黑巖小說

第210章 賈東旭事故（第1頁）

實(shí)踐基地的一間小辦公室里，空氣里彌漫著粉筆灰的氣息。

黑板被密密麻麻的公式、方程和示意圖占據(jù)。

“電子耳朵”項(xiàng)目的核心小組正在這里進(jìn)行著關(guān)鍵的技術(shù)路徑推演。

呂辰、兩位無線電系的師兄，正全神貫注地聽著沈青云和方教授的“交鋒”與“合奏”。

沈青云的手指劃過黑板上的振動(dòng)傳感器機(jī)電轉(zhuǎn)換模型，語氣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貌粠б唤z煙火氣。

“……所以，異常振動(dòng)作為輸入激勵(lì)函數(shù)，我們的敏感元件——無論是電磁線圈還是壓電陶瓷片——其物理本質(zhì)，都可以簡化為一個(gè)二階質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)?！?/p>

他用粉筆重點(diǎn)圈出一個(gè)微分方程：“看這里，這個(gè)方程，就描述了從機(jī)械振動(dòng)到電信號(hào)的傳遞函數(shù)。等效質(zhì)量，阻尼系數(shù)，彈性系數(shù)……。這個(gè)方程的解，即振動(dòng)的位移響應(yīng)，是我們?cè)O(shè)定觸發(fā)閾值的理論基礎(chǔ)?！?/p>

他頓了頓，目光掃過聽眾，確保大家跟上思路，然后轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的信號(hào)觸發(fā)邏輯：“那么，關(guān)鍵問題來了。我們的信號(hào)發(fā)生器，應(yīng)該在什么條件下被觸發(fā)？是信號(hào)的瞬時(shí)幅值超過某個(gè)閾值？還是信號(hào)的均方根值……，這涉及到信號(hào)預(yù)處理和特征提取的數(shù)學(xué)模型，直接決定了我們這套系統(tǒng)是‘大驚小怪’還是‘反應(yīng)遲鈍’?！?/p>

接著，沈青云談起無線電波傳播的核心難題：“無線信號(hào)定位，其物理本質(zhì)是電磁波在復(fù)雜環(huán)境中的傳播?！?/p>

他轉(zhuǎn)向黑板相對(duì)干凈的區(qū)域：“我認(rèn)為，應(yīng)該嘗試用麥克斯韋方程組來建立一個(gè)簡化模型，描述電磁波在車間這個(gè)充滿金屬障礙物、反射體空間內(nèi)的傳播特性。這能從根本上提升我們定位算法的準(zhǔn)確性和魯棒性?！?/p>

方教授一直安靜地聽著，此時(shí)卻堅(jiān)定地插話：“沈工的理論模型構(gòu)建得非常精彩，直指問題物理本質(zhì)?！?/p>

他話鋒一轉(zhuǎn)：“不過，在具體的工程實(shí)踐中，求解完整的麥克斯韋方程組，并精確考慮墻壁、軋機(jī)、移動(dòng)天車等金屬設(shè)備造成的多重反射、衍射和陰影效應(yīng)，計(jì)算量將極其龐大，甚至可說是目前條件下難以完成的任務(wù)。我認(rèn)為，我們可以采用一種更務(wù)實(shí)的思路——經(jīng)驗(yàn)路徑損耗模型。”

他走到黑板前，寫下一個(gè)相對(duì)簡潔的公式：“比如，我們可以使用對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型。路徑損耗與距離的對(duì)數(shù)成正比，并考慮一個(gè)環(huán)境因子。這樣，四個(gè)接收天線測得的信號(hào)強(qiáng)度，與信號(hào)源到天線的距離，以及信號(hào)源的發(fā)射功率、天線增益等參數(shù)，就通過這個(gè)模型聯(lián)系起來了?！?/p>

呂辰緊盯著公式，大腦飛速運(yùn)轉(zhuǎn)，試圖將這些抽象的數(shù)學(xué)符號(hào)與他腦海中那個(gè)喧囂、油膩、充滿鋼鐵巨物的車間對(duì)應(yīng)起來。

他若有所思地開口：“我明白了。方老師，沈工。所以，我們這個(gè)定位問題，在數(shù)學(xué)上就轉(zhuǎn)化成了求解一個(gè)由四個(gè)路徑損耗方程構(gòu)成的非線性方程組？但因?yàn)樾盘?hào)源的具體發(fā)射功率可能存在波動(dòng)，環(huán)境因子也難以精確確定，這引入了至少兩個(gè)變量的不確定性，直接求解會(huì)非常困難，誤差恐怕會(huì)很大?！?/p>

“正是如此！”方教授贊許地點(diǎn)頭，“利用四個(gè)天線接收到的信號(hào)強(qiáng)度差異進(jìn)行‘粗定位’，在數(shù)學(xué)上對(duì)應(yīng)的正是一種最優(yōu)化算法。我們不是去直接求解那個(gè)充滿不確定性的方程組，而是定義一個(gè)‘代價(jià)函數(shù)’?！?/p>

他在黑板上一邊寫，一邊解釋：“比如，我們用實(shí)測的信號(hào)強(qiáng)度值，與假設(shè)的信號(hào)源位置，通過路徑損耗模型計(jì)算出來的理論信號(hào)強(qiáng)度值之差的平方和，來作為代價(jià)函數(shù)。我們的目標(biāo)，就是找到那個(gè)能讓這個(gè)代價(jià)函數(shù)最小的位置。這，就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的非線性最小二乘問題?！?/p>

沈青云雖然對(duì)未能直接應(yīng)用麥克斯韋方程組略有遺憾，但也對(duì)方教授清晰的工程化思路表示認(rèn)可：“方教授總結(jié)得非常到位。解決這個(gè)最優(yōu)化問題，在數(shù)學(xué)上我們可以采用梯度下降法、牛頓法或者高斯-牛頓法等迭代算法。但考慮到車間現(xiàn)場需要快速響應(yīng)，實(shí)時(shí)進(jìn)行迭代計(jì)算可能對(duì)硬件要求較高?！?/p>

他看向方教授，眼中閃爍著技術(shù)碰撞的火花：“因此，方教授，我想到另一個(gè)思路——”

“哦？沈工請(qǐng)講。”方教授饒有興趣。

“我們可以采用‘指紋庫’匹配法。”沈青云快速在黑板上畫了一個(gè)簡單的車間平面網(wǎng)格圖。

“在系統(tǒng)部署前，我們?cè)谲囬g里預(yù)先劃分精細(xì)的網(wǎng)格，在每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上，實(shí)際測量四個(gè)固定天線接收到的、來自該點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射源信號(hào)強(qiáng)度。這樣，我們就得到了一個(gè)龐大的‘位置-信號(hào)強(qiáng)度’映射數(shù)據(jù)庫，也就是‘指紋庫’?！?/p>

他重重地點(diǎn)了點(diǎn)“指紋庫”三個(gè)字，“當(dāng)現(xiàn)場有傳感器報(bào)警信號(hào)發(fā)生時(shí)，我們只需要將當(dāng)前四個(gè)天線測到的信號(hào)強(qiáng)度值，與指紋庫中的所有記錄進(jìn)行快速匹配，找到最相似的那一條記錄，比如歐氏距離最短。其對(duì)應(yīng)的位置，就是我們的估計(jì)位置。這在數(shù)學(xué)上，就是一個(gè)典型的模式識(shí)別或最近鄰搜索問題?！?/p>

方教授撫掌：“妙??！指紋法巧妙地回避了復(fù)雜且不精確的電磁波傳播建模，將問題轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。缺點(diǎn)是需要大量的前期現(xiàn)場勘測工作，而且一旦車間布局發(fā)生較大變動(dòng)，指紋庫可能需要更新。”

呂辰和兩位無線電系的師兄聽得如癡如醉，眼中閃爍著興奮與豁然開朗的光芒。

李睿師兄激動(dòng)道：“太精彩了！沈工，方教授！經(jīng)過你們這樣一層層的剖析和升華，這個(gè)‘電子耳朵’的想法，徹底變成了一個(gè)清晰的、可以用嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)語言描述和解決的工程問題！”

張偉師兄道：“我建議，我們的預(yù)研模型，可以同時(shí)搭建兩套算法框架，嘗試這兩種方法，看看在模擬車間環(huán)境下，哪種更有效、更準(zhǔn)確、更快速！”

沈青云點(diǎn)頭：“同意。理論組的價(jià)值，就是在工程啟動(dòng)前，利用數(shù)學(xué)工具，把所有可能的技術(shù)路徑、潛在的陷阱和性能邊界都勘探一遍，避免大家走彎路?！?/p>

他隨即又看向方教授：“方教授，在信號(hào)處理層面，除了定位，對(duì)于故障診斷本身，我們是否也能引入更深的數(shù)學(xué)模型？比如，對(duì)接收到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，分析其頻譜特征……”

五個(gè)人，兩人主講，三人凝神傾聽，時(shí)而提問，時(shí)而補(bǔ)充，完全沉浸在了技術(shù)構(gòu)建的世界里，忘記了時(shí)間的流逝，忘記了窗外車間的喧囂。

思維的碰撞激發(fā)出智慧的火花，一個(gè)原本看似“土法上馬”的設(shè)想，正在理論的光芒照耀下，逐漸褪去粗糲的外殼，顯露出精密而強(qiáng)大的內(nèi)在骨架。