CN112942294A - 一种路基均匀性检测方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种路基均匀性检测方法、装置、设备及可读存储介质，涉及路基压实技术领域，包括获取振动压路机对路基进行多次压实并达到规范值的过程中的相关参数和每次压实后的压实度检测数据信息，通过将变分模态分解（VMD）引入路基压实领域，利用VMD对振动压路机振动轮上的加速度信号进行处理，得到一系列反映振动信号局部特性的变分模态函数（VMF），确认代表基波和谐波的VMF分量,并将路基的压实过程作为一个能量交换的过程，振动轮振动产生的压实能量以波的形式向填料中传播，一部分能量被填料吸收，另一部则返回给振动轮，当填料达到稳定的密实状态，能量交换达到一个相对稳定状态，以此达到振动信号所携带能量来评定路基的压实程度。

Description

一种路基均匀性检测方法、装置、设备及可读存储介质
技术领域
本发明涉及路基压实技术领域，具体而言，涉及一种路基均匀性检测方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
随着我国列车速度的提高和高速列车轴重的增加，对铁路路基的强度、刚度、稳定性和均匀性提出了更高的要求。为了满足这些要求，最主要的技术措施就是确保铁路路基填料的压实质量,目前传统的检测方法（如地基系数K30、动态变形模量Evd）均为抽样局部监测，在空间上具有不均匀性，不能准确判断路段整体的压实状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种路基均匀性检测方法、装置、设备及可读存储介质，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种路基均匀性检测方法,包括：
获取第一信息，所述第一信息包括振动压路机对路基进行多次压实并达到规范值的过程中的相关参数和每次压实后的压实度检测数据信息，所述相关参数包括压实行驶速度、压实行驶路径和振动轮的竖向加速度信号；
基于所述竖向加速度信号，以预设单位时间为自变量建立每次压实过程所对应的原始时间-加速度曲线；
建立预处理数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述预处理数学模型的输入信息，求解所述预处理数学模型得到第二信息，所述第二信息包括每次压实过程所对应的时间-加速度曲线；
建立质量检测数学模型，将所述第一信息和所述第二信息作为所述质量检测数学模型的输入信息，求解所述质量检测数学模型得到路基的压实质量情况信息，所述路基的压实质量情况信息包括整段路基中未达到规范值的路段信息和整段路基中达到规范值的路段信息。
进一步地，所述建立预处理数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述预处理数学模型的输入信息，求解所述预处理数学模型得到第二信息，包括：
建立趋势项去除数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述趋势项去除数学模型的输入信息，求解所述趋势项去除数学模型得到每次压实过程所对应的第一阶段时间-加速度曲线，所述第一阶段时间-加速度曲线为所述原始时间-加速度曲线经过多项式最小二乘法消除振动信号趋势项后的曲线；
建立FFT滤波数学模型，将每个所述第一阶段时间-加速度曲线作为所述FFT滤波数学模型的输入信息，求解所述FFT滤波数学模型得到第二信息。
进一步地，所述建立质量检测数学模型，将所述第一信息和所述第二信息作为所述质量检测数学模型的输入信息，求解所述质量检测数学模型得到路基的压实质量情况信息，包括：
建立基于VMD的信号分解数学模型，将所述第二信息作为所述信号分解数学模型的输入信息，求解所述信号分解数学模型得到第三信息，所述第三信息包括每个所述时间-加速度曲线的基波和各次谐波所对应的VMF分量；
建立里程能量谱变换数学模型，将所述第三信息作为所述里程能量谱变换数学模型的输入信息，求解所述里程能量谱变换数学模型得到第四信息，所述第四信息包括每次压实过程所对应的能量-里程曲线；
建立质量判断数学模型，将所述第四信息和所述每次压实后的压实度检测数据作为所述质量判断数学模型的输入信息，求解所述质量判断数学模型得到路基的压实质量情况信息。
进一步地，所述建立质量判断数学模型，将所述第四信息和所述每次压实后的压实度检测数据作为所述质量判断数学模型的输入信息，求解所述质量判断数学模型得到路基的压实质量情况信息，包括：
根据所述每次压实后的压实度检测数据和所述第四信息建立压实度转化数学模型，求解所述压实度转化数学模型得到压实度-能量值函数关系式；
将所述规范值作为所述压实度-能量值函数关系式的输入信息，求解所述压实度-能量值函数关系式得到规范能量值，所述规范能量值为所述规范值所对应的能量值；
根据最后一次压实所对应的能量-里程曲线和所述规范能量值建立合规判断数学模型，求解所述合规判断数学模型得到路基的压实质量情况信息，所述路基的压实质量情况信息包括整段路基中低于所述规范能量值的路段信息和高于所述规范能量值的路段信息。
第二方面，本申请还提供了一种路基均匀性检测装置，包括：
第一信息获取单元，用于获取第一信息，所述第一信息包括振动压路机对路基进行多次压实并达到规范值的过程中的相关参数和每次压实后的压实度检测数据信息，所述相关参数包括压实行驶速度、压实行驶路径和振动轮的竖向加速度信号；
曲线处理单元，用于基于所述竖向加速度信号，以预设单位时间为自变量建立每次压实过程所对应的原始时间-加速度曲线；
预处理单元，用于建立预处理数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述预处理数学模型的输入信息，求解所述预处理数学模型得到第二信息，所述第二信息包括每次压实过程所对应的时间-加速度曲线；
质量检测单元，用于建立质量检测数学模型，将所述第一信息和所述第二信息作为所述质量检测数学模型的输入信息，求解所述质量检测数学模型得到路基的压实质量情况信息，所述路基的压实质量情况信息包括整段路基中未达到规范值的路段信息和整段路基中达到规范值的路段信息。
进一步地，所述预处理单元包括：
趋势项去除单元，用于建立趋势项去除数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述趋势项去除数学模型的输入信息，求解所述趋势项去除数学模型得到每次压实过程所对应的第一阶段时间-加速度曲线，所述第一阶段时间-加速度曲线为所述原始时间-加速度曲线经过多项式最小二乘法消除振动信号趋势项后的曲线；
FFT单元，用于建立FFT滤波数学模型，将每个所述第一阶段时间-加速度曲线作为所述FFT滤波数学模型的输入信息，求解所述FFT滤波数学模型得到第二信息。
进一步地，所述质量检测单元包括：
VMD单元，用于建立基于VMD的信号分解数学模型，将所述第二信息作为所述信号分解数学模型的输入信息，求解所述信号分解数学模型得到第三信息，所述第三信息包括每个所述时间-加速度曲线的基波和各次谐波所对应的VMF分量；
里程能量谱变换单元，用于建立里程能量谱变换数学模型，将所述第三信息作为所述里程能量谱变换数学模型的输入信息，求解所述里程能量谱变换数学模型得到第四信息，所述第四信息包括每次压实过程所对应的能量-里程曲线；
质量判断单元，用于建立质量判断数学模型，将所述第四信息和所述每次压实后的压实度检测数据作为所述质量判断数学模型的输入信息，求解所述质量判断数学模型得到路基的压实质量情况信息。
进一步地，所述质量判断单元包括：
压实度转化单元，用于根据所述每次压实后的压实度检测数据和所述第四信息建立压实度转化数学模型，求解所述压实度转化数学模型得到压实度-能量值函数关系式；
规范能量值计算单元，用于将所述规范值作为所述压实度-能量值函数关系式的输入信息，求解所述压实度-能量值函数关系式得到规范能量值，所述规范能量值为所述规范值所对应的能量值；
判断单元，用于根据最后一次压实所对应的能量-里程曲线和所述规范能量值建立合规判断数学模型，求解所述合规判断数学模型得到路基的压实质量情况信息，所述路基的压实质量情况信息包括整段路基中低于所述规范能量值的路段信息和高于所述规范能量值的路段信息。
第三方面，本申请还提供了一种路基均匀性检测设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述路基均匀性检测方法的步骤。
第四方面，本申请还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于路基均匀性检测方法的步骤。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过将变分模态分解（VMD）引入路基压实领域，利用VMD对振动压路机振动轮上的加速度信号进行处理，得到一系列反映振动信号局部特性的变分模态函数（VMF），确认代表基波和谐波的VMF分量,并将路基的压实过程作为一个能量交换的过程，振动轮振动产生的压实能量以波的形式向填料中传播，一部分能量被填料吸收，另一部则返回给振动轮。当填料达到稳定的密实状态，能量交换达到一个相对稳定状态，因此达到振动信号所携带能量来评定路基的压实程度。
2、本发明通过对得到的VMF进行Hilbert变换后求取Hilbert瞬时能量谱，以此检测铁路路基压实质量。
3、本发明通过将VMD-Hilbert算法引入路基压实领域，避免了傅里叶变换在处理非线性信号的精度不足的问题，此外，利用求得的振动信号的能量-里程曲线可以对获得压实全过程的均匀性和稳定性，避免了设置检测单元的空间误差。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本发明实施例中所述的路基均匀性检测方法流程示意图;
图2为本发明实施例中所述的一个压实过程中某5s内的时间-加速度曲线图;
图3为图2经过预处理数学模型处理后的曲线图;
图4为图3经过VMD处理后得到的VMF1曲线图；
图5为图3经过VMD处理后得到的VMF2曲线图；
图6为图3经过VMD处理后得到的VMF3曲线图；
图7为图3经过VMD处理后得到的VMF4曲线图；
图8为图3经过VMD处理后得到的VMF5曲线图；
图9为图3经过傅里叶变换后得到的频率分布示意图；
图10为VMF1经过快速傅里叶变换后得到的频率分布示意图；
图11为VMF2经过快速傅里叶变换后得到的频率分布示意图；
图12为VMF3经过快速傅里叶变换后得到的频率分布示意图；
图13为VMF4经过快速傅里叶变换后得到的频率分布示意图；
图14为VMF5经过快速傅里叶变换后得到的频率分布示意图；
图15为图3对应的所述能量-时间曲线示意图；
图16为图3对应的所述能量-里程曲线示意图；
图17为图3对应的所述压实度与能量值函数关系示意图；
图18为本发明实施例中所述路基均匀性检测装置结构示意图；
图19为本发明实施例中所述路基均匀性检测设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
现在也有路基的连续压实控制逐渐代替传统检测方法。
其中连续压实控制理论认为振动轮在压实过程中的竖向加速度信号与填料的压实状态密切相关，通过分析振动轮加速度信号的畸变程度来评价填料的压实程度。按照原理不同可分为压实计指标和动力学指标。例如，CMV指标为振动轮竖向加速度信号频率谱中的一次谐波与基波的幅值比；CCV指标包含振动轮加速度半次谐波和二、三次谐波频率幅值，THD指标则进一步考虑了总谐波失真；VCV指标以路基结构抵抗力作为评价压实状态的标准。但是，现有评价方法仍存在一些不足：
（1）压实计指标评价方法认为振动压路机与填料之间发生线性振动，输出线性振动信号，故利用傅里叶变换分析振动信号的频谱特性。然而，在实际压实过程中振动轮受到来自填料的反作用力，其振动状态为非线性振动并不是线性振动，而傅里叶变换要求被分析的系统必须是线性的，信号必须是严格周期或广义平稳的，造成上述方法评定填料的压实效果精度不足。
（2）当填料粒径成分较为复杂时，振动轮竖向加速度信号频谱成分会出现多次谐波甚至半次谐波，使得上述压实计指标评价方法不能准确评定填料的压实效果，适应性较差。
（3）压实计指标和动力学指标均需设定路基的检测单元，并按检测单元将振动轮加速度数据进行分段计算上述指标，这就存在振动轮加速度数据与常规检测值之间的空间误差，其次不同检测单元的长度设置所求得的指标不同，使得现有指标精确度不足。
实施例1：
本实施例提供了一种路基均匀性检测方法。
参见图1，图中示出了本方法包括步骤S100、步骤S200、步骤S300和步骤S400。
S100、获取第一信息，第一信息包括振动压路机对路基进行多次压实并达到规范值的过程中的相关参数和每次压实后的压实度检测数据信息，相关参数包括压实行驶速度、压实行驶路径和振动轮的竖向加速度信号；
可以理解的是，在本步骤中所提及的振动压路机对路基进行多次压实是指的是按照现有技术方式通过振动压路机对路基进行压实，并且每次压实后都进行地基系数K30或者动态变形模量Evd等压实度的检查方式，在本实施例中采用动态变形模量Evd的检测方式。并且所需的压实的次数为直到最后一次的压实度的检测符合国标。其中在本步骤中所提及的振动轮的竖向加速度信号是通过加速度传感器获得，压实行驶路径即为振动压路机走过的路基，压实行驶速度为振动压路机每时每刻的速度。每次压实后的压实度检测数据信息包括每次获取的压实度信息以及采样的位置信息。
在本实施例中为了便于说明，在本实施例中采用某工地中振动压路机一次压实过程的起止里程为DK237-DK247，其中压实行驶速度为3km/h。
S200、基于竖向加速度信号，以预设单位时间为自变量建立每次压实过程所对应的原始时间-加速度曲线；
参见图2，图中示出了在一个压实过程中某5s内的时间-加速度曲线，将其作为示例，便于下文中结合理解。
S300、建立预处理数学模型，将每个原始时间-加速度曲线作为预处理数学模型的输入信息，求解预处理数学模型得到第二信息，第二信息包括每次压实过程所对应的时间-加速度曲线；
可以理解的是，在本步骤是为将了原始时间-加速度曲线进行去杂操作，纯化信号，能减少精度不足的问题发生概率。参见图3。
其中具体而言，本步骤包括S310和S320。
S310、建立趋势项去除数学模型，将每个原始时间-加速度曲线作为趋势项去除数学模型的输入信息，求解趋势项去除数学模型得到每次压实过程所对应的第一阶段时间-加速度曲线，第一阶段时间-加速度曲线为原始时间-加速度曲线经过多项式最小二乘法消除振动信号趋势项后的曲线；
需要说明的，建立能实现多项式最小二乘法消除振动信号趋势项的数学模型为本领域的公知常识，本步骤不再赘述。
S320、建立FFT滤波数学模型，将每个第一阶段时间-加速度曲线作为FFT滤波数学模型的输入信息，求解FFT滤波数学模型得到第二信息，第二信息包括每次压实过程所对应的时间-加速度曲线。
需要说明的是，本步骤滤除信号中的低频（小于1 Hz）和高频（大于100 Hz）噪音部分。
S400、建立质量检测数学模型，将第一信息和第二信息作为质量检测数学模型的输入信息，求解质量检测数学模型得到路基的压实质量情况信息，路基的压实质量情况信息包括整段路基中未达到规范值的路段信息和整段路基中达到规范值的路段信息。
可以理解的是，在本步骤中是将预处理后的时间-加速度曲线作为质量检测数学模型输入信息求解得到路基的压实质量情况信息包括整段路基中未达到规范值的路段信息和整段路基中达到规范值的路段信息。即得到路基整体情况，相对于现有技术只能随机选点采样的方式而言，有效降低了一段路基检测单元空间分辨率误差，大大减少计算成本。
具体而言，本步骤中包括S410、S420和S430。
S410、建立基于VMD的信号分解数学模型，将第二信息作为信号分解数学模型的输入信息，求解信号分解数学模型得到第三信息，第三信息包括每个时间-加速度曲线的基波和各次谐波所对应的VMF分量；
可以理解的是，在本步骤中是将每次压实所对应的时间-加速度曲线进行VMD分解并得到每次压实所对应的各阶VMF分量，其中获得的VMF分量对应着每个时间-加速度曲线中基波和各次谐波。
具体而言，本步骤中包括步骤S411、步骤S412、步骤S413、步骤S414、步骤S415和步骤S416:
S411、建立VMD数学模型；
S412、建立寻优数学模型，利用寻优数学模型寻优VMD数学模型中的惩罚因子和分解层数；
需要说明的是，在本步骤中所采用的寻优数学模型为中心频率法为基础的数学模型，其中VMD数学模型中的惩罚因子α和分解层数k两个参数的选取利用中心频率法进行确定为α=2000，k=5。
S413、将每个时间-加速度曲线作为优选后的VMD数学模型的输入信息，求解优选后的VMD数学模型得到分解信息，分解信息包括每个时间-加速度曲线所对应的各阶VMF分量；
可以理解是，每次压实的时间-加速度曲线经过分解后均得到5个VMF分量，这里我们采用S200中所提及的图2作为示例进行处理，图2经过VMD数学模型处理后得到如图4至图8的分解图像。
S414、建立傅里叶变换数学模型，将每个时间-加速度曲线作为傅里叶变换数学模型的输入信息，求解傅里叶变换数学模型得到原始转化信息，原始转化信息包括每个时间-加速度曲线所对应的基波和各次谐波的频率；
需要说明的是，在本步骤中原始转化信息的计算方式为现有技术，本申请中不再赘述。这里我们采用S300中所提及的图3作为示例进行处理，图9的曲线经过傅里叶变换数学模型处理后将得到五个频率值：基波频率26.85 Hz、一次谐波频率53.71 Hz、二次谐波频率80.56 Hz、三次谐波频率108.64 Hz。
S415、建立快速傅里叶变换数学模型，将分解信息作为快速傅里叶变换数学模型的输入信息，求解快速傅里叶变换数学模型得到分量转化信息，分量转化信息包括每个时间-加速度曲线的各阶VMF分量所对应的频率；
具体而言，本步骤中通过公式（1）得到分量转化信息：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为原始信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为
Figure 853314DEST_PATH_IMAGE002
的像函数；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为复变函数。
这里我们采用S300中所提及的图3作为示例进行处理，图2经过VMD数学模型处理后得到VMF2的频率为26.85 Hz，与基波频率一致。VMF3的频率为53.71 Hz，与一次谐波频率一致。VMF4的频率为80.56Hz，与二次谐波频率一致。VMF5的频率为108.64 Hz，与三次谐波频率一致，如图10至图14所示。
S416、根据分量转化信息和原始转化信息建立筛分数学模型，求解筛分数学模型得到第三信息。
可以理解的是本步骤是通过S414步骤和S415步骤获取的分量转化信息和原始转化信息对比，确定VMD分解得到的VMF分量均与时间-加速度曲线中的基波和各次谐波相对应，是为校验VMD数学模型的分解结果，确定VMD经过选优算法后分解接近于实际情况。在实际中，本领域技术人员也可以选用不采用S414和S416步骤中校验过程，以减低工作量。即本步骤中，输出的每个VMF分量均有对应的基波或谐波，其具有明确的物理意义。
S420、建立里程能量谱变换数学模型，将第三信息作为里程能量谱变换数学模型的输入信息，求解里程能量谱变换数学模型得到第四信息，第四信息包括每次压实过程所对应的能量-里程曲线；
需要说明的是，在本步骤中还包括步骤S421、步骤S422和步骤S423。
S421、建立Hilbert谱变换数学模型，将第三信息作为Hilbert谱变换数学模型的输入信息，求解Hilbert谱变换数学模型得到Hilbert谱变换信息，Hilbert谱变换信息包括每个时间-加速度曲线所对应的频率-能量-时间曲线；
具体而言，在本步骤通过公式（2）计算得到频率-能量-时间曲线：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（2）
式中：n为VMF的数量；Re为取实部；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
(t)为VMF分量的幅值随时间的函数。
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为VMF分量的频率随时间的函数.
S422、建立瞬时能量谱变换数学模型，将Hilbert谱变换信息作为瞬时能量谱变化数学模型输入信息，求解瞬时能量谱变化数学模型得到第六信息，第六信息包括每个时间-加速度曲线所对应的能量-时间曲线；
本步骤是把振幅的平方对频率积分，得出振动信号的瞬时能量谱，即能量-时间曲线，如图15所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（3）
S423、建立能量转化数学模型，将第六信息和第一信息作为能量转化数学模型的输入信息，求解能量转化数学模型得到第四信息。
需要说明的是，在步骤中为根据压实行驶速度和压实行驶路径将第六信息的能量-时间曲线转化为能量-里程曲线，本步骤以S300中所提及的图3作为示例进行处理，在S100中我们已得到振动压路机压实过程的压实行驶路径为DK237-DK247，压实行驶速度3km/h，获得竖向加速度信号的时间与路基压实路径进行对应关系0-5s对应10m，并将竖向加速度信号的能量-时间曲线转换为该段路基的能量-里程曲线，如图16所示。
S430、建立质量判断数学模型，将第四信息和每次压实后的压实度检测数据作为质量判断数学模型的输入信息，求解质量判断数学模型得到路基的压实质量情况信息。
可以理解的是，在本步骤中包括S431、S432和S433。
S431、根据每次压实后的压实度检测数据和第四信息建立压实度转化数学模型，求解压实度转化数学模型得到压实度-能量值函数关系式；
本步骤中的压实度-能量值函数关系式通过公式（4）和公式（5）计算；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
(4)
Figure DEST_PATH_IMAGE010
(5)
式中，x为每次采样对应的能量值；y为采样中的指标K30或者Evd值；n为检测点数据的个数；a、b为回归系数。
其中需要说明的是每次采样的能量值能通过第一信息和第四信息中得到，因此我们继续以S200中的曲线为示例，参见图17，计算得到的压实度-能量值函数关系式为y=3.89x-15.26，其相关系系数R2=0.797，说明能量值与Evd间有较强的相关性。
S432、将规范值作为压实度-能量值函数关系式的输入信息，求解压实度-能量值函数关系式得到规范能量值，规范能量值为规范值所对应的能量值；
其中规范值为国标中所规定的数值，K30和Evd均有相应的规范值，在本实施例中以Evd为例，经过S431计算得到的压实度-能量值函数关系式得到相应的能量值为45。
S433、根据最后一次压实所对应的能量-里程曲线和规范能量值建立合规判断数学模型，求解合规判断数学模型得到路基的压实质量情况信息，路基的压实质量情况信息包括整段路基中低于规范能量值的路段信息和高于规范能量值的路段信息。
可以理解的是，本步骤中是根据S432得到能量值去判断，路基压实后哪些路段是达到规范能量值，哪些不能达到规范能量值，将其分别输出，即技术人员可以根据获取的消息对未达到规范能量值的路段再次压实直到采集的竖向加速度曲线转化得到的能量值达到规范能量值。并且根据压实质量情况信息能够避免现有评价方法适应性较差和精度不足等问题，可应用于铁路路基连续压实控制质量的检测。
本方法提供了一种路基均匀性检测方法，通过实时采集振动轮竖向加速度信号进行分解VMD运算，确定代表振动信号的基波和各次谐波的vmf分量，并进行Hilbert变换得到振动信号的能量-时间曲线。随后，根据振动信号时间与路基压实里程进行对应关系，将振动信号的能量-时间曲线转换为路基的能量-里程曲线。通过对能量-里程曲线上不同能量值的里程点若干进行常规压实度（如地基系数K30、动态变形模量Evd）检测，并建立该段路基每遍压实的能量值与常规压实度值间的压实度-能量值函数关系式，以此对路基整个压实过程的压实质量进行评价。本发明提供的路基均匀性检测方法，利用VMD-Hilbert算法求得每遍压实过程中振动信号的能量，能够避免现有评价方法适应性较差和精度不足等问题，可应用于铁路路基连续压实控制质量的检测。
实施例2：
如图18所示，本实施例提供了一种路基均匀性检测装置，包括：
第一信息获取单元1，用于获取第一信息，第一信息包括振动压路机对路基进行多次压实并达到规范值的过程中的相关参数和每次压实后的压实度检测数据信息，相关参数包括压实行驶速度、压实行驶路径和振动轮的竖向加速度信号；
曲线处理单元2，用于基于竖向加速度信号，以预设单位时间为自变量建立每次压实过程所对应的原始时间-加速度曲线；
预处理单元3，用于建立预处理数学模型，将每个原始时间-加速度曲线作为预处理数学模型的输入信息，求解预处理数学模型得到第二信息，第二信息包括每次压实过程所对应的时间-加速度曲线；
质量检测单元4，用于建立质量检测数学模型，将第一信息和第二信息作为质量检测数学模型的输入信息，求解质量检测数学模型得到路基的压实质量情况信息，路基的压实质量情况信息包括整段路基中未达到规范值的路段信息和整段路基中达到规范值的路段信息。
可选地，预处理单元3包括：
趋势项去除单元31，用于建立趋势项去除数学模型，将每个原始时间-加速度曲线作为趋势项去除数学模型的输入信息，求解趋势项去除数学模型得到每次压实过程所对应的第一阶段时间-加速度曲线，第一阶段时间-加速度曲线为原始时间-加速度曲线经过多项式最小二乘法消除振动信号趋势项后的曲线；
FFT单元32，用于建立FFT滤波数学模型，将每个第一阶段时间-加速度曲线作为FFT滤波数学模型的输入信息，求解FFT滤波数学模型得到第二信息。
可选地，质量检测单元4包括：
VMD单元41，用于建立基于VMD的信号分解数学模型，将第二信息作为信号分解数学模型的输入信息，求解信号分解数学模型得到第三信息，第三信息包括每个时间-加速度曲线的基波和各次谐波所对应的VMF分量；
里程能量谱变换单元42，用于建立里程能量谱变换数学模型，将第三信息作为里程能量谱变换数学模型的输入信息，求解里程能量谱变换数学模型得到第四信息，第四信息包括每次压实过程所对应的能量-里程曲线；
质量判断单元43343，用于建立质量判断数学模型，将第四信息和每次压实后的压实度检测数据作为质量判断数学模型的输入信息，求解质量判断数学模型得到路基的压实质量情况信息。
可选地，VMD单元41包括：
VMD模型建立单元411，用于建立VMD数学模型；
寻优单元412，用于建立寻优数学模型，利用寻优数学模型寻优VMD数学模型中的惩罚因子和分解层数；
分解单元413，用于将每个时间-加速度曲线作为优选后的VMD数学模型的输入信息，求解优选后的VMD数学模型得到分解信息，分解信息包括每个时间-加速度曲线所对应的各阶VMF分量；
傅里叶变换单元414，用于建立傅里叶变换数学模型，将每个时间-加速度曲线作为傅里叶变换数学模型的输入信息，求解傅里叶变换数学模型得到原始转化信息，原始转化信息包括每个时间-加速度曲线所对应的基波频率和各次谐波的频率；
快速傅里叶变换单元415，用于建立快速傅里叶变换数学模型，将分解信息作为快速傅里叶变换数学模型的输入信息，求解快速傅里叶变换数学模型得到分量转化信息，分量转化信息包括每个时间-加速度曲线的各阶VMF分量所对应的频率；
筛分单元416，用于根据分量转化信息和原始转化信息建立筛分数学模型，求解筛分数学模型得到第三信息。
可选地，里程能量谱变换单元42包括：
Hilbert谱变换单元421，用于建立Hilbert谱变换数学模型，将第三信息作为Hilbert谱变换数学模型的输入信息，求解Hilbert谱变换数学模型得到Hilbert谱变换信息，Hilbert谱变换信息包括每个时间-加速度曲线所对应的频率-能量-时间曲线；
瞬时能量变化谱单元422，用于建立瞬时能量谱变换数学模型，将Hilbert谱变换信息作为瞬时能量谱变化数学模型输入信息，求解瞬时能量谱变化数学模型得到第六信息，第六信息包括每个时间-加速度曲线所对应的能量-时间曲线；
能量转化单元423，用于建立能量转化数学模型，将第一信息和第六信息作为能量转化数学模型的输入信息，求解能量转化数学模型得到第四信息。
可选地，质量判断单元43包括：
压实度转化单元431，用于根据每次压实后的压实度检测数据和第四信息建立压实度转化数学模型，求解压实度转化数学模型得到压实度-能量值函数关系式；
规范能量值计算单元432，用于将规范值作为压实度-能量值函数关系式的输入信息，求解压实度-能量值函数关系式得到规范能量值，规范能量值为规范值所对应的能量值；
判断单元433，用于根据最后一次压实所对应的能量-里程曲线和规范能量值建立合规判断数学模型，求解合规判断数学模型得到路基的压实质量情况信息，路基的压实质量情况信息包括整段路基中低于规范能量值的路段信息和高于规范能量值的路段信息。
需要说明的是，关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
实施例3：
相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种路基均匀性检测设备，下文描述的一种路基均匀性检测设备与上文描述的一种路基均匀性检测方法可相互对应参照。
图19是根据示例性实施例示出的一种路基均匀性检测设备800的框图。如图19所示，该路基均匀性检测设备800可以包括：处理器801，存储器802。该路基均匀性检测设备800还可以包括多媒体组件803，输入/输出(I/O)接口804，以及通信组件805中的一者或多者。
其中，处理器801用于控制该路基均匀性检测设备800的整体操作，以完成上述的路基均匀性检测方法中的全部或部分步骤。存储器402用于存储各种类型的数据以支持在该路基均匀性检测设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该路基均匀性检测设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该路基均匀性检测设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
在一示例性实施例中，路基均匀性检测设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal ProcessingDevice，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的路基均匀性检测方法。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的路基均匀性检测方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器802，上述程序指令可由路基均匀性检测设备800的处理器801执行以完成上述的路基均匀性检测方法。
实施例4：
相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种路基均匀性检测方法可相互对应参照。
一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的路基均匀性检测方法的步骤。
该可读存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种路基均匀性检测方法，其特征在于，包括：
获取第一信息，所述第一信息包括振动压路机对路基进行多次压实并达到规范值的过程中的相关参数和每次压实后的压实度检测数据信息，所述相关参数包括压实行驶速度、压实行驶路径和振动轮的竖向加速度信号；
基于所述竖向加速度信号，以预设单位时间为自变量建立每次压实过程所对应的原始时间-加速度曲线；
建立预处理数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述预处理数学模型的输入信息，求解所述预处理数学模型得到第二信息，所述第二信息包括每次压实过程所对应的时间-加速度曲线；
建立质量检测数学模型，将所述第一信息和所述第二信息作为所述质量检测数学模型的输入信息，求解所述质量检测数学模型得到路基的压实质量情况信息，所述路基的压实质量情况信息包括整段路基中未达到规范值的路段信息和整段路基中达到规范值的路段信息。
2.根据权利要求1所述的路基均匀性检测方法，其特征在于，所述建立预处理数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述预处理数学模型的输入信息，求解所述预处理数学模型得到第二信息，包括：
建立趋势项去除数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述趋势项去除数学模型的输入信息，求解所述趋势项去除数学模型得到每次压实过程所对应的第一阶段时间-加速度曲线，所述第一阶段时间-加速度曲线为所述原始时间-加速度曲线经过多项式最小二乘法消除振动信号趋势项后的曲线；
建立FFT滤波数学模型，将每个所述第一阶段时间-加速度曲线作为所述FFT滤波数学模型的输入信息，求解所述FFT滤波数学模型得到第二信息。
3.根据权利要求1所述的路基均匀性检测方法，其特征在于，所述建立质量检测数学模型，将所述第一信息和所述第二信息作为所述质量检测数学模型的输入信息，求解所述质量检测数学模型得到路基的压实质量情况信息，包括：
建立基于VMD的信号分解数学模型，将所述第二信息作为所述信号分解数学模型的输入信息，求解所述信号分解数学模型得到第三信息，所述第三信息包括每个所述时间-加速度曲线的基波和各次谐波所对应的VMF分量；
建立里程能量谱变换数学模型，将所述第三信息作为所述里程能量谱变换数学模型的输入信息，求解所述里程能量谱变换数学模型得到第四信息，所述第四信息包括每次压实过程所对应的能量-里程曲线；
建立质量判断数学模型，将所述第四信息和所述每次压实后的压实度检测数据作为所述质量判断数学模型的输入信息，求解所述质量判断数学模型得到路基的压实质量情况信息。
4.根据权利要求3所述的路基均匀性检测方法，其特征在于，所述建立质量判断数学模型，将所述第四信息和所述每次压实后的压实度检测数据作为所述质量判断数学模型的输入信息，求解所述质量判断数学模型得到路基的压实质量情况信息，包括：
根据所述每次压实后的压实度检测数据和所述第四信息建立压实度转化数学模型，求解所述压实度转化数学模型得到压实度-能量值函数关系式；
将所述规范值作为所述压实度-能量值函数关系式的输入信息，求解所述压实度-能量值函数关系式得到规范能量值，所述规范能量值为所述规范值所对应的能量值；
根据最后一次压实所对应的能量-里程曲线和所述规范能量值建立合规判断数学模型，求解所述合规判断数学模型得到路基的压实质量情况信息，所述路基的压实质量情况信息包括整段路基中低于所述规范能量值的路段信息和高于所述规范能量值的路段信息。
5.一种路基均匀性检测装置，其特征在于，包括：
第一信息获取单元，用于获取第一信息，所述第一信息包括振动压路机对路基进行多次压实并达到规范值的过程中的相关参数和每次压实后的压实度检测数据信息，所述相关参数包括压实行驶速度、压实行驶路径和振动轮的竖向加速度信号；
曲线处理单元，用于基于所述竖向加速度信号，以预设单位时间为自变量建立每次压实过程所对应的原始时间-加速度曲线；
预处理单元，用于建立预处理数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述预处理数学模型的输入信息，求解所述预处理数学模型得到第二信息，所述第二信息包括每次压实过程所对应的时间-加速度曲线；
质量检测单元，用于建立质量检测数学模型，将所述第一信息和所述第二信息作为所述质量检测数学模型的输入信息，求解所述质量检测数学模型得到路基的压实质量情况信息，所述路基的压实质量情况信息包括整段路基中未达到规范值的路段信息和整段路基中达到规范值的路段信息。
6.根据权利要求5所述的路基均匀性检测装置，其特征在于，所述预处理单元包括：
趋势项去除单元，用于建立趋势项去除数学模型，将每个所述原始时间-加速度曲线作为所述趋势项去除数学模型的输入信息，求解所述趋势项去除数学模型得到每次压实过程所对应的第一阶段时间-加速度曲线，所述第一阶段时间-加速度曲线为所述原始时间-加速度曲线经过多项式最小二乘法消除振动信号趋势项后的曲线；
FFT单元，用于建立FFT滤波数学模型，将每个所述第一阶段时间-加速度曲线作为所述FFT滤波数学模型的输入信息，求解所述FFT滤波数学模型得到第二信息。
7.根据权利要求5所述的路基均匀性检测装置，其特征在于，所述质量检测单元包括：
VMD单元，用于建立基于VMD的信号分解数学模型，将所述第二信息作为所述信号分解数学模型的输入信息，求解所述信号分解数学模型得到第三信息，所述第三信息包括每个所述时间-加速度曲线的基波和各次谐波所对应的VMF分量；
里程能量谱变换单元，用于建立里程能量谱变换数学模型，将所述第三信息作为所述里程能量谱变换数学模型的输入信息，求解所述里程能量谱变换数学模型得到第四信息，所述第四信息包括每次压实过程所对应的能量-里程曲线；
质量判断单元，用于建立质量判断数学模型，将所述第四信息和所述每次压实后的压实度检测数据作为所述质量判断数学模型的输入信息，求解所述质量判断数学模型得到路基的压实质量情况信息。
8.根据权利要求7所述的路基均匀性检测装置，其特征在于，所述质量判断单元包括：
压实度转化单元，用于根据所述每次压实后的压实度检测数据和所述第四信息建立压实度转化数学模型，求解所述压实度转化数学模型得到压实度-能量值函数关系式；
规范能量值计算单元，用于将所述规范值作为所述压实度-能量值函数关系式的输入信息，求解所述压实度-能量值函数关系式得到规范能量值，所述规范能量值为所述规范值所对应的能量值；
判断单元，用于根据最后一次压实所对应的能量-里程曲线和所述规范能量值建立合规判断数学模型，求解所述合规判断数学模型得到路基的压实质量情况信息，所述路基的压实质量情况信息包括整段路基中低于所述规范能量值的路段信息和高于所述规范能量值的路段信息。
9.一种路基均匀性检测设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述路基均匀性检测方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于：所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述路基均匀性检测方法的步骤。
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