本發(fā)明涉及路基施工，具體地說是路基施工壓實(shí)指標(biāo)優(yōu)選方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在道路施工過程中，振動(dòng)壓實(shí)是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在路基、水泥穩(wěn)定碎石層、瀝青面層的施工中需要通過振動(dòng)碾壓，提高填筑材料的密實(shí)度和穩(wěn)定性，達(dá)到道路使用性能的要求，近年來，基于加速度傳感器的連續(xù)控制壓實(shí)及質(zhì)量檢測(cè)方法得以發(fā)展和推廣，這種方法通過提取壓路機(jī)振動(dòng)輪縱向加速度信號(hào)頻域特征，計(jì)算出可以連續(xù)檢測(cè)的質(zhì)量指標(biāo)壓實(shí)計(jì)值cmv，進(jìn)一步地考慮到振動(dòng)信號(hào)的更多特征和碾壓現(xiàn)場(chǎng)的區(qū)別，提出了rmv、ccv、thd諧波比等多個(gè)指標(biāo)，此外，基于振動(dòng)輪縱向加速度時(shí)域特征，還提出了加速度峰值，加速度有效值和地基反力等，這些可以實(shí)時(shí)測(cè)得的指標(biāo)統(tǒng)稱智能壓實(shí)指標(biāo)icmv，不同的指標(biāo)具有不同的特征，適用于不同的施工場(chǎng)景。

2、在智能路基施工過程中需要選取優(yōu)選的壓實(shí)指標(biāo)，現(xiàn)有技術(shù)中的壓實(shí)指標(biāo)優(yōu)選方法大多是基于經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜遗袛啵F(xiàn)有技術(shù)中的方法存在以下不足：

3、1、指標(biāo)權(quán)重確定困難：智能路基施工壓實(shí)指標(biāo)的優(yōu)選需要考慮各種因素的權(quán)重分配，如土壤類型、降雨情況、施工設(shè)備等，目前基于經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜遗袛嗟姆椒?，缺乏科學(xué)性和客觀性；

4、2、缺乏智能化決策支持：智能路基施工壓實(shí)指標(biāo)優(yōu)選需要將數(shù)據(jù)分析與決策支持相結(jié)合，但目前的方法大多是基于規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)，缺乏智能化的決策支持系統(tǒng)，無(wú)法滿足復(fù)雜、多變的實(shí)際場(chǎng)景需求。

5、如何選取路基施工壓實(shí)指標(biāo)以適應(yīng)復(fù)雜多變的場(chǎng)景需求，是需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)以上不足，提供路基施工壓實(shí)指標(biāo)優(yōu)選方法及系統(tǒng)，來解決如何選取路基施工壓實(shí)指標(biāo)以適應(yīng)復(fù)雜多變的場(chǎng)景需求的技術(shù)問題。

2、第一方面，本發(fā)明一種路基施工壓實(shí)指標(biāo)優(yōu)選方法，包括如下步驟：

3、數(shù)據(jù)采集：選擇路基壓實(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并基于建立的數(shù)據(jù)更新機(jī)制獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括土壤特性、氣象條件以及工程設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)；

4、數(shù)據(jù)分析：對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和篩選，得到評(píng)估路基壓實(shí)效果的數(shù)據(jù)閾值作為特征指標(biāo)，并通過層次分析法確定特征指標(biāo)的權(quán)重；

5、模型構(gòu)建：基于特征指標(biāo)以及特征指標(biāo)的權(quán)重構(gòu)建優(yōu)化模型，并對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行模型訓(xùn)練、評(píng)估和優(yōu)化，所述優(yōu)化模型用于基于特征指標(biāo)的權(quán)重對(duì)路基壓實(shí)效果的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，得到路基壓實(shí)指標(biāo)效果；

6、系統(tǒng)構(gòu)建：基于優(yōu)化模型構(gòu)建決策支持系統(tǒng)，并對(duì)決策支持系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，所述決策支持系統(tǒng)用于基于優(yōu)化模型得到路基壓實(shí)指標(biāo)效果，基于路基壓實(shí)指標(biāo)效果對(duì)路基壓實(shí)過程進(jìn)行優(yōu)化、得到路基壓實(shí)指標(biāo)的優(yōu)化方案，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行決策推薦；

7、系統(tǒng)優(yōu)化：將構(gòu)建的決策支持系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際施工環(huán)境中，并決策支持系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)優(yōu)化模型和決策支持系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化；

8、系統(tǒng)應(yīng)用：基于優(yōu)化后的決策支持系統(tǒng)對(duì)不同場(chǎng)景進(jìn)行路基壓實(shí)指標(biāo)的優(yōu)選以及決策推薦。

9、作為優(yōu)選，數(shù)據(jù)采集包括如下步驟：

10、確定數(shù)據(jù)來源和更新需求：確定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的來源渠道和更新頻率，來源渠道包括傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備、api接口、實(shí)際調(diào)查以及實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)；

11、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：基于來源渠道以及更新頻率構(gòu)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)處理與清洗模塊，數(shù)據(jù)源模塊用于選擇數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)采集模塊用于通過傳感器接口、api接口集成以及數(shù)據(jù)爬取技術(shù)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理與清洗模塊用于對(duì)采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查；

12、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)配置：選擇監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式，存儲(chǔ)方式包括數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)；

13、建立數(shù)據(jù)更新調(diào)度：設(shè)置數(shù)據(jù)更新的調(diào)度任務(wù)，基于更新頻率、通過調(diào)度任務(wù)對(duì)存儲(chǔ)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新；

14、監(jiān)控預(yù)警：建立數(shù)據(jù)更新的監(jiān)控和預(yù)警機(jī)制，基于監(jiān)控和預(yù)警機(jī)制對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的更新頻率以及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)異?；蚬收线M(jìn)行預(yù)警；

15、測(cè)試優(yōu)化：對(duì)監(jiān)控和預(yù)警機(jī)制進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)試和優(yōu)化。

16、作為優(yōu)選，數(shù)據(jù)分析包括如下步驟：

17、特征選擇：基于專業(yè)知識(shí)和先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中篩選出對(duì)壓實(shí)效果有關(guān)聯(lián)得特征指標(biāo)；

18、相關(guān)性分析：對(duì)于通過特征選擇得到的特征指標(biāo)，計(jì)算特征指標(biāo)與路基壓實(shí)效果指標(biāo)之間的相關(guān)性，得到相關(guān)性分析結(jié)果；

19、特征篩選：基于相關(guān)性分析結(jié)果選擇與路基壓實(shí)效果指標(biāo)具有相關(guān)性的特征指標(biāo)，并對(duì)篩選出的特征指標(biāo)進(jìn)行建模分析，建模分析時(shí)通過互信息衡量?jī)蓚€(gè)變量之間的非線性關(guān)系、從而計(jì)算特征指標(biāo)與路基壓實(shí)效果指標(biāo)之間的相關(guān)程度，基于相關(guān)程度進(jìn)行特征指標(biāo)篩選；

20、特征評(píng)估：對(duì)于篩選出的特征指標(biāo)，對(duì)特征指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，并通過層次分析方法計(jì)算特征指標(biāo)的權(quán)重。

21、作為優(yōu)選，通過層次分析方法計(jì)算特征指標(biāo)的權(quán)重，包括如下步驟：

22、構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)：確定路基壓實(shí)指標(biāo)權(quán)重問題，并將路基壓實(shí)指標(biāo)權(quán)重問題劃分為包括三個(gè)層次的層級(jí)結(jié)構(gòu)，三個(gè)層次分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和選型層，目標(biāo)層為路基壓實(shí)指標(biāo)的權(quán)重確定，準(zhǔn)則層為各個(gè)特征指標(biāo)，選項(xiàng)層為可選擇的特征指標(biāo)；

23、構(gòu)建判斷矩陣：對(duì)于每一對(duì)特征指標(biāo)的比較，通過專家評(píng)估或問卷調(diào)查的方式構(gòu)建一個(gè)判斷矩陣，其中判斷矩陣中的每個(gè)元素表示相對(duì)重要性的比較結(jié)果，判斷矩陣的結(jié)構(gòu)是一個(gè)n×n的矩陣，其中n表示特征指標(biāo)的數(shù)量，判斷矩陣的主對(duì)角線上的元素為1，表示特征指標(biāo)與自身之間的比較，默認(rèn)為最重要，非對(duì)角線上的元素表示兩個(gè)特征指標(biāo)之間的相對(duì)重要性比較結(jié)果，根據(jù)一致性比較尺度進(jìn)行填寫，其輸入是決策者對(duì)每對(duì)特征指標(biāo)之間的重要性進(jìn)行比較的結(jié)果；

24、計(jì)算特征指標(biāo)的權(quán)重：對(duì)于準(zhǔn)則層的判斷矩陣，使用特征向量法計(jì)算每個(gè)準(zhǔn)則的權(quán)重；特征向量法將判斷矩陣的每一列進(jìn)行歸一化處理，并計(jì)算其平均值作為權(quán)重向量；對(duì)于選項(xiàng)層的判斷矩陣，同樣使用特征向量法計(jì)算每個(gè)選項(xiàng)的權(quán)重，其在特征向量法中，用于計(jì)算特征指標(biāo)的權(quán)重時(shí)，使用到的表達(dá)式為：其中w是特征指標(biāo)的權(quán)重向量，n是特征指標(biāo)的數(shù)量，aij是判斷矩陣的元素，表示第i個(gè)指標(biāo)與第j個(gè)指標(biāo)之間的相對(duì)重要性；

25、一致性檢驗(yàn)：通過計(jì)算一致性指標(biāo)cr來評(píng)估判斷矩陣的一致性程度，cr值應(yīng)小于0.1，表示判斷矩陣的一致性較好，計(jì)算一致性指標(biāo)cr來評(píng)估判斷矩陣的一致性程度；

26、調(diào)整權(quán)重：如果cr值超過0.1，表示判斷矩陣存在較大的不一致性，需要進(jìn)行調(diào)整，通過對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修改或與專家進(jìn)行交流，從而獲得更一致的權(quán)重結(jié)果；

27、綜合權(quán)重：根據(jù)計(jì)算得到的權(quán)重，可以綜合各層次的權(quán)重，計(jì)算出最終的特征指標(biāo)權(quán)重。

28、作為優(yōu)選，計(jì)算一致性指標(biāo)cr來評(píng)估判斷矩陣的一致性程度，包括如下步驟：

29、計(jì)算每個(gè)準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重；

30、計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax，其計(jì)算過程為：對(duì)判斷矩陣進(jìn)行特征值分解，將判斷矩陣表示為a，分解得到特征向量和特征值，其表達(dá)式為：

31、a*x＝λ*x，

32、其中，x表示特征向量，λ表示特征值；

33、通過求解方程a*x＝λ*x，求得判斷矩陣的特征值λ，特征值中的最大值即為判斷矩陣的最大特征值；

34、根據(jù)判斷矩陣的大小n×n查找隨機(jī)一致性指標(biāo)ri，ri的值是根據(jù)判斷矩陣大小預(yù)先確定的；

35、根據(jù)判斷矩陣的大小和ri值，計(jì)算一致性指標(biāo)ci，其計(jì)算公式為：

36、計(jì)算一致性比率cr，計(jì)算公式為：

37、作為優(yōu)選，模型構(gòu)建包括如下步驟：

38、建立優(yōu)化模型：基于特征指標(biāo)以及特征指標(biāo)的權(quán)重構(gòu)建優(yōu)化模型，優(yōu)化模型為基于線性回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型；

39、參數(shù)估計(jì)與模型訓(xùn)練：基于構(gòu)建的訓(xùn)練集、通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練優(yōu)化模型，估計(jì)優(yōu)化模型的參數(shù)；

40、模型評(píng)估與驗(yàn)證：對(duì)訓(xùn)練后的優(yōu)化模型進(jìn)行模型評(píng)估和驗(yàn)證，并基于構(gòu)建的測(cè)試集評(píng)估優(yōu)化模型的性能和泛化能力；

41、優(yōu)化模型應(yīng)用：從實(shí)際場(chǎng)景采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并提取特征指標(biāo)以及特征指標(biāo)的權(quán)重，以特征指標(biāo)的權(quán)重為輸入、通過優(yōu)化模型預(yù)測(cè)路基壓實(shí)指標(biāo)效果，基于預(yù)測(cè)的路基壓實(shí)指標(biāo)效果對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化。

42、作為優(yōu)選，系統(tǒng)構(gòu)建包括如下步驟：

43、通過邏輯回歸法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化；

44、配置決策支持系統(tǒng)的界面和交互方式，包括圖形界面、數(shù)據(jù)輸入表單以及可視化報(bào)告；

45、構(gòu)建決策支持系統(tǒng)的功能，包括模型預(yù)測(cè)功能、優(yōu)化算法功能以及決策推薦功能，模型預(yù)測(cè)功能用于通過優(yōu)化模型預(yù)測(cè)路基壓實(shí)指標(biāo)效果，優(yōu)化算法功能用于基于路基壓實(shí)指標(biāo)效果對(duì)路基壓實(shí)過程進(jìn)行優(yōu)化、得到路基壓實(shí)指標(biāo)的優(yōu)化方案，決策推薦功能用于對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行決策推薦；

46、將開發(fā)完成的決策支持系統(tǒng)部署到實(shí)際施工環(huán)境中，對(duì)施工環(huán)境采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，基于得到特征指標(biāo)權(quán)重、通過決策支持系統(tǒng)進(jìn)行路基壓實(shí)指標(biāo)的優(yōu)選以及決策推薦。

47、第二方面，本發(fā)明一種路基施工壓實(shí)指標(biāo)優(yōu)選系統(tǒng)，用于通過如第一方面任一項(xiàng)所述的一種路基施工壓實(shí)指標(biāo)優(yōu)選方法進(jìn)行路基壓實(shí)指標(biāo)的優(yōu)選以及決策推薦，所述系統(tǒng)包括：

48、數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于執(zhí)行如下：選擇路基壓實(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并基于建立的數(shù)據(jù)更新機(jī)制獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括土壤特性、氣象條件以及工程設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)；

49、數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)分析模塊用于執(zhí)行如下：對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和篩選，得到評(píng)估路基壓實(shí)效果的數(shù)據(jù)閾值作為特征指標(biāo)，并通過層次分析法確定特征指標(biāo)的權(quán)重；

50、模型構(gòu)建模塊，所述模型構(gòu)建模塊用于執(zhí)行如下：基于特征指標(biāo)以及特征指標(biāo)的權(quán)重構(gòu)建優(yōu)化模型，并對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行模型訓(xùn)練、評(píng)估和優(yōu)化，所述優(yōu)化模型用于基于特征指標(biāo)的權(quán)重對(duì)路基壓實(shí)效果的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，得到路基壓實(shí)指標(biāo)效果；

51、系統(tǒng)構(gòu)建模塊，所述系統(tǒng)構(gòu)建模塊用于執(zhí)行如下：基于優(yōu)化模型構(gòu)建決策支持系統(tǒng)，并對(duì)決策支持系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，所述決策支持系統(tǒng)用于基于優(yōu)化模型得到路基壓實(shí)指標(biāo)效果，基于路基壓實(shí)指標(biāo)效果對(duì)路基壓實(shí)過程進(jìn)行優(yōu)化、得到路基壓實(shí)指標(biāo)的優(yōu)化方案，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行決策推薦；

52、系統(tǒng)優(yōu)化模塊，所述系統(tǒng)優(yōu)化模塊用于執(zhí)行如下：將構(gòu)建的決策支持系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際施工環(huán)境中，并決策支持系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)優(yōu)化模型和決策支持系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化；

53、系統(tǒng)應(yīng)用模塊，所述系統(tǒng)應(yīng)用模塊用于執(zhí)行如下：基于優(yōu)化后的決策支持系統(tǒng)對(duì)不同場(chǎng)景進(jìn)行路基壓實(shí)指標(biāo)的優(yōu)選以及決策推薦。

54、本發(fā)明的路基施工壓實(shí)指標(biāo)優(yōu)選方法及系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

55、1、通過對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，并通過統(tǒng)計(jì)分析或者機(jī)器學(xué)習(xí)算法評(píng)估提取的特征與施工壓實(shí)效果指標(biāo)之間的相關(guān)性，并結(jié)合層次分析法確定出各個(gè)特征指標(biāo)的權(quán)重，從而可科學(xué)性客觀性的考慮到智能路基施工壓實(shí)指標(biāo)的權(quán)重分配；

56、2、基于已確定的特征指標(biāo)權(quán)重以及特征指標(biāo)建立優(yōu)化模型，并對(duì)建立的優(yōu)化模型進(jìn)行決策預(yù)測(cè)和優(yōu)化，從而開發(fā)智能化決策支持系統(tǒng)，根據(jù)開發(fā)的系統(tǒng)可生成決策和優(yōu)化方案，從而可應(yīng)用到不同的實(shí)際環(huán)境中，能夠滿足復(fù)雜、多變的實(shí)際場(chǎng)景需求。