黑巖小說

第210章 賈東旭事故（第1頁）

實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”項目的核心小組正在這里進行著關(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傳感器機電轉(zhuǎn)換模型，語氣嚴謹?shù)貌粠б唤z煙火氣。

“……所以，異常振動作為輸入激勵函數(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)，都可以簡化為一個二階質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)?！?/p>

他用粉筆重點圈出一個微分方程：“看這里，這個方程，就描述了從機械振動到電信號的傳遞函數(shù)。等效質(zhì)量，阻尼系數(shù)，彈性系數(shù)……。這個方程的解，即振動的位移響應，是我們設定觸發(fā)閾值的理論基礎?！?/p>

他頓了頓，目光掃過聽眾，確保大家跟上思路，然后轉(zhuǎn)向更復雜的信號觸發(fā)邏輯：“那么，關(guān)鍵問題來了。我們的信號發(fā)生器，應該在什么條件下被觸發(fā)？是信號的瞬時幅值超過某個閾值？還是信號的均方根值……，這涉及到信號預處理和特征提取的數(shù)學模型，直接決定了我們這套系統(tǒng)是‘大驚小怪’還是‘反應遲鈍’。”

接著，沈青云談起無線電波傳播的核心難題：“無線信號定位，其物理本質(zhì)是電磁波在復雜環(huán)境中的傳播。”

他轉(zhuǎn)向黑板相對干凈的區(qū)域：“我認為，應該嘗試用麥克斯韋方程組來建立一個簡化模型，描述電磁波在車間這個充滿金屬障礙物、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確性和魯棒性?！?/p>

方教授一直安靜地聽著，此時卻堅定地插話：“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，在具體的工程實踐中，求解完整的麥克斯韋方程組，并精確考慮墻壁、軋機、移動天車等金屬設備造成的多重反射、衍射和陰影效應，計算量將極其龐大，甚至可說是目前條件下難以完成的任務。我認為，我們可以采用一種更務實的思路——經(jīng)驗路徑損耗模型?！?/p>

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

呂辰緊盯著公式，大腦飛速運轉(zhuǎn)，試圖將這些抽象的數(shù)學符號與他腦海中那個喧囂、油膩、充滿鋼鐵巨物的車間對應起來。

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

“正是如此！”方教授贊許地點頭，“利用四個天線接收到的信號強度差異進行‘粗定位’，在數(shù)學上對應的正是一種最優(yōu)化算法。我們不是去直接求解那個充滿不確定性的方程組，而是定義一個‘代價函數(shù)’。”

他在黑板上一邊寫，一邊解釋：“比如，我們用實測的信號強度值，與假設的信號源位置，通過路徑損耗模型計算出來的理論信號強度值之差的平方和，來作為代價函數(shù)。我們的目標，就是找到那個能讓這個代價函數(shù)最小的位置。這，就是一個標準的非線性最小二乘問題?！?/p>

沈青云雖然對未能直接應用麥克斯韋方程組略有遺憾，但也對方教授清晰的工程化思路表示認可：“方教授總結(jié)得非常到位。解決這個最優(yōu)化問題，在數(shù)學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，實時進行迭代計算可能對硬件要求較高?！?/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，我想到另一個思路——”

“哦？沈工請講?！狈浇淌陴堄信d趣。

“我們可以采用‘指紋庫’匹配法?！鄙蚯嘣瓶焖僭诤诎迳袭嬃艘粋€簡單的車間平面網(wǎng)格圖。

“在系統(tǒng)部署前，我們在車間里預先劃分精細的網(wǎng)格，在每個網(wǎng)格點上，實際測量四個固定天線接收到的、來自該點的標準發(fā)射源信號強度。這樣，我們就得到了一個龐大的‘位置-信號強度’映射數(shù)據(jù)庫，也就是‘指紋庫’。”

他重重地點了點“指紋庫”三個字，“當現(xiàn)場有傳感器報警信號發(fā)生時，我們只需要將當前四個天線測到的信號強度值，與指紋庫中的所有記錄進行快速匹配，找到最相似的那一條記錄，比如歐氏距離最短。其對應的位置，就是我們的估計位置。這在數(shù)學上，就是一個典型的模式識別或最近鄰搜索問題?！?/p>

方教授撫掌：“妙啊！指紋法巧妙地回避了復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。缺點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，指紋庫可能需要更新?！?/p>

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‘電子耳朵’的想法，徹底變成了一個清晰的、可以用嚴謹數(shù)學語言描述和解決的工程問題！”

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

沈青云點頭：“同意。理論組的價值，就是在工程啟動前，利用數(shù)學工具，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，在信號處理層面，除了定位，對于故障診斷本身，我們是否也能引入更深的數(shù)學模型？比如，對接收到的振動信號進行快速傅里葉變換，分析其頻譜特征……”

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

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