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1、10申请公布号CN104364445A43申请公布日20150218CN104364445A21申请号201380029906X22申请日2013040561/621,25920120406USE01C19/23200601E01C19/2820060171申请人俄克拉何马大学董事会地址美国俄克拉荷马州72发明人赛希康姆里穆沙拉夫扎曼74专利代理机构北京安信方达知识产权代理有限公司11262代理人孙静郑霞54发明名称用于测定道路硬度的方法和设备57摘要一种用于压实道路材料的设备，包括用于在构建道路期间计算硬度的压实分析仪。所述设备生成每一层道路的动态模量，所述动态模量可用于计算整体有效模量。一。
2、种用于测定硬度的方法，包括生成每一层的动态模量以及使用每一层的模量来计算整体有效模量。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014120586PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0355042013040587PCT国际申请的公布数据WO2013/152321EN2013101051INTCL权利要求书5页说明书15页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书5页说明书15页附图5页10申请公布号CN104364445ACN104364445A1/5页21一种使用压路机压实多层道路段的方法，所述压路机具有与其可操作地相关联的压实分析仪，所述方法包括将。
3、所述道路段的第一层的初始输入参数录入所述压实分析仪中；使所述压路机在所述道路段的一部分的所述第一层上进行多次通过；当所述压路机在所述道路段的所述部分的所述第一层上移动时，通过所述压路机向所述道路段的所述部分的所述第一层施加振动能量；当所述压路机在所述道路段的所述第一层部分上移动时，重复收集所述压路机的响应振动信号；基于所述压路机的所述响应振动信号以及录入到所述压实分析仪中的所述初始输入参数，使用所述压实分析仪生成表示估算模量的估算动态模量信号；在所述道路段的所述部分上的多个位置处，测量所述道路段的所述第一层的动态模量；将所述多个位置处的测量模量与所述估算模量进行比较以确定所述测量模量与所述估算。
4、模量之间的差；基于所确定的模量与所述估算模量之间的差来调整录入至所述分析仪的所述初始输入参数中的选定参数，使得由所述压实分析仪生成的调整模量输出信号将比所述估算模量信号更密切地接近于所述道路段的实际模量；以及滚压所述道路段的剩余部分直到具有调整输入参数的所述压实分析仪生成需要的调整输出模量信号为止。2根据权利要求1所述的方法，其中所述初始输入参数包括道路材料的混合特性、所述第一层的估算最小模量MLD和估算最大模量MT。3根据权利要求1所述的方法，其中MLD是规定铺设密度的模量且MT是达到所述第一层中所用的所述道路材料的混合标准的目标密度的模量。4根据权利要求3所述的方法，还包括识别具有最高功率。
5、、最低功率以及在所述最高功率和所述最低功率之间的等间隔功率水平的所述响应振动信号；以及将规定的最小压实水平、最大压实水平和等间隔压实水平指定为对应于具有所述最高功率、所述最低功率和所述等间隔功率的所述响应振动信号；将所述压实水平递送到所述压实分析仪的分析仪模块；以及根据公式MESTMLDKINCLOFFIN实时生成所述道路段的所述第一层部分的所述估算模量MEST，其中KIN是为初始输入参数的初始斜率参数，OFFIN是从所述最小估算模量偏移的估算偏移并且还是初始偏移参数，且CL是递送到所述分析仪模块的所述压实水平。5根据权利要求4所述的方法，其中所述调整步骤包括调整所述初始斜率参数和所述初始偏移。
6、参数，使得所述压实分析仪将根据公式MADJMLDKADJCLOFFSETADJ生成调整密度MADJ，其中KADJ和OFFADJ分别为调整斜率参数和调整偏移参数。6根据权利要求4所述的方法，其中使用方程来计算给定响应振动信号的功率，其中FI表示所述给定响应振动信号中包含的多个频率且SI是所述频率的幅值的平方。权利要求书CN104364445A2/5页37根据权利要求6所述的方法，其中所述初始斜率参数KIN由方程式KINMTMLD/NCL1表示，其中NCL是压实水平的总数，且其中估算初始偏移为零。8根据权利要求7所述的方法，其中所述调整步骤包括调整所述初始斜率参数和所述初始偏移参数，且根据公式MA。
7、DJMKADJCLOFFSETADJ生成调整密度MADJ，其中KADJ和OFFADJ分别为调整斜率参数和调整偏移参数。9根据权利要求8所述的方法，其中使用方程式来计算调整偏移，其中N是测量密度的所述多个位置的数量，MEST是在所述多个位置处的估算模量，MMEAS是所述多个位置处的测量模量，且使用以下方程式来计算所述调整斜率10一种压实方法，包括在道路段的部分的每一附加层上执行权利要求1至5的步骤以测定所述道路段的每一层的MADJ。11根据权利要求10所述的方法，还包括基于所述道路段的每一层的MADJ测定整体有效模量EEFF。12根据权利要求11所述的方法，其中所述道路是三层道路段，并且使用以下。
8、方程式测定EEFF其中EL1、EL2和EL3分别为层L1、L2和L3的动态模量，且H1、H2和H3为各自层的厚度并且为校正因子。13一种测定多层道路的硬度的方法，包括A使压路机在道路段的第一层上进行多次通过；B使用所述压路机向所述道路段的所述部分的所述第一层施加振动能量；C基于所述压路机的响应振动信号，使用与所述压路机可操作地相关联的压实分析仪生成估算模量信号；D独立测定所述第一层上的多个位置处的动态模量；E基于所述估算模量与在所述多个位置处独立测定的模量之间的差来调整用于所述压实分析仪的输入参数中的选定参数以达到比所述估算模量更密切地接近于实际模量的调整模量；F对所述道路段的每一层执行步骤A。
9、E；以及G对于所述道路的每一层，使用所述调整模量MADJ计算整体模量EEFF。14根据权利要求13所述的方法，其中所述独立测定步骤包括用落锤式弯沉仪测定所述多个位置处的所述模量。15根据权利要求14所述的方法，其中所述道路是三层道路，并且用下列方程式计算EEFF权利要求书CN104364445A3/5页4其中EL1、EL2和EL3分别是层L1、L2和L3的动态模量，且H1、H2和H3是各自层的厚度，且C1和C2是校正因子。16根据权利要求15所述的方法，其中所述初始输入参数包括道路材料的混合特性、所述第一层的估算最小模量MLD和估算最大模量MT。17根据权利要求16所述的方法，其中MLD是规定。
10、铺设密度的模量且MT是达到所述道路材料的混合标准的目标密度的模量。18根据权利要求17所述的方法，还包括识别具有最高功率、最低功率以及在所述最高功率和最低功率之间的等间隔功率水平的所述响应振动信号；以及将规定的最小压实水平、最大压实水平和等间隔压实水平指定为对应于具有所述最高功率、所述最低功率和所述等间隔功率的所述响应振动信号；将所述压实水平递送到所述压实分析仪的分析仪模块；以及根据公式MESTMLDKINCLOFFIN实时生成所述道路段的所述第一层部分的估算模量MEST，其中KIN是为初始输入参数的初始斜率参数，OFFIN是从所述最小估算模量偏移的估算偏移并且还是初始偏移参数，且CL是递送到。
11、所述分析仪模块的所述压实水平。19根据权利要求18所述的方法，其中所述调整步骤包括调整所述初始斜率参数和初始偏移参数，使得所述压实分析仪将根据公式MADJMLDKADJCLOFFSETADJ生成调整密度MADJ，其中KADJ和OFFADJ分别是调整斜率参数和调整偏移参数。20根据权利要求13所述的方法，其中所述独立测定步骤包括从所述多个位置切割核芯，测量所述核芯的密度；以及基于分别用于每一层的混合料的主曲线找到对应于所测量的密度的模量。21根据权利要求13所述的方法，其中所述独立测定步骤包括使用用于所述混合料的已知经验模型来测定所述模量。22一种测定道路硬度的方法，包括压实用于所述道路的每一层。
12、的沥青混合料以获得每一层的多个密度的多个实验室样品；测定对应于用于每一层的所述样品的铺设密度和目标密度的铺设模量MLD和目标模量MT；使用每一层的所述铺设模量和所述目标模量来计算每一道路层的模量；以及使用每一层的模量来计算所述道路的整体有效模量。23根据权利要求20所述的方法，其中所述使用步骤包括使压路机从第一层开始在所述道路段的一部分的每一层上进行多次通过，所述压路机具有与其可操作地相关联的压实分析仪；当所述压路机在所述道路段的所述部分的每一层上移动时，通过所述压路机向所述道路段的所述部分的每一层施加振动能量；当所述压路机在所述道路段的每一层部分上移动时，重复收集所述压路机的响应振动权利要求。
13、书CN104364445A4/5页5信号；根据公式MESTMLDKINC1OFFIN计算在每一层上多个位置处所述道路段的每一层的估算模量MEST，其中初始斜率参数KIN是MTM1D/NCL1并且是初始输入参数，OFFIN是从最小估算模量偏移的估算偏移并且还是初始偏移参数，CL是递送到所述分析仪模块的压实水平，且NCL是压实水平的数量；在所述道路段的所述部分上的所述多个位置处测量所述道路段的每一层的动态模量；将所述多个位置处的测量模量与所述估算模量进行比较以确定所述测量模量与所述估算模量之间的差；以及基于所确定的模量与所述估算模量之间的差来调整录入至所述分析仪的所述初始输入参数中的选定参数，使得。
14、由所述压实分析仪生成的调整模量输出信号将比所述估算模量信号更密切地接近于所述道路段的实际模量，所述调整步骤包括调整所述初始斜率参数和所述初始偏移参数，使得所述压实分析仪将根据公式MADJMLDKADJCLOFFSETADJ生成调整密度MADJ，其中KADJ和OFFADJ分别是调整斜率参数和调整偏移参数。24根据权利23所述的方法，其中所述道路是三层道路，且其中使用下列方程式计算所述道路的整体模量其中EL1、EL2和EL3分别是层L1、L2和L3的动态模量，且H1、H2和H3是各自层的厚度，且C1和C2是校正因子。25根据权利要求23所述的方法，所述测定步骤包括产生主曲线来表示每一层的所述样品的。
15、密度与每一层的所述样品的模量之间的关系；以及定位所述主曲线上的MLD和MT。26根据权利要求23所述的方法，其中所述测量步骤包括使用FWD找到所述多个位置处的所述模量。27一种压实多层道路的方法，包括测定每一层上多个位置处的模量；以及使用所述层中的每一层的所述模量计算所述道路的整体有效模量。28根据权利要求27所述的方法，其中所述道路是三层道路，且使用下列方程式来计算所述模量其中EL1、EL2和EL3分别是层L1、L2和L3的动态模量，且H1、H2和H3是各自层的厚度，且C1和C2是校正因子。29根据权利要求26所述的方法，所述测定步骤包括使具有压实分析仪的压路机在所述道路段的一部分的每一层上。
16、进行多次通过；权利要求书CN104364445A5/5页6当所述压路机在所述道路段的所述部分的每一层上移动时，通过所述压路机向所述道路段的所述部分的每一层施加振动能量；当所述压路机在所述道路段的所述第一层部分上移动时，重复收集所述压路机的响应振动信号；基于所述压路机的所述响应振动信号以及录入到所述压实分析仪中的所述初始输入参数，通过所述压实分析仪生成表示估算模量的估算动态模量信号；在所述道路段的所述部分上的多个位置处，测量所述道路段的所述第一层的动态模量；将所述多个位置处的测量模量与所述估算模量进行比较以确定所述测量模量与所述估算模量之间的差；基于所确定的模量与所述估算模量之间的差来调整录入至。
17、所述分析仪的所述初始输入参数中的选定参数，使得由所述压实分析仪生成的调整模量输出信号将比所述估算模量信号更密切地接近于所述道路段的实际模量。30根据权利要求27所述的方法，还包括滚压所述道路段的每一层的剩余部分直到具有所述调整输入参数的所述压实分析仪生成需要的调整输出模量信号为止。权利要求书CN104364445A1/15页7用于测定道路硬度的方法和设备0001相关申请的交叉引用0002要求2012年4月6日提交的标题为“METHODOFDETERMININGSTIFFNESS测定硬度的方法”的序列号为61/621,259的美国临时申请的优先权。0003发明背景0004本公开涉及用于压实道路材。
18、料的方法和设备，且更具体来说，涉及用于校准压实分析仪以及在构建期间测定硬度的方法和设备。0005沥青经常用作路面。在沥青铺路过程中，使用各种等级的骨料AGGREGATE。骨料与沥青胶结料焦油和沙子混合并加热到大约150至169，且铺路机铺设热沥青混合料，并且使用一系列钻孔机AUGER和铲土机将沥青混合料摊平。所述材料在铺设时由于沥青混合料中的气隙而不够致密。因此，压路机在沥青材料层本文中称为沥青面层ASPHALTMAT上来回驾驶通过多遍，或以不同方式产生充分压实以形成路面或个别路面层所需的沥青强度。0006在压实期间监控的关键工艺参数中的一者是沥青面层的压实密度。虽然有许多标准和程序确保达到了。
19、所需密度，但是这些标准中的大多数仅需要35个密度读数每车道英里。通常，密度读数将来自所提取的道路核芯ROADWAYCORE。在压实过程期间沥青面层的密度测量过程麻烦、耗时并且不代表达到了整体压实，除非测量值是通过大量以网格形式分布的点取得的，因此仅由于成本考虑，这种方式便难以在本领域中实现。不满足目标密度是不可接受的并且补救措施可导致显著的成本超支。由于不能直接测量密度，因此研究人员尝试了不同的间接测量方法。这些方法中的一些在标题为METHODANDAPPARATUSFORCOMPACTIONOFROADWAYMATERIALS用于压实道路材料的方法和设备的第8,190,338号美国专利中表示。
20、和说明。0007硬度同样是直接影响道路路面的负荷承载能力的关键设计因素。路面因车辙、疲劳裂纹和其他类型危害导致的早期损坏可归因于在压实过程中未达到足够硬度。路面的硬度通常用术语模量表示。虽然路面性能对硬度的依赖性众所周知，但是在构建路面期间，在现场很难测量或监控硬度。在路面冷却之后纠正未充分压实的补救措施费钱且耗时。由于路面设计为具有足够强度和硬度来承载交通负载，因此知道完工路面层的硬度是期望的。虽然沥青混合料的密度是其质量的一个量度，但是其并不直接提供路面在负载条件下的性能信息。在另一方面，硬度直接影响路面在交通负载下的性能。因此需要提供用于在压实过程中测量和监控硬度的设备和方法。0008发。
21、明概述0009本文中所公开的设备包括具有传感器的振动式压实机或压路机以及与其相关联的压实分析仪。压实分析仪具有特征提取模块FEATUREEXTRACTIONMODULE、神经网络模块和分析仪模块。传感器可包括用于测量压路机的振动响应信号的加速计，且压实分析仪利用振动响应信号的特性实时生成表示正被压实材料密度的模量信号。另外，压实分析仪将生成表示路面动态模量的信号。一种使用压路机压实道路段ROADWAYSECTION的方法，压路机具有与其可操作地相关联的压实分析仪，该方法包括将初始输入参数录入到压实分说明书CN104364445A2/15页8析仪中以及使压路机在所述道路段的一部分的一层上进行多次。
22、通过。所述方法还可包括当压路机在所述道路段的所述部分的所述层上移动时，通过压路机向所述道路段的所述部分施加振动能量以及当压路机在所述道路段的层部分上移动时，重复收集压路机的响应振动信号。附加步骤可包括基于压路机的响应振动信号和录入到压实分析仪中的初始输入参数通过压实分析仪生成表示估算动态模量的估算模量信号以及在所述道路段的所述部分上的多个位置处，测量所述道路段的所述层的模量。可将所述多个位置处的测量模量与估算模量进行比较以确定测量模量与估算模量之间的差。接着，可基于测量模量与估算模量之间的差调整录入到分析仪的初始输入参数中的选定参数。压实分析仪将生成调整模量输出信号，所述调整模量输出信号将比估。
23、算模量信号更密切地接近于道路段的实际模量。滚压所述道路段的所述层的剩余部分直到具有调整输入参数的压实分析仪生成所需的调整输出模量信号为止。在多层道路段的每一层上执行所述方法并且使用每一层的模量来测定所述多层道路段的有效模量。0010另一方法可包括将初始输入参数录入到压实分析仪中以及在道路段的一部分的一层上进行多次通过。在进行多次通过时可向所述道路段的层的一部分施加振动能量，收集响应于施加的振动能量生成的压路机的响应振动信号。可将选定的响应振动信号指定为对应于规定的压实水平，并且在压路机沿着所述道路段的所述部分移动时，将表示响应振动信号的所述道路段的所述部分的压实水平实时递送到压实分析仪的分析仪。
24、模块中。在压路机沿着所述道路的所述部分滚动时，基于递送的压实水平和初始输入参数，通过压实分析仪实时生成估算模量。可在所述道路段的所述部分的每一层上的多个位置处对所述道路段的所述部分进行模量测量以测定每一层上多个位置中的每一个位置处的测量模量。将由压实分析仪生成的多个位置处的估算模量与所述多个位置处的测量模量进行比较，并且基于估算模量与测量模量之间的差调整初始输入参数中的选定参数。基于递送的压实水平和比估算模量更密切地接近于实际模量的调整输入参数实时生成层道路段的调整模量。基于每一层的模量测定多层道路段的有效模量。0011附图简述0012图1是具有压实分析仪的压路机的示意图。0013图2是压实分。
25、析仪组件的示意图。0014图3是示例图且显示在一个时间瞬间的频谱特征。0015图4是频谱图且显示压路机通过的五秒数据集。0016图5显示图4中所表示的信号的功率量。0017图6是显示多层道路的截面。0018优选实施方式描述0019本公开涉及用于压实道路以及用于使用和校准智能沥青压实分析仪IACA的方法和设备。本公开还涉及测定道路的动态模量的方法，道路的动态模量是道路硬度的一个量度。0020图1示意性地显示了IACA5，IACA5是可在路面构建期间在路面的整个长度上实时连续测量沥青路面密度的装置。当前，本领域中所用的质量控制技术涉及在完工路面上数个位置处密度的测量或道路核芯ROADWAYCORE。
26、的提取。这些方法通常耗时且并未展现构建的整体质量。并且，所有识别的压实问题在沥青面层冷却之后都不能容易地补救。说明书CN104364445A3/15页90021近年来，振动式压实机的制造商已引进了数种智能压实IC技术。通过机器参数振动的幅值和频率、推力的向量化等的变化达到了土壤和骨料基底两者的均匀压实。机器参数的动态控制允许仅向未压实区域施加振动能量且因此防止过度压实并确保土壤/骨料基底的均匀压实。虽然这些IC技术很有前景，但是仍不能充分评估其性能。另外，这些IC产品需要购买配备有所述技术的新振动式压实机。0022与当今市场上提供的IC技术形成对比，IACA5是不控制机器行为的任何方面的测量装。
27、置。另外，IACA5是可在任何现有振动式压实机上改装的独立装置。IACA5的主要用途是提供在构建情况下路面上每一个位置处沥青面层密度的实时测量。压路机操作员可利用该信息来确保均匀压实，处理未压实部分以及防止路面过度压实。0023如图1中所示，IACA5基于振动式压路机例如振动式压路机10和下面的铺路材料其可以是例如热拌沥青混合料HMA形成耦合系统的假设运行。通过振动式压路机10的振动马达的频率和耦合系统的自然振动模式测定振动式压路机10的响应。沥青面层的压实增加其硬度且因此改变压实机的振动。因此对路面材料的性质和压实机振动频谱的了解可用来估算沥青面层的硬度。HMA的质量标准通常规定为气隙百分比。
28、，使得例如100密度意味着没有气隙存在，且90密度意味着存在10的气隙。由于质量标准通常规定为气隙含量百分比或者沥青面层的最大理论密度MTD的百分比，因此IACA5可估算路面的压实密度。0024现在参考附图，图1中显示振动式压实机或压路机10。振动式压实机10，例如其可以是DD138HFA英格索兰振动式压实机，包括前滚筒12和后滚筒14，前滚筒12具有安装在其中的偏心重锤ECCENTRICWEIGHT16，且若需要，前滚筒12和后滚筒14两者可具有安装在其中的偏心重锤16。偏心重锤16通过马达未显示转动，使得重锤16在滚筒12和14内的转动在滚筒12和14与基底18之间的接触处产生冲击，所述基。
29、底18可包括HMA。基底18可称为沥青面层18。冲击之间的间隔是压路机10速度和偏心重锤16速度的函数，且可为例如1012脉冲每纵尺。与IACA5相关联的传感器模块22包括安装到机架30以用于测量压实机10在操作期间的振动的加速计24，且可包括用于测量沥青基底的表面温度的红外温度传感器26。加速计24和温度传感器26可安装到压路机10的机架30。传感器26大体包括实时数据采集系统。IACA5可包括用户界面28，所述用户界面28可以是基于INTELPENTIUM的笔记本电脑，其用于列举振动马达的幅值和频率以及输入面层性质，例如混合类型和增填厚度。还可利用用户界面28录入其他初始输入参数，下文将对。
30、此进行详细解释。加速计24可以是CROSSBOW生产的能够测量高达10KHZ频率的10G加速度的CXL10HF3三轴加速计。沥青面层18的表面温度可使用安装在机架30上的红外温度传感器26测量。全球定位系统GPS32也可安装到压路机10。正如本领域中公知的，GPS将提供压路机10的位置且将与IACA5配合以便将知道由IACA5产生的密度的位置。例如，GPS接收器32可以是在压路机10移动时用于记录压路机10的位置的TRIMBLEPROXTGPS接收器。0025IACA5包括特征提取FE模块34，所述特征提取模块34计算输入信号的快速傅里叶变换FFT并且提取对应于以不同突出频率SALIENTFR。
31、EQUENCY振动的特征。输入信号是压路机10的响应振动信号，其由偏心重锤16制造的冲击而产生。响应振动信号由加速计24测量或收集。IACA5还包括神经网络NN分类器36，所述神经网络分类器36说明书CN104364445A4/15页10是经过训练以将提取的特征分类成不同类别的多层神经网络，其中每一种类别表示针对预先规定压实水平的振型VIBRATIONPATTERN。IACA5中的压实分析仪模块38后处理神经网络的输出并且估算实时压实程度。下文中将更加详细地阐述IACA5的每一个组件。0026特征提取器模块34执行快速傅里叶变换以有效地提取压路机10的响应振动信号的不同频率分量。FFT的输出是。
32、具有256个元素的向量，其中每一个元素对应于以相应频率的归一化信号功率。应理解，归一化信号功率是频率幅值的平方，因此提取的特征是频率以及频率幅值。图3是振动信号的频谱特征的实例且显示频率和频率的归一化功率即，幅值的平方。以1KHZ1000HZ/SEC的速率对压路机10的振动信号进行采样。由于以速率1KHZ对压路机10的响应振动信号进行采样，因此应理解频谱从0到500HZ均匀分布。由于FFT输出是具有256个元素的向量，因此特征是以大约2HZ的频带进行提取的。特征可以重叠方式每秒提取八次，使得到神经网络36的输入将包括来自提取特征的前一时刻的128个元素以及来自当前或直接特征提取的128个元素。。
33、0027神经网络分类器36是具有200个输入、输入层中的10个节点、隐蔽层中的4个节点和输出层中的1个节点的三层神经网络。神经网络的输入对应于特征提取模块的输出，即在这种情况下频谱中的200个特征。在优选实施例中，只考虑频谱即，从100500HZ中的上部200个特征。下部范围中的那些表示压路机10的频率并且可忽略。神经网络36将压路机10的振动响应信号分类成表示不同压实水平的类别。0028在校准过程期间在数次压路机通过遍数上分析特征提取模块34的输出并且计算每一时刻压路机10的响应振动信号中的总功率量。下文将陈述功率计算。识别最小功率水平、最大功率水平和等间隔功率水平并且使用对应于识别的功率水。
34、平的振动响应信号的特征来训练神经网络36。识别的最小功率水平、最大功率水平和等间隔功率水平被指定为对应于规定的压实水平。在压实过程期间，神经网络36观察压路机的响应振动信号的特征并将所述特征分类为对应于压实水平中的一者。0029将用编号识别或指定多个预先规定的压实水平。在规定五个压实水平的情况下，最小压实水平可被识别或指定为压实水平0，且最大压实水平可被指定为压实水平4。最小压实水平和最大压实水平之间的压实水平可被指定为对应于最小功率水平和最大功率水平之间的等间隔功率水平的压实水平1、2和3。图3是示例且显示对应于五个不同压实水平的特征，其中最低水平对应于压路机随着振动马达启动而操作的情况并且。
35、被指定为水平0，水平4被指定为对应于其中观察到最大振动的情况，且水平1至3对应于其之间的间隔水平。0030IACA5的初始校准假定压实水平0对应于沥青面层的铺设密度并且压实水平4对应于混合料配比设计表中规定的目标密度以高性能路面旋转式压实机SUPERPAVEGYRATORYCOMPACTOR的100次旋转设计。例如，沥青的铺设密度一般假定为85至88，且目标或最大密度一般为9497。压实水平1、2和3被指定为对应于其之间的等间隔密度。0031在校准操作期间，压路机10将在沥青面层18上通过数遍。沥青面层18可包括将要压实的道路段42的一部分40。部分40将包括定义的长度，例如30英尺。将在道路。
36、的所述部分上识别多个位置，标记为在图1上的位置A、B、C、D和E。所述位置将用于获得道路段42的部分40的实际测量密度。应理解，道路段42可延伸数英里并且一旦发生本文中所说明书CN104364445A105/15页11述的校准，那么只要该道路段包括与部分42相同的道路材料即可基于IACA显示器44上表示的IACA5的输出而发生对道路段42的剩余部分的滚压，而无需其他的密度实际测量。0032当压路机10在道路段42的部分40上进行多次通过时，偏心重锤16将如本文中所述产生冲击。在压路机10通过加速计24沿着部分40移动时，压路机10的响应振动信号由加速计24收集。0033当响应振动信号变得一致时。
37、，压路机10将停止通过操作，这表明压实中不再出现其他改变。例如，压路机10应在翻转发生之前停止。0034使用由特征提取器34提取的特征计算压路机10的响应振动信号的功率量。每次发生特征提取时便计算功率量，如本文中所述可为八次每秒。0035可如下计算压路机10的响应振动信号的功率水平或功率量。使用I作为频域中的指数，使得I1，NI，且使用J作为时域中的指数，使得J1，NJ，NI表示从振动信号提取的特征的最大数且NJ表示振动信号的样本的最大数。振动信号的频谱图可由NI行和NJ列的矩阵表示，其中频谱图中的每一个元素S表示给定特征在特定时刻的归一化功率即频率的幅值的平方。例如，ITH行和JTH列中的元。
38、素表示在JTS时刻的ITH特征中含有的归一化功率，其中TS是采样时间。0036如果FI是ITH特征的频率，那么在以时间指数J的振动信号中含有的总功率计算为00370038对于M连续时间指数的集，按照来计算所述集的功率特征，R是M连续时间指数集的功率特征指数，R1，NR；NRNJM1。0039显示在路面压实期间在一段路面上压路机连续通过多遍的振动信号中含有的功率的实例在图4中显示。在图中，功率指数被设置为三3，也就是说，经过三个连续时刻的功率量被平均以测定给定时刻的平均功率量。例如，三个连续时刻可以是125秒的三个连续间隔，这是因为如先前所解释的，特征可每125秒提取一次。0040一旦计算出压路。
39、机10的响应振动信号的功率量，则如图5中所示的频谱图可用于识别部分40上出现最大功率和最小功率的位置以及等间隔功率水平的位置，例如其之间的三个等间隔功率水平。通常，五个识别的功率水平被指定为对应于最小压实水平0、等间隔压实水平1、2和3、以及最大压实水平4。0041由特征提取器34提取的特征，即频率和频率幅值被用作到神经网络36的输入。神经网络36将对特征进行分类并识别特征为对应于压实水平0、1、2、3或4中的一者。如前所述，每当特征提取发生时，表示当时压路机的响应振动信号的200个特征，即，200个频率和那些频率的归一化功率幅值的平方被提供为到神经网络的输入。仅利用了200个特征且忽略了下部。
40、范围即，0100HZ中的那些特征。网络将被训练成使得神经网络的输出为压实水平0、1、2、3、4中的一者。神经网络将得到训练从而将提取的特征辨别为与对应于识别的功率水平中的一者的特征相同的特征或与其最相似的特征，并且将被相应分类。因此，说明书CN104364445A116/15页12如果提取的特征与对应于最小功率水平的特征最相似，那么神经网络的输出将为用于最小压实水平的指示符0。如果提取的特征与最大功率信号中含有的那些最相似，那么神经网络的输出将为指示已经达到最大压实的编号4。当提取的特征是与等间隔功率水平中的一者的那些特征最类似的特征时将发生相同的过程，在这种情况下，神经网络的输出将为编号1、。
41、2或3中的一者。在训练过程期间，修改神经网络的互联权重以使神经网络输出与对应于每一数据集的压实水平之间的误差最小。0042虽然密度是用来验收测试完工路面广泛接受的方法，但是密度测量仅是所需路面性质其是硬度的间接测量。除了提供构建期间道路实时密度读数之外，同样可利用IACA5来提供被压实道路的硬度的实时指示。0043可校准IACA5以估算构建道路40的动态模量E或M。随着构建道路，可使用IACA测定道路40的每一层的模量M，且据此可测定道路的整体有效模量EEFF。校准的方式和方法与关于应用于动态模量的密度所公开的方式和方法类似。0044IACA5的初始校准因此假设压实水平0对应于以铺设密度的沥青。
42、面层模量以及压实水平4对应于以混合料配比设计表以高性能路面旋转式压实机的100次旋转设计中规定的密度的目标动态模量MT。在训练IACA从而将振动分类成估算的压实机水平之后，就此IACA被校准以反应路面层的模量M，使得可以测定构建的多层路面的整体EEFF。为了对应动态模量校准IACA5，在实验室中处理动态模量测试以用于在构建每一层时所用的混合。MLD被假设为对应于层铺设密度的动态模量，且因此对应于最低压实水平。以压实混合料的目标密度的模量值MT被假设为可实现的最高模量且对应于最高压实水平。根据AASHTOTP6203测试方法，通过对所用的沥青混合料进行动态模量测试来测定MLD和MT。用测试来绘制。
43、所用混合料的主曲线从而使模量与密度相关联。绘制不同密度例如6、8、10和12的气隙的混合料的曲线。MLD为以12空隙的模量，且MT为以6空隙或94密度的模量。下文将更加详细地解释主曲线的构建。沥青的铺设密度通常被假设为例如85至88，且目标密度或最大密度通常为9497。压实水平1、2和3被指定为对应于其之间的等间隔密度。此处，以88、90、92和94的密度生成曲线。0045沥青混合料是热流变简单材料且时温重叠原理可适用于线性粘弹状态。可沿着频率轴移位沥青混合料的动态模量和相位角从而以所需参考温度或频率形成单一特性主曲线。关于混合料的主曲线以参考温度21使用在RBONAQUIT和DWCHRIST。
44、ENSEN所著的交通研究记录2005第1929号的PRACTICALPROCEDUREFORDEVELOPINGDYNAMICMODULUSMASTERCURVESTOPAVEMENTSTRUCTURALDESIGN用于绘制路面结构设计的动态模量主曲线的实用程序实用程序中概括的程序生成。使用显示用于拟合主曲线的反曲函数和移位因子的下列方程来绘制如在力学经验路面设计指南中描述且根据AASHTOTP6203所述的主曲线。非线性优化程序例如MICROSOFTEXCEL中的求解器可用于同步求解这些未知的参数。00460047本文中使用的移位因子具有以下形式说明书CN104364445A127/15页1。
45、300480049其中，MAX是特定混合料的最大|E|，FR是以参考温度的约化频率，F是以特定温度的频率，TR是以参考温度的粘合剂粘度，A是粘温曲线的回归截距，VTS是粘温敏感性的回归斜率，AT是温度和老化函数的移位因子，且、C是拟合参数。0050与密度校准一样，在动态模量校准操作期间，压路机10将在沥青面层18上通过数遍。沥青面层18可包括将要压实的道路段42其是多层道路的部分40。在所述实施例中，道路段42是三层道路段。部分40将包括定义的长度，例如三十英尺。将在道路的所述部分上识别位置，在图1中标记为位置A、B、C、D和E。如图6中所示，可用对应于各自层的下标来识别位置。用于层L1的位置。
46、可识别为A1、B1、C1、D1和E1。用于层L2的位置可识别为A2、B2、C2、D2和E2。用于层L1的位置可识别为A3、B3、C3、D3和E3。如果使用更多层，将按照这种模式，使得位置将为AIEI，其中I是层数。位置AE是示例性的且在本文所述的方法中可使用更多或更少位置。每一层L1、L2和L3的模量将用于获得道路段42的部分40的层的实际测量或独立测定模量。应理解，道路段42可延伸数英里并且一旦发生本文中所述的校准，那么只要该道路段包括与部分42相同的道路材料即可基于IACA显示器44上表示的IACA5的输出而发生对道路段42的剩余部分的滚压，而无需其他的模量实际测量。0051在滚压部分40。
47、之前，多个初始输入被录入到压实分析仪模块38中。初始输入包括道路材料的混合参数，所述混合参数可包括例如构建类型全深度、覆盖等等、混合类型、路面增填和增填厚度。其他初始输入包括以最大密度的估算目标模量MT和最小估算模量MLD，所述最小估算模量MLD可为以铺设密度的模量。MT将为本文中所述的目标密度。来自主曲线的MT和MLD将在21。在其他温度的模量值可通过应用主曲线中绘制的校正因子来计算。录入到分析仪模块38中的附加初始输入包括为估算或假设偏移的初始偏移OFFIN或以铺设密度的假设模量MLD与以铺设密度的实际模量之间的差、和初始斜率KIN。斜率常数仅为贯穿MT和MLD的直线的斜率和压实水平。在所。
48、述的实施例中，KIN是MTMLD/NCL1，其中NCL是压实层数。0052当压路机10沿着道路段42的部分40的层L1移动时，GPS传感器32将触发加速计24，以在到达位置A时开始收集振动数据。在部分40的起点A和终点E处的坐标可在例如道路部分40的宽度的中心处。将利用坐标来在压路机10在部分40上通过时开始和结束对压路机10的响应振动信号的收集。附加位置B、C和D可在例如五、十五和二十五英尺处且同样标记在道路段的部分40的宽度的中心处。在用神经网络36分类由特征提取器34提取的特征时，压实水平将为到分析仪模块38的输入，所述分析仪模块38将利用初始录入的输入参数并将生成用兆帕MPA表示的估算。
49、模量的显示。将使用方程式MESTMLDKINCLOFFIN计算估算模量MEST，其中CL是压实水平。假设OFFIN为0。例如，假设88的铺设密度LD和2500MPA的相应模量MLD以及96的最大估算密度和3500MPA的相应模量MT其之间具有三个等间隔水平，神经网络的输出为2且假设偏移为0，那么MEST25001000/423000MPA。分析仪模块38将把压实水平转化成以MPA表示的估算模量。0053应理解，由于压路机10的速度和取得样本的步速的迅速性，在不存在任何过滤的情况下，显示将可能在估算的密度之间迅速交替，使得显示不可读。低通过滤器可用于使信号平滑并且向用户提供没有闪烁的稳定显示。在滚压层的压实中没有出现改变时，压路机说明书CN104364445A138/15页1410停止通过或停止沿着部分40移动。在初始校准之后通过IACA5估算的层L1的模量是基于以下假设在现场压实期间的确达到了用于层L1的指定混合料的目标硬度MT。然而，数个特征，例如压实装备、滚压模式、混合料的铺设温度、增填厚度和其他参数，可影响任何给定位置处的实际模量。为对这些偏差做出解释，测定实际测量的或独立测定的模量。一种用于测量的方法是通过使用落锤式弯沉仪FALLINGWEIGHTDEFLE。