Quality Evaluation for Intelligent Compaction of Roadbeds Based on AHP-Grey Relational Degree Method
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摘要:
为了解决现有智能压实指标未考虑检测值属性数据的问题,采用AHP法和灰色关联度法,综合考虑检测值所含压路机工作参数、空间位置等属性数据,建立了智能压实检测值的AHP-灰色关联度模型,并计算验证了该模型的合理性。基于现场智能压实试验数据,提出将该模型求解的最优压实检测值MR作为压实代表值,并将MR以及现行智能压实指标MV分别与传统压实指标Evd、K30进行相关性校验、指标离散性分析。结果表明:MR、MV与Evd、K30的相关性校验结果均大于0.7,且MR的评判结果精度优于MV,此外MR指标的整体变异性亦小于MV,故MR指标能更精确反映碾压单元的真实压实情况。该研究对智能压实检测指标完善具有参考价值。
Abstract:In order to solve the problem of existing intelligent compaction indicators not considering the detection value attribute data, the AHP method and grey correlation degree method were adopted, comprehensively considering the roller working parameters, spatial position and other attribute data contained in the detection values. An AHP grey correlation degree model for intelligent compaction detection values was established, and the rationality of the model was verified through calculation. Based on the on-site intelligent compaction test data, it is proposed to use the optimal compaction detection value MR solved by the model as the compaction representative value. MR and the current intelligent compaction indicator MV are respectively compared with the traditional compaction indicators Evd and K30 for correlation verification and indicator dispersion analysis. The results show that the correlation verification results of MR, MV with Evd and K30 are all greater than 0.7, and the accuracy of MR evaluation results is better than MV. In addition, the overall variability of MR indicators is also less than MV, so MR indicators can more accurately reflect the true compaction situation of the compaction unit. This study has reference value for the improvement of intelligent compaction detection indicators.
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跟踪性、等度连续和非游荡点集是经典动力系统中重要的定义和研究对象,在动力系统的发展中有着重要的作用,与系统的混沌和复杂性密切相关。
学者们对跟踪性、等度连续和非游荡点集的动力学性质进行了研究[1-17]。例如,汪火云和曾鹏[1]得到平均跟踪性的一个等价条件;冀占江和张更容[2]在乘积空间中研究G-利普希茨跟踪性的相关性质;WANG和ZHANG[3]在特殊群ZK作用下的一维动力系统中引入跟踪性概念并得到了若干结论;XIE和YIN[4]得到集值动力系统具有最终跟踪性的等价条件;罗飞和金渝光[5]给出了序列映射与极限映射之间关于非游荡点的拓扑结构;钟玥铧和汪火云[6]得到结论:x是平均等度连续点当且仅当对任意的0≤q<1,x点是一个q_−等度连续点;LI等[7]给出了平均等度连续与平均敏感之间的动力学性质。以上研究成果都是在经典动力系统中得到的,而度量G-空间是拓扑群作用在紧致度量空间X上的动力系统,相比于经典动力系统中的整数加群Z,拓扑群不具有序结构、交换性等,再加上时间维数的增加,空间点的轨迹更加复杂,使得在经典动力系统中一些单个映射成立的结果在群作用下并不成立,或者虽然成立但其证明变得非常复杂,因此研究拓扑群作用下的动力系统难度将会更大。
本文研究了度量G-空间中映射f的G-利普希茨跟踪性、G-等度连续、G-非游荡点集与轨道空间中诱导映射ˆf的利普希茨跟踪性、等度连续、非游荡点集之间的动力学关系,以丰富G-利普希茨跟踪性、G-等度连续和G-非游荡点集的研究结果,并为其在计算机科学等学科的应用提供理论依据和科学支撑。
1. 预备知识
定义1[2] 设(X, d)是度量G-空间,f: X→X连续。若存在常数L>0与δ0>0,∀0<δ<δ0,使得对f的任意(G, δ)-伪轨{xi}i=0∞,∃x∈X,x(G, Lδ)-跟踪{xi}i=0∞,则称f具有G-利普希茨跟踪性。
定义2[5] 设(X, d)是度量空间,f: X→X连续。称x是f的非游荡点,若对任意包含x的开集U,∃n∈N+,使得fn(U)∩U≠Ø。Ω(f)代表f的非游荡点集。
定义3[9] 设(X, d)是度量空间,G是拓扑群。若映射φ: G×X→X满足
(1) 对任意x∈X,有φ(e, x)=x,其中e为G的单位元;
(2) 对任意x∈X以及g1, g2 ∈G,有
φ(g1,φ(g2,x))=φ(g1g2,x), 则称(X, G, φ)是度量G-空间,简称(X, d)是度量G-空间。
定义4[9] 设(X, d)是度量G-空间,f: X→X连续。若∀x ∈X,∀g ∈G,∃h ∈G,使得f(gx)=hf(x),则称f是伪等价映射。
定义5[9] 设(X, d)是度量G-空间,f: X→X连续。若∀ε>0,∃δ>0,当d(x, y)<δ时,∀n∈N+,∃gn, pn∈G,有d(fn(gnx),fn(pny))<ε,则称f是G-等度连续的。
定义6[9] 设(X, d)是度量G-空间。若对任意的x, y∈X和g∈G,有d(x, y)=d(gx, gy),则称度量d对拓扑群G不变。
定义7[18] 设(X, d)是度量空间,f: X→X连续。若存在常数L>0与δ0>0,∀0<δ<δ0,使得对f的任意δ-伪轨{xi}∞i=0,∃x∈X,xL δ-跟踪{xi}i=0∞,则称f具有利普希茨跟踪性。
定义8[19] 设(X, d)是度量空间,f: X→X连续。若∀ε>0,∃δ>0,当d(x, y)<δ时,∀n∈N+,有d(f n(x), f n(y))<ε,则称f是等度连续的。
定义9[20] 设(X, d)是度量G-空间,f: X→X连续。称x是f的G-非游荡点,若对任意包含x的开集U,∃n∈N+,∃g ∈G, 使得gf n(U)∩U≠Ø。ΩG(f)代表f的G-非游荡点集。
定义10[21] 设(X, d)是度量G-空间。若记G(x)={gx: g∈G},则称G(x)是点x的G-轨道。
定义11[21] 设(X, d)是度量G-空间,f: X→X伪等价。若记X/G={G(x): x∈X},则称X/G是X的轨道空间。
设G(x)∈X/G,G(y)∈X/G,若定义度量dG为:
dG(G(x), G(y))=inf{d(gx, ky): g, k∈G},则(X\G, dG)是度量空间。
定义轨道映射π: X→X/G为:π(x)=G(x),则π: X→X/G是连续的开映射。
定义诱导映射ˆf: X/G→X/G为:ˆf(G(x))=G(f(x)),则ˆf: X/G→X/G是连续映射。
下面给出本文证明需用的引理:
引理1 设(X, d)是紧致度量G-空间,f: X→X是伪等价的,则以下结论成立:
(1) ˆfn(G(x))=G(fn(x)),∀n∈N+;
(2) G(gx)=G(x),∀g∈G,∀x∈X;
(3) ˆfn。π=π。fn,∀n∈N+;
(4) π(gx)=π(x),∀g∈G,∀x∈X;
(5) π(ΩG(f))=Ω(ˆf)。
证明 由定义11可得到结论(1)至结论(4)。下面给出结论(5)的证明。首先证明π(ΩG(f))⊂Ω(ˆf)。设x∈ΩG(f),下证π(x)∈Ω(ˆf)。∀ˆU是包含π(x)的开集,则π−1(ˆU)是包含x的开集。由x∈ΩG(f)知,∃n∈N+,∃g∈G,使得
gfn(π−1(ˆU))∩π−1(ˆU)≠∅, 则
π(gfn(π−1(ˆU))∩π−1(ˆU))≠∅, 故
π(gfn(π−1(ˆU)))∩π(π−1(ˆU))≠∅, 从而由引理1(4)知
π(fn(π−1(ˆU)))∩π(π−1(ˆU))≠∅。 又由π是满射,故π(π−1(ˆU))=ˆU。再由引理1(3)知
ˆfn(ˆU)∩ˆU≠∅, 因此π(x)∈Ω(ˆf),故π(ΩG(f))⊂Ω(ˆf)。
其次证明Ω(ˆf)⊂π(ΩG(f))。设π(y)∈Ω(ˆf),下证y∈ΩG(f)。∀V是包含y的开集,则π(V)是包含π(y)的开集。由π(y)∈Ω(ˆf)知,∃m∈N+,使得
ˆfm(π(V))∩π(V)≠∅ 。 由引理1(3)知
π(fm(V))∩π(V)≠∅, 即
G(fm(V))∩G(V)≠∅ 。 因此,∃x, z∈V,∃p, k∈G,使得
pfm(z))=kx, 则有
k−1pfm(z)=x, 从而有
k−1pfm(V)∩V≠∅ 。 故y∈ΩG(f),因此Ω(ˆf)⊂π(ΩG(f))。证毕。
2. 主要结论及证明
定理1 设(X, d)是紧致度量G-空间,f: X→X伪等价,度量d对G不变, 则映射f具有G-利普希茨跟踪性⇔诱导映射ˆf具有利普希茨跟踪性。
证明 (⇒)由f具有G-利普希茨跟踪性知:∃L1>0,∃δ1>0,∀0<δ<δ1,对f的(G, δ)-伪轨{xi}i=0+∞,∃x∈X,∃gi ∈G (i≥0),使得
d(fi(x),gixi)<L1δ。 ∀0<η<δ1,设{G(xi)}i=0+∞是X/G中ˆf的η-伪轨,则
dG(ˆf(G(xi)),G(xi+1))<η(i⩾0)。 由引理1(1)可得
dG(G(f(xi)),G(xi+1))<η 。 由度量dG的定义知,∃hi, ki∈G (i≥0),使得
d(hif(xi),kixi+1)<η 。 由度量d对G不变,可得
d(k−1ihif(xi),xi+1)<η, 则{xi}i=0+∞是f的(G, η)-伪轨,故∃x∈X,∃gi ∈G (i≥0),使得
d(fi(x),gixi)<L1η, 因此
dG(G(fi(x)),G(gixi))⩽d(fi(x),gixi)<L1η。 由引理1(1)、(2)可得
dG(ˆfi(G(x)),G(xi))<L1η, 因此诱导映射ˆf具有利普希茨跟踪性。
(⇐)设诱导映射ˆf具有利普希茨跟踪性,则∃L2>0和∃δ2>0,∀0<δ′<δ2,当{G(yi)}i=0+∞是ˆf的δ′-伪轨时,∃G(y)∈X/G,使得
d(ˆfi(G(y)),G(yi))<L2δ′(i⩾0) 。 ∀0<ε<δ2,设{yi}i=0+∞是f的(G, ε)-伪轨,则∃ti ∈G (i≥0),使得
d(tif(yi),yi+1)<ε, 则
dG(G(tif(yi)),G(yi+1))⩽d(tif(yi),yi+1)<ε 。 由引理1(2)可得
dG(G(f(yi)),G(yi+1))<ε 。 再由引理1(1)可得
dG(ˆf(G(yi)),G(yi+1))<ε, 故{G(yi)}i=0+∞是ˆf的ε-伪轨,则∃G(y)∈X/G,使得
dG(ˆfi(G(y)),G(yi))<L2ε(i⩾0)。 由引理1(1)可得
dG(G(fi(y)),G(yi))<L2ε。 由度量dG的定义知,∃pi, li ∈G (i≥0),使得
d(pifi(y),liyi)<L2ε。 由度量d对G不变,可得
d(fi(y),p−1iliyi)<L2ε。 因此映射f具有G-利普希茨跟踪性。证毕。
定理2 设(X, d)是紧致度量G-空间,f: X→X伪等价,则映射f是G-等度连续的⇔诱导映射ˆf是等度连续的。
证明 (⇒)设f是G-等度连续的,则∀ε>0,∃δ1>0,当d(x, y)<δ1时,∃gn, pn ∈G(n∈N+),使得
d(fn(gnx),fn(pny))<ε 。 设dG(G(x), G(y))<δ1,则∃t, h∈G,满足
d(tx,hy)<δ1。 因此,∃gn, pn ∈G (n∈N+),使得
d(fn(gntx),fn(pnhy))<ε, 则
dG(G(fn(gntx)),G(fn(pnhy)))⩽d(fn(gntx),fn(pnhy))<ε。 由引理1(1)知
dG(ˆfn(G(gntx)),ˆfn(G(pnhy)))<ε。 再由引理1(2)可得
dG(ˆfn(G(x)),ˆfn(G(y)))<ε。 因此,诱导映射ˆf是等度连续的。
(⇐)设诱导映射ˆf是等度连续的,则∀η>0,∃δ2>0,当dG(G(x), G(y))<δ2时,有
dG(ˆfm(G(x)),ˆfm(G(y)))<ε(m∈N+)。 设d(x, y)<δ2,则
dG(G(x),G(y))⩽d(x,y)<δ2 。 因此
dG(ˆfm(G(x)),ˆfm(G(y)))<η(m∈N+)。 由引理1(1)知
dG(G(fm(x)),G(fm(y)))<η。 由度量dG的定义知,∃km, lm ∈G,使得
d(kmfm(x),lmfm(y))<η 。 根据f: X→X伪等价知,∃k′ m, l′ m ∈G,使得
d(fm(k′mx),fm(l′my))<η 。 因此,f是G-等度连续的。证毕。
定理3 设(X, d)是紧致度量G-空间,f: X→X伪等价,π: X→X/G是单射,则ΩG(f)在X中稠密⇔Ω(ˆf)在X/G中稠密。
证明 (⇒)设ΩG(f)在X中稠密。取ˆU是X/G中的开集,则π-1(ˆU)是X中的开集,从而有
ΩG(f)∩π−1(ˆU)≠∅ 。 取x∈ΩG(f)∩π−1(ˆU),则π(x)∈ˆU,由x∈ΩG(f)知π(x)∈π(ΩG(f))。由引理1(5)知π(ΩG(f))=Ω(ˆf),则π(x)∈Ω(ˆf),从而有
Ω(ˆf)∩ˆU≠∅, 故Ω(ˆf)在X/G中稠密。
(⇐)设Ω(ˆf)在X/G中稠密。取V是X中的开集,则π(V)是X/G中的开集,从而有
π(V)∩Ω(ˆf)≠∅。 由引理1(5)知π(ΩG(f))=Ω(ˆf),则
π(V)∩π(ΩG(f))≠∅。 又π: X→X/G是单射,则
π(V∩ΩG(f))=π(V)∩π(ΩG(f))≠∅, 从而有
V∩ΩG(f)≠∅, 故ΩG(f)在X中稠密。证毕。
3. 小结
本文利用度量G-空间中映射f与轨道空间中诱导映射ˆf之间的关系,研究了映射f的G-利普希茨跟踪性、G-等度连续、G-非游荡点集与诱导映射ˆf的利普希茨跟踪性、等度连续、非游荡点集之间的动力学性质。主要结论如下:
(1) 映射f具有G-利普希茨跟踪性⇔诱导映射ˆf具有利普希茨跟踪性;
(2) 映射f是G-等度连续的⇔诱导映射ˆf是等度连续的;
(3) 映射f的G-非游荡点集ΩG(f)在X中稠密⇔诱导映射ˆf的非游荡点集Ω(ˆf)在X/G中稠密。
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表 1 MR评价指标体系及影响程度
Table 1 MR evaluation index system and degree of influence
指标 后果影响程度 振动频率 导致MR结果完全失真 振动幅度 导致MR结果严重失真 压实速度 导致MR结果较为严重失真 位置信息 导致MR结果一般程度失真 其他因素 导致MR结果小部分失真 表 2 Saaty 1~9标度方法取值表
Table 2 Saaty 1-9 scale method value table
标度 含义(i与j相比) 标度 含义(i与j相比) 1 两者同样的重要性 9 前者比后者强烈重要 3 前者比后者稍重要 2,4,6,8 上述相邻判断中的中间值 5 前者比后者明显重要 1~9的倒数 相应的i与j交换次序比较的重要性 7 前者比后者极其重要 — — 表 3 平均随机一致性指标RI取值表
Table 3 Table of average random consistency index RI values
矩阵阶数n RI 1 0.00 2 0.00 3 0.58 4 0.90 5 1.12 6 1.24 7 1.32 8 1.41 9 1.46 10 1.49 11 1.51 12 1.54 13 1.56 表 4 智能压实分析模型判断矩阵信息
Table 4 Intelligent compaction analysis model judgment matrix information
项目 初始判断矩阵C 特征向量ω 振动频率 振动幅度 压实速度 位置信息 其他因素 振动频率 1.00 2.00 5.00 7.00 8.00 0.471 振动幅度 0.50 1.00 4.00 5.00 6.00 0.301 压实速度 0.20 0.25 1.00 3.00 6.00 0.130 位置信息 0.14 0.20 0.33 1.00 2.00 0.060 其他因素 0.13 0.17 0.17 0.50 1.00 0.037 表 5 智能压实分析模型一致性检验表
Table 5 Consistency check table for intelligent compaction analysis model
项目 判断矩阵结合特征向量(C·ω) 一致性检验 振动频率 振动幅度 压实速度 位置信息 其他因素 CI CR 结论 振动频率 0.47 0.60 0.65 0.42 0.30 振动幅度 0.24 0.30 0.52 0.30 0.22 压实速度 0.09 0.08 0.13 0.18 0.22 CR<0.1* 位置信息 0.07 0.06 0.04 0.06 0.07 其他因素 0.06 0.05 0.02 0.03 0.04 0.062 0.055 注:*表示一致性检验通过。 表 6 5个碾压单元的代表值MV、MR
Table 6 Representative values MV and MR of 5 rolling units
碾压单元 M1 r1 M2 r2 M3 r3 M4 r4 M5 r5 MV MR 1 52.16 0.104 56.12 0.093 49.95 0.086 50.47 0.099 59.46 0.084 53.63 52.16 2 58.55 0.092 54.25 0.098 55.08 0.083 49.65 0.079 57.52 0.102 55.14 57.52 3 49.68 0.093 45.67 0.081 46.40 0.073 53.90 0.076 48.24 0.115 48.78 48.24 4 52.15 0.102 50.09 0.095 53.82 0.096 52.77 0.092 52.49 0.099 52.26 52.15 5 52.07 0.094 62.16 0.065 57.89 0.071 53.11 0.108 49.56 0.089 54.96 53.11 表 7 相关性校验值参考准则
Table 7 Reference criteria for correlation verification values
相关系数R2 相关程度 0.9~<1.0 相关性非常强 0.7~<0.9 相关性强 0.5~<0.7 相关性弱 0~<0.5 相关性非常弱 表 8 每层MV、MR变异系数表
Table 8 Table of coefficient of variation for MV and MR of each layer
指标 变异系数 第一层 第二层 第三层 第四层 MV 0.091 8 0.081 5 0.083 3 0.078 4 MR 0.081 3 0.076 6 0.074 7 0.076 3 -
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