不同小波基对水泥路面脱空信号时频特征的影响

水泥路面脱空是导致路面板块断裂的主要因素,及早确定脱空区域的范围,可为水泥路面结构安全性的力学分析提供依据,避免断板现象.以水泥路面脱空病害为研究对象,采用正演模拟方法研究了脱空形状和深度对探地雷达（Ground Penetrating Rada,GPR）响应信号的影响.使用连续小波变化（Continuous Wavelet Transform,CWT）提取脱空区域信号的时频域特征,并用CWT时频特征重构脱空区域的3D模型.在此基础上,研究了不同小波基对脱空特征的影响,并在室内模型上进行验证实验.结果表明,正演模拟与室内模型的脱空特征一致,且脱空与正常路面的GPR信号在时频域差异明显,CWT图谱能量集中区域可表征脱空的深度和范围;不同小波基函数的CWT处理结果不同,相比于morse小波和bump小波,amor小波的CWT的处理结果更精确,更能反映脱空的时频特征;CWT时频特征可实现脱空病害的3D可视化,为分析脱空区域范围提供参考,这为后续开展道路养护提供理论依据.     

基于GPR信号和卷积核的水泥路面脱空识别算法

脱空缺陷在水泥路面中不可避免,严重影响水泥路面的结构安全性,迫切需要建立脱空缺陷早期识别定位方法,为路面精准预养护提供依据.根据探地雷达(GPR)数据的成像原理,提出了标准化和去背景的脱空特征增强算法.依据GPR发射Ricker子波的工作特点,借鉴深度学习中卷积网络的特征提取特性,以A-Scan数据集为对象,设计了提取脱空特征的二维卷积核,并提出基于卷积核和阈值判断的脱空定位算法.采用数值模拟和室内验证相结合的方法,研究了不同卷积尺度的影响,并将设计的卷积识别算法在水泥路面进行现场验证.实验结果表明,提出的标准化和去背景的预处理算法可替换传统的GPR多步骤数据处理的算法组合,有效实现脱空区域的特征增强作用;卷积算法有效突出了脱空特征,卷积核尺度过大会降低图谱分辨率,卷积尺度过小无法突出脱空特征,合适卷积纵向尺寸为1～1.5倍f_s/f₀,横向尺寸根据检测对象一般取对应实际距离10～20 cm的采样点.实验统计方法设置了卷积核判断阈值,可有效确定脱空区域的深度以及判断脱空区域是否含水,为水泥路面病害的自动识别奠定基础.