表面的温度和湿度，构件所处环境的温度、湿度以及风速；

步骤2、基于步骤1所述的数据集S，构建弱分类器，对数据集S进行分类；采用10折交叉验证法对多个弱分类器进行集成优化训练和评估，得到强分类器H(x)：

式中，H(x)为输出的强分类器，T为迭代次数，α_t为h_t(x_i＝y_i)的权重系数，h_t(x_i＝y_i)为在第t次迭代时,弱分类器将输入数据x_i分类正确，x_i为数据样本，y_i为类别属性，argmax为最大值自变量点集函数；

步骤3、由步骤2得到的强分类器根据步骤1中的传感器实时参数动态判断喷淋开关的开启和关闭状态，并执行基于定时控制方法的纠错机制；

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1、将构件养生表面状态定义为：强流、微流、湿润和潮湿四种状态；其中强流表示在水泥混凝土构件养生表面有巨大水流流过；微流表示水泥混凝土构件养生表面有微弱水流流过；湿润表示水泥混凝土构件养生表面无水流但完全湿润；潮湿表示构件养生出现泛白现象；

步骤1.2、设定当构件表面处于微流状态时，喷淋开关处于关闭状态，停止喷淋；当构件表面处于潮湿状态时，喷淋处于开启状态，开启喷淋；当构件表面处于湿润状态时，喷淋开关延续上一喷淋动作；

步骤1.3、在构件表面安装第一温湿度一体传感器，实时采集构件表面的温度和湿度；在梁场构件所处环境中通风良好的位置安装第二温湿度一体传感器和风速传感器实时采集水泥混凝土构件所处环境的温湿度和风速；人工控制喷淋开关，使水泥混凝土构件养生依次处于微流、湿润和潮湿三种状态，在水泥混凝土构件养生表面出现上述三种状态时截取第一温湿度一体传感器、第二温湿度一体传感器和风速传感器数据以及上述数据出现的时间点和喷淋开关状态；多次循环重复上次操作，共获取多条数据样本，将所有数据样本发送到计算机上进行保存，所有数据样本形成用于建模的数据集S；

步骤1.4、记录步骤1.3中的数据样本中每个循环过程中喷淋状态处于开启和关闭的时刻，计算出开启和关闭的间隔时间；将每个循环过程的开启和关闭间隔时间按长短进行排序，取0.95的分位数为t1。

2.根据权利要求1所述的一种水泥混凝土构件喷淋养生系统控制方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1、输入数据集S，初始化样本权重，迭代次数为t＝1、2、3、……、T，选择C4.5决策树算法构建T个弱分类器h_t，对数据集S进行分类；

步骤2.2、采用AdaBoost.M1算法动态调整数据样本的权重，并根据弱分类器h_t的分类准确度确定弱分类器的权重；

步骤2.3、通过10折交叉验证法确定迭代次数T，即弱分类器h_t的数量，将T个弱分类器h_t按照加权平均和argmax函数集成为强分类器；

步骤2.4、采用10折交叉验证法评估强分类器H(x)，评估指标包括：准确率Accuracy、精确率Precision、召回率Recall、F值F-measure、ROC曲线下的面积AUC；评估指标的计算公式为：

其中，TP表示真正例的数量，FP表示假正例的数量，TN表示真负例的数量，FN表示假负例的数量。

3.根据权利要求2所述的一种水泥混凝土构件喷淋养生系统控制方法，其特征在于，所述步骤2.1包括以下步骤：

步骤2.1.1、输入训练样本集S，

S＝{(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，……，(x_i，y_i)，……，(x_n，y_n)}，y_i∈Y＝{1，2，3}

其中x_i为数据样本，y_i为类别标签，y_i∈{1，2，3}分别代表喷淋开关的状态为“开启、默认、关闭”，“默认”为喷淋开关不发生动作，n表示数据样本数；

步骤2.1.2、初始化样本权重D_t(x_i)，

在当前样本权重下选择C4.5决策树算法训练得到弱分类器h_t＝H(x，y，D_t)，选择悲观剪枝技术对得到的弱分类器h_t＝H(x，y，D_t)进行剪枝，剪枝过程如下：

设S_t是h_t的一颗子树，包含L个叶节点，在数据集S中，∑K个样本由S_t进行分类，有∑J个样本被错误分类，计算标准误差se：

假设S_t被某个叶节点代替，在数据集S中被该叶节点错误分类的样本数为E，如果满足

E+1/2≤(∑J+L(ST)/2)+se

则S_t被该叶节点代替，完成子树S_t的剪枝；所有非叶节点的子树只检查一次，以确定是否应该修剪该非叶节点的子树。

4.根据权利要求2所述的一种水泥混凝土构件喷淋养生系统控制方法，其特征在于，所述步骤2.2包括以下步骤：

步骤2.2.1、计算第t个弱分类器的分类误差:

其中，h_t(x_i≠y_i)表示弱分类器将数据样本(x_i,y_i)错误分类，如果h_t(x_i≠y_i)为真，则

反之

当ε_t＝0或ε_t＞0.5时，令T＝t-1，算法停止，重新训练弱分类器h_t；

步骤2.2.2、计算弱分类器h_t在强分类器中的权重系数α_t，

步骤2.2.3、更新数据样本权重

其中Z_t为归一化因子。

5.根据权利要求1所述的一种水泥混凝土构件喷淋养生系统控制方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：

步骤3.1、在水泥混凝土构件喷淋养生系统中安装计时器，根据步骤1得到的数据集S中的喷淋开关在开启动作和关闭动作的间隔时间t1，设定计时器时间t2；

步骤3.2、由步骤2得到的强分类器根据步骤1.3中的传感器实时参数动态判断喷淋开关是否开启和关闭，并计算喷淋开关持续处于开启状态或关闭状态的时间t3；

步骤3.3当t3≥t2时，说明步骤2中的强分类器失效，如果此时喷淋开关处于开启状态，系统强制关闭喷淋并复位计时器；如果此时喷淋开关处于关闭状态，系统强制开启喷淋并复位计时器；当t3＜t2时，系统按照步骤2中的强分类器判断结果执行。

6.一种水泥混凝土构件喷淋养生系统的控制系统，其特征在于，包括控制器、第一电磁阀(10)、交流接触器(3)、第一温湿度一体传感器(12)、第二温湿度一体传感器(13)、风速传感器(14)和计时器(9)；

所述第一温湿度一体传感器(12)安装在水泥混凝土构件表面，用于采集水泥混凝土构件表面的温度和湿度并将采集到的水泥混凝土构件表面的温度和湿度传递至控制器；所述第二温湿度一体传感器(13)和风速传感器(14)安装在水泥混凝构件所处环境中，用于采集水泥混凝构件所处环境中的温度、湿度和风速，并将采集到的环境中的温度、湿度和风速传递至控制器；

所述计时器(9)用于记录第一电磁阀(10)通电或断电状态持续的时间；第一电磁阀(10)用于控制连接在支管路上的梁板喷淋水管(11)的开闭；

所述控制器根据每个水泥混凝土构件的实时梁板温湿度、环境温湿度及风速判定第一电磁阀(10)是否通电，当第一电磁阀(10)通电时梁板喷淋水管开启喷淋，交流接触器(3)通电，主管路水泵(8)从蓄水池抽水向主管路(4)供水，同时计时器(9)开始计算第一电磁阀(10)的通电时间；当第一电磁阀(10)断电时梁板喷淋水管关闭喷淋，同时计时器(9)开始计算第一电磁阀(10)的断电时间；当任何一个第一电磁阀(10)通电时，交流接触器(3)通电；当所有的第一电磁阀(10)断电时，交流接触器(3)断电；控制器根据权利要求1所述控制方法及计时器(9)记录的第一电磁阀(10)的通断电时间判断喷淋动作是否出错，当计时器(9)计算第一电磁阀(10)的通电时间大于控制系统判定值时，控制系统强制第一电磁阀(10)断电，当计时器计算第一电磁阀(10)的通电时间小于系统判定值时，第一电磁阀(10)的开闭由控制器判定。

7.根据权利要求6所述的一种水泥混凝土构件喷淋养生系统的控制系统，其特征在于，水泥混凝土构件喷淋养生系统包括进水管(1)和蓄水池(6)，所述进水管(1)和蓄水池(6)之间的管路上安装有第二电磁阀(2)，所述第二电磁阀(2)通电时进水管向蓄水池(6)注水，断电时进水管(1)停止向蓄水池(6)注水；在蓄水池(6)内安装有浮筒控制器(7)，所述浮筒控制器(7)用于实时监测蓄水池(6)内的水面高度；

所述控制器根据浮筒控制器(7)实时监测的蓄水池水面高度向第二电磁阀(2)发送开关命令，当蓄水池水面高度低于设定值时，第二电磁阀(2)通电，进水管(1)向蓄水池(6)注水；当蓄水池(6)水面高度高于设定值时，第二电磁阀(2)断电，进水管(1)停止向蓄水池(6)注水。

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