本發(fā)明屬于公路交通技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水泥混凝土路面檢測技術(shù)，具體涉及一種水泥混凝土路面板底脫空連續(xù)識別機(jī)器人及其連續(xù)識別方法。

背景技術(shù)：

路面板底脫空是舊水泥混凝土路面常見的破壞形式之一，出現(xiàn)這一問題的原因主要有：路面板底材料的塑性變形、雨水的沖刷和泵吸、結(jié)構(gòu)設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)和養(yǎng)護(hù)維修不及時等。當(dāng)路面板底部出現(xiàn)脫空現(xiàn)象時，水泥混凝土路面受力模式將發(fā)生改變，特別是當(dāng)路面板角處底部發(fā)生脫空時，處于脫空位置的路面板近似于懸臂板，在車輛荷載的作用下脫空位置的邊緣處會產(chǎn)生較大的集中應(yīng)力，板角處則會產(chǎn)生過大的撓度，反復(fù)荷載作用將導(dǎo)致路面出現(xiàn)斷板、斷角等病害。

為了準(zhǔn)確地確定路面工作狀況，以決定哪些路段的路面在什么時間需要采取合理的維護(hù)措施，這就需要對混凝土路面的使用性能進(jìn)行科學(xué)的檢測和準(zhǔn)確的識別，并采取行之有效的處治措施；及時將路面板進(jìn)行修復(fù)，防止病害進(jìn)一步的擴(kuò)展，以減少人力物力和資源的浪費(fèi)。在諸多早期公路病害中路面板底脫空造成的危害是最為嚴(yán)重的。因此，如何在早期公路檢測技術(shù)和方法中開發(fā)出一套準(zhǔn)確率高，識別效果好的脫空識別方法，并開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的處治材料及技術(shù)是現(xiàn)在迫切需要解決的問題。

目前路面板下脫空檢測方法眾多，各種方法建立所依據(jù)的原理不盡相同，已用于現(xiàn)場檢測評定的方法主要分為三大類，彎沉判別類：地基剛度比較判別法、彎沉盆反演評定法；路用探地雷達(dá)類：二維或三維探地雷達(dá)；聲波類：超聲波、瑞利面波法、振動特征分析法、聲效法。

從對板底脫空檢測的調(diào)研來看，幾種檢測方法主要存在如下問題：

(1)彎沉法檢測費(fèi)時費(fèi)力，檢測精度低，反演算法受路面材料性能的影響較大，并且檢測代表性差，并不適用于項(xiàng)目級的道路檢測；

(2)探地雷達(dá)的頻率和檢測深度互相制約，檢測圖譜判讀困難；受介質(zhì)介電常數(shù)的影響較大，尤其是在有水的條件下，檢測的精度將極大降低，檢測設(shè)備昂貴，尤其是對不同深度、路面結(jié)構(gòu)的檢測一般需要配合多個頻段的天線才能有效檢測。

目前規(guī)范中沒有對結(jié)構(gòu)脫空檢測的有關(guān)規(guī)定，單一檢測方法不能準(zhǔn)確的判斷道路結(jié)構(gòu)層連續(xù)情況，因此有人采用通過使用地質(zhì)雷達(dá)與落錘式彎沉儀兩種檢測方法同時檢測，然后再由人為主觀進(jìn)行綜合判斷。從檢測速度上分析，采用落錘式彎沉儀是5km/h，從人力角度分析，落錘式彎沉儀至少需要3人，地質(zhì)雷達(dá)至少需要2人，檢測共需5人，綜合以上方面的支出，落錘式彎沉儀與地質(zhì)雷達(dá)聯(lián)合檢測的費(fèi)用開支是：落錘式彎沉儀單車道每200米檢測80～120個點(diǎn)，每點(diǎn)費(fèi)用大約為50元，由此可知單車道每公里檢測400～600個點(diǎn)，費(fèi)用為2000～3000元每公里，地質(zhì)雷達(dá)1000元每公里，合計3000～4000元每公里。因此說，無論從人力使用成本還是檢測費(fèi)用都是相當(dāng)高的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的是提供一種水泥混凝土路面板底脫空連續(xù)識別機(jī)器人及其連續(xù)識別方法，通過現(xiàn)場檢測路面振動聲波特征和室內(nèi)有限元模型計算結(jié)果，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的水泥路面脫空振動聲波特征數(shù)據(jù)庫，通過現(xiàn)場檢測路面聲波特征并結(jié)合數(shù)據(jù)庫結(jié)果，確定水泥路面脫空狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)路面脫空狀態(tài)準(zhǔn)確、自動識別，解決了現(xiàn)有水泥混凝土路面檢測技術(shù)存在的上述問題。

本發(fā)明公開了一種水泥混凝土路面板底脫空識別機(jī)器人，其包括一臺檢測牽引車，以及在檢測牽引車上設(shè)置的計算機(jī)控制系統(tǒng)，在檢測牽引車下方分別裝有由計算機(jī)控制系統(tǒng)控制的連續(xù)敲擊裝置、專用麥克風(fēng)和位置定位器。

本發(fā)明所述的水泥混凝土路面板底脫空識別機(jī)器人，其特征還在于，

所述的計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)有噪聲濾波單元、信號放大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、信號儲存單元、有限元模擬分析單元。

所述的連續(xù)敲擊裝置由檢測牽引車拖動行走，并以一定的質(zhì)量使路面板發(fā)生振動和聲音。

所述路面振動聲波特征為聲波頻率和聲強(qiáng)。

本發(fā)明還公開了一種基于水泥混凝土路面板底脫空識別機(jī)器人的連續(xù)識別方法，所述連續(xù)識別方法是：

(1)在測試路段的行車道路面上，采用連續(xù)敲擊裝置對測試路面進(jìn)行連續(xù)敲擊；

(2)采用專用麥克風(fēng)收集被敲擊水泥混凝土路面板的聲波信號，利用計算機(jī)控制系統(tǒng)的各個軟件單元對信號進(jìn)行分析處理，獲取路面振動聲波特征參數(shù)；

(3)通過有限元模擬分析單元軟件，考慮不同溫度梯度下水泥混凝土板的翹曲，以及不同三維脫空狀態(tài)，建立水泥混凝土路面三維有限元模型，模擬計算得到各種復(fù)雜工況條件下的聲波時域圖，再利用軟件進(jìn)行分析處理，獲取振動聲波特征參數(shù)，并建立水泥路面不同脫空和翹曲狀態(tài)下路面板振動聲波特征數(shù)據(jù)庫。

(4)利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和有限元模擬分析單元得到的聲波特征參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，再利用現(xiàn)場獲取的振動聲波特征參數(shù)進(jìn)行識別驗(yàn)證。

(5)現(xiàn)場檢測路面聲波特征并利用BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的智能篩選，確定水泥路面脫空狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)基于人工智能的水泥混凝土路面板底脫空狀態(tài)準(zhǔn)確、自動識別。

本發(fā)明所述路面板底脫空識別機(jī)器人的連續(xù)識別方法，其特征還在于：

所述路面脫空狀態(tài)包括路面脫空所處平面位置、層位、區(qū)域大小、區(qū)域連通性狀態(tài)。

本發(fā)明通過開發(fā)基于聲波法的水泥混凝土路面板底脫空識別機(jī)器人及其連續(xù)識別方法，采用數(shù)值模擬計算不同脫空工況的聲波特征并結(jié)合人工智能實(shí)現(xiàn)脫空狀況自動識別，能有效提高水泥路面脫空檢測速度，較為精確地確定脫空的尺寸、嚴(yán)重程度以及脫空體積大小等，為脫空壓漿處治提供了有效依據(jù)。

由于本發(fā)明水泥混凝土路面板底脫空連續(xù)識別機(jī)器人檢測速度得到明顯提高，檢測費(fèi)用上每百公里可節(jié)約25～35萬元。因此在檢測速度、耗費(fèi)人力物力財力等方面，采用本發(fā)明的水泥混凝土路面板底脫空連續(xù)識別方法檢測路面脫空比地質(zhì)雷達(dá)與落錘式彎沉儀兩種檢測方法更具有經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，隨著舊水泥混凝土路面通車年限的逐年增加，需要養(yǎng)護(hù)的水泥路面越來越多，省內(nèi)外市場需求量越來越大，本發(fā)明產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景樂觀，市場前景廣闊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明水泥混凝土路面板底脫空識別機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明水泥混凝土路面板底脫空識別機(jī)器人工作流程圖；

圖3是本發(fā)明水泥混凝土路面板底脫空識別機(jī)器人連續(xù)識別方法自動脫空判斷流程圖。

圖中，1.檢測牽引車，2.連續(xù)敲擊裝置，3.專用麥克風(fēng)，4.位置定位器，5.計算機(jī)控制系統(tǒng)，6.水泥混凝土路面板，7.噪聲濾波單元，8.信號放大單元，9.模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，10.信號儲存單元，11.有限元模擬分析單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

一種水泥混凝土路面板底脫空識別機(jī)器人，如圖1所示，其包括一臺檢測牽引車1，以及在檢測牽引車1上設(shè)置的計算機(jī)控制系統(tǒng)5，在所述檢測牽引車1下方分別裝有由計算機(jī)控制系統(tǒng)5控制的連續(xù)敲擊裝置2、專用麥克風(fēng)3和位置定位器4；連續(xù)敲擊裝2由檢測牽引車1拖動行走，并以一定的質(zhì)量使路面板發(fā)生振動和聲音；本發(fā)明的路面振動聲波特征為聲波頻率和聲強(qiáng)。

如圖2所示，本發(fā)明的計算機(jī)控制系統(tǒng)5設(shè)有噪聲濾波單元7、信號放大單元8、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元9、信號儲存單元10、有限元模擬分析單元11。

實(shí)施例

以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。

實(shí)施例為某市轄區(qū)的1條鋪裝層為水泥混凝土路面的一級公路，選擇其中的10公里對其行車道和快車道分別進(jìn)行檢測。

實(shí)施步驟包括：

1)首先啟動檢測牽引車1及計算機(jī)控制系統(tǒng)5，并通過檢測牽引車1帶動連續(xù)敲擊裝置2在行進(jìn)過程中對位置定位器4定位的測試路面的行車道進(jìn)行連續(xù)敲擊；如圖3所示，在連續(xù)敲擊裝置2進(jìn)行連續(xù)敲擊的過程中，由于專用麥克風(fēng)3能夠充分有效地拾取路面振動聲波信號，通過專用麥克風(fēng)3收集到被敲擊水泥混凝土路面板11的聲波信號，傳送給計算機(jī)控制系統(tǒng)5對聲波信號進(jìn)行分析處理，獲取路面振動聲波特征參數(shù)，聲波參數(shù)如表1所示。

表1路面振動聲波特征及實(shí)際開挖后路面表現(xiàn)

2)通過有限元模擬分析單元11軟件，考慮不同溫度梯度下水泥混凝土板的翹曲，以及不同三維脫空狀態(tài)，建立水泥混凝土路面三維有限元模型，模擬計算得到各種復(fù)雜工況條件下的聲波時域圖，再利用軟件進(jìn)行分析處理，獲取振動聲波特征參數(shù)，并建立水泥路面不同脫空和翹曲狀態(tài)下路面板振動聲波特征數(shù)據(jù)庫。

3)利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和有限元模擬分析得到的聲波特征參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，再利用現(xiàn)場獲取的振動聲波特征參數(shù)進(jìn)行識別驗(yàn)證。

4)現(xiàn)場檢測路面聲波特征并利用BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的智能篩選，確定水泥路面脫空狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)基于人工智能的水泥混凝土路面板底脫空狀態(tài)準(zhǔn)確、自動識別。

5)對超車道采用聲波檢測法現(xiàn)場檢測其聲波特征，結(jié)合數(shù)據(jù)庫結(jié)果，確定出水泥混凝土路面脫空所處平面位置、層位、區(qū)域大小等。

上述實(shí)施例為本發(fā)明在現(xiàn)有條件下最佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。