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山东大学学报 (工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (3): 73-79.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.487

• 土木工程 • 上一篇    下一篇

路面层间应变信号的预处理方法

李萌1a(),纪少波1,a*(),王豪1a,廖宝梁2,韩文扬2,韦金城2,廉静1a,葛智1b   

  1. 1a. 山东大学能源与动力工程学院, 山东 济南 250061
    1b. 山东大学齐鲁交通学院, 山东 济南 250061
    2. 山东省交通科学研究院, 山东 济南 250031
  • 收稿日期:2018-11-12 出版日期:2019-06-20 发布日期:2019-06-27
  • 通讯作者: 纪少波 E-mail:1575499346@qq.com;jobo@sdu.edu.cn
  • 作者简介:李萌(1995—)，女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生，主要研究方向信号测试及处理. E-mail:1575499346@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(51478252);高速公路养护技术交通行业重点实验室开放基金(2016-01)

The pretreatment methods of pavement strain signals

Meng LI1a(),Shaobo JI1,a*(),Hao WANG1a,Baoliang LIAO2,Wenyang HAN2,Jincheng WEI2,Jing LIAN1a,Zhi GE1b   

  1. 1a. School of Energy and Power Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
    1b. Qilu College of Transportation, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
    2. Shandong Transportation Research Institute, Jinan 250031, Shandong, China
  • Received:2018-11-12 Online:2019-06-20 Published:2019-06-27
  • Contact: Shaobo JI E-mail:1575499346@qq.com;jobo@sdu.edu.cn
  • Supported by:
    国家自然科学基金资助项目(51478252);高速公路养护技术交通行业重点实验室开放基金(2016-01)

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530

摘要：

为获得路面层间应变情况、实时监测道路状态,开发一套无人值守路面层间应变信号自动采集系统。选用四轴货车进行现场试验,对采集的应变信号进行特点分析,通过去除趋势项消除实测信号的零点漂移问题;采用S变换方法研究路面层间应变信号在时域和频域上的分布规律;为提高实测道路应变信号的信噪比,分别采用低通滤波和小波滤波方法对信号进行预处理。研究结果表明:所开发系统可以实现道路应变信号的自动采集;采集的路面层间应变信号的噪声成分频率不固定,而道路应变信号的有效成分主要为50 Hz以下的低频信号;低通滤波方法在处理应变信号时有局限性;小波滤波方法对不同类型的噪声信号都能取得良好的滤波效果,适合路面层间应变信号的预处理。

关键词: 道路工程, 零漂处理, 小波滤波, 低通滤波, 信号处理

Abstract:

In order to obtain the interlayer strain condition of pavement and monitor the state of the road in real time, an automatic collection system of unattended interlayer strain signal was developed. A four-axle truck was selected for field test to analyze the characteristics of the collected strain signal, and the zero drift of the measured signal was eliminated by removing the trend term. The S variation method was used to study the distribution of interlayer strain signal in time and frequency domain. Finally, in order to improve the signal-to-noise ratio of measured road strain signals, low-pass filtering and wavelet filtering methods were used to preprocess the signals. The results showed that the developed system realized the automatic collection of road strain signal. The noise component frequency of the collected pavement interlayer strain signal was not fixed, and the effective component of the road strain signal was mainly the low-frequency signal below 50 Hz. The low-pass filtering method had limitations in processing strain signal, and wavelet filtering method was suitable for the pretreatment of strain signals between pavement layers for its great filtering effect on different types of noise signals.

Key words: pavement engineering, zero drift handling, wavelet-denoising, low-pass filter, signal processing

中图分类号: 

  • U416.217

图1

采集系统结构"

图2

应变传感器的层间布置"

图3

实测路面层间应变信号"

图4

不同阶多项式去零漂效果对比"

表1

各多项式的残差"

一阶二阶四阶六阶
7.571 47.571 27.571 47.571 3

图5

两组信号S变换结果"

图6

Mallat算法的小波分解过程"

图7

两组信号低通滤波前后对比曲线"

图8

不同滤波方法对比"

1 管志光, 庄传仪, 林明星. 足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应[J]. 交通运输工程学报, 2012, 12 (2): 24- 31.
doi: 10.3969/j.issn.1671-1637.2012.02.004
GUAN Zhiguang , ZHUANG Chuanyi , LIN Mingxing . Accelerated loading dynamic respond of full-scale asphalt concrete pavement[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012, 12 (2): 24- 31.
doi: 10.3969/j.issn.1671-1637.2012.02.004
2 刘锋, 李浩. 沥青路面结构实测应变数据后处理[J]. 公路, 2017, 5 (5): 60- 63.
LIU Feng , LI Hao . Post-processing of measured strain data for asphalt pavement structure[J]. Highway, 2017, 5 (5): 60- 63.
3 杨永顺, 王林, 韦金城, 等. 重载作用下典型路面结构动力响应数据采集与分析[J]. 公路交通科技, 2010, 27 (5): 11- 16.
doi: 10.3969/j.issn.1002-0268.2010.05.003
YANG Yongshun , WANG Lin , WEI Jincheng , et al. Typical pavement structure dynamic response data collection and analysis under heavy vehicle loading[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2010, 27 (5): 11- 16.
doi: 10.3969/j.issn.1002-0268.2010.05.003
4 韦金城, 王林, TIMMD. 沥青层应变传感器数据采集及处理方法研究[J]. 公路工程, 2009, 34 (2): 45- 47.
doi: 10.3969/j.issn.1674-0610.2009.02.010
WEI Jincheng , WANG Lin , TIMM D . Asphalt pavement strain gauge data collection and signals process[J]. Highway Engineering, 2009, 34 (2): 45- 47.
doi: 10.3969/j.issn.1674-0610.2009.02.010
5 谭振宇, 李浩, 许新权, 等. 沥青路面力学响应监测系统布置方案研究[J]. 武汉理工大学学报, 2017, 41 (3): 528- 532.
doi: 10.3963/j.issn.2095-3844.2017.03.034
TAN Zhenyu , LI Hao , XU Xinquan , et al. Study on layout of monitoring system about mechanical response of asphalt pavement[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2017, 41 (3): 528- 532.
doi: 10.3963/j.issn.2095-3844.2017.03.034
6 王建坤.利用光纤光栅测量沥青路面结构应力-应变场[D].大连:大连理工大学, 2013.
WANG Jiankun.The measurement of asphalt pavement structure stress-strain field using FBG sensor[D].Dalian: Dalian University of Technology, 2013.
7 GIORGIO N. Monitoring of mining induced subsidence through measurement of ground strain with fiber bragg grating sensors[C]//10th IEEE Conference on Sensors. Limerick, Ireland: IEEE Sensors, 2011: 1277-1280.
8 潘小康.沥青路面结构信息监测数据挖掘研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2015.
PAN Xiaokang. Data mining of asphalt pavement structural information monitoring[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2015.
9 周兴林, 李俊, 郭永兴, 等. 基于光纤光栅的轮胎-路面三向力测量传感器设计[J]. 仪表技术与传感器, 2018, (10): 9- 13.
doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2018.10.003
ZHOU Xinglin , LI Jun , GUO Yongxing , et al. Design of type-road tri-axial contact force measurement sensor based on fiber bragg grating[J]. Instrument Technique and Sensor, 2018, (10): 9- 13.
doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2018.10.003
10 王占军, 钟艳辉, 张蓓. Matlab小波分析在路面雷达信号处理中的应用[J]. 西部探矿工程, 2007, (9): 191- 193.
doi: 10.3969/j.issn.1004-5716.2007.09.075
WANG Zhanjun , ZHONG Yanhui , ZHANG Bei . The application of Matlab wavelet analysis in radar signal processing[J]. West-China Exploration Engineering, 2007, (9): 191- 193.
doi: 10.3969/j.issn.1004-5716.2007.09.075
11 胡海军, 龚华平, 郑紫珊, 等. 光纤应变监测系统的数据处理方法研究[J]. 光学与光电技术, 2013, 11 (5): 25- 28.
doi: 10.3969/j.issn.1672-3392.2013.05.007
HU Haijun , GONG Huaping , ZHENG Zishan , et al. Research on data processing method of optical fiber strain detection system[J]. Optics & Opts Electronic Technology, 2013, 11 (5): 25- 28.
doi: 10.3969/j.issn.1672-3392.2013.05.007
12 STOCKWELL R G , MANSIHA L , LOWE R L . Localization of the complex spectrum: the S-transform[J]. IEEE Transcations on Signal Processing, 1996, 44, 998- 1001.
doi: 10.1109/78.492555
13 MALLAT S , SETPHANC G . A theory for multiresolution signal decompositions-the wavelet representation[J]. IEEE Transom PAM I, 1989, 11 (7): 674- 693.
doi: 10.1109/34.192463
14 余钰炜.小波变换及小波网络在化工控制中的应用[D].厦门:厦门大学, 2009.
YU Yuwei. Applications of wavelet transform and wavelet neural network in chemical process control[D]. Xiamen: Xiamen University, 2009.
15 肖川, 邱延峻, 艾长发, 等. 行车荷载作用下沥青路面动力特性试验[J]. 长安大学学报(自然科学版), 2016, 36 (2): 26- 34.
doi: 10.3969/j.issn.1671-8879.2016.02.004
XIAO Chuan , QIU Yanjun , AI Changfa , et al. Experiment on dynamical characteristics of asphalt pavement under vehicle load[J]. Journal of Chang'an University (Natural Science Edition), 2016, 36 (2): 26- 34.
doi: 10.3969/j.issn.1671-8879.2016.02.004
[1] 蒋树磊,杨世锋,杨令航,师文明,邹福清,单青红. 城市快速路小间距并行高铁深塘跨越技术[J]. 山东大学学报 (工学版), 2019, 49(1): 91-100.
[2] 王忠啸,崔新壮,崔社强,张磊,车华桥,苏俊伟. 咸水区水泥土桩劣化及改性对道路复合地基的影响[J]. 山东大学学报(工学版), 2018, 48(4): 69-77.
[3] 郭德栋,张圣涛,李晋,张龙,张习斌. 厂拌热再生过程中旧矿料颗粒的迁移行为[J]. 山东大学学报(工学版), 2018, 48(2): 46-52.
[4] 崔新壮,黄丹,刘磊,蓝日彦,吕海波,赵艳林,曹卫东,常成利. 沥青路面病害力学研究进展[J]. 山东大学学报(工学版), 2016, 46(5): 68-87.
[5] 姚占勇,张昊,商庆森,宫本辉,刘志杭,王旭刚. 可溶盐作用下水泥稳定花岗岩风化料特性[J]. 山东大学学报(工学版), 2016, 46(2): 85-93.
[6] 郭德栋1,2,沙爱民3. 基于微波与磁铁耦合发热效应的融雪除冰技术[J]. 山东大学学报(工学版), 2012, 42(4): 92-97.
[7] 王心一1,杜光2*. 降采样固定时延估算法在声回波对消系统中的应用[J]. 山东大学学报(工学版), 2011, 41(3): 42-45.
[8] 陈瑜,高英力. 公路面层脱硫石膏—粉煤灰混凝土试验研究与应用[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(6): 72-75.
[9] 李铁军,刘倩,张宇. 基于方向场信息的指纹图像质量评测[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(5): 154-158.
[10] 姚占勇 田腾辉. 不同轮压分布形式对半刚性路面结构力学响应的有限元分析[J]. 山东大学学报(工学版), 2009, 39(6): 105-110.
[11] 李海东 田岚 李树忱. 基于二次时差法的隧道施工探测仪的设计与实现[J]. 山东大学学报(工学版), 2009, 39(4): 74-77.
[12] 崔新壮,金青 . 轮载作用下饱水沥青路面的动力响应[J]. 山东大学学报(工学版), 2008, 38(5): 19-24 .
[13] 龚宇雷,王 辉,李庆民 . 锁相环动态频相跟踪特性分析[J]. 山东大学学报(工学版), 2008, 38(4): 107-111 .
[14] 崔新壮,商庆森,姚占勇 . 强夯在威乳高速公路改建工程中的应用研究及一般性推广[J]. 山东大学学报(工学版), 2008, 38(4): 53-56 .
[15] 郑桂兰,马庆雷,潘秀华 . 旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构设计方法研究[J]. 山东大学学报(工学版), 2007, 37(4): 93-97 .
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Cited
  Shared   
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[1] 陈瑞,李红伟,田靖. 磁极数对径向磁轴承承载力的影响[J]. 山东大学学报(工学版), 2018, 48(2): 81 -85 .
[2] 浦剑1 ,张军平1 ，黄华2 . 超分辨率算法研究综述[J]. 山东大学学报(工学版), 2009, 39(1): 27 -32 .
[3] 秦通,孙丰荣*,王丽梅,王庆浩,李新彩. 基于极大圆盘引导的形状插值实现三维表面重建[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(3): 1 -5 .
[4] 刘文亮,朱维红,陈涤,张泓泉. 基于雷达图像的运动目标形态检测及跟踪技术[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(3): 31 -36 .
[5] 王丽君,黄奇成,王兆旭 . 敏感性问题中的均方误差与模型比较[J]. 山东大学学报(工学版), 2006, 36(6): 51 -56 .
[6] 孙殿柱,朱昌志,李延瑞 . 散乱点云边界特征快速提取算法[J]. 山东大学学报(工学版), 2009, 39(1): 84 -86 .
[7] 岳远征. 远离平衡态玻璃的弛豫[J]. 山东大学学报(工学版), 2009, 39(5): 1 -20 .
[8] 程代展，李志强. 非线性系统线性化综述(英文)[J]. 山东大学学报(工学版), 2009, 39(2): 26 -36 .
[9] 李辉平, 赵国群, 张雷, 贺连芳. 超高强度钢板热冲压及模内淬火工艺的发展现状[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(3): 69 -74 .
[10] 张爱娟. 模拟体液中类骨羟基磷灰石的合成[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(3): 86 -90 .
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