泡沫混凝土路基病害地质雷达正演模拟研究

尝试将地质雷达运用于浙江某大桥工程泡沫混凝土路基质量测试,获得了泡沫混凝土雷达图像信号,并对其信号特征进行了分析,得到了泡沫混凝土路基结构情况;建立了理想条件下泡沫混凝土路基结构模型,采用基于时域有限差分法(FDTD)的GPRMax程序,通过MATLAB编程对泡沫混凝土路基疏松、脱空、分层等病害进行地质雷达正演模拟,得出路基病害在雷达图像上的典型特征信号;同时分析病害形状、大小对信号的影响以及之间的定量关系.本研究成果有助于对泡沫混凝土实测雷达图像的解读,为地质雷达在泡沫混凝土路基病害测试应用提供参考.     

基于级联卷积神经网络的公路路基病害识别

针对当前公路路基病害识别中探地雷达(GPR)技术的数据分析还依赖于人工识别,识别效率低、准确性差问题,建立了级联卷积神经网络来实现自动识别探地雷达图像所反映路基病害的任务。级联卷积神经网络系统由2个卷积神经网络组成,分别用于识别低分辨率和高分辨率探地雷达图像。神经网络的建立包括训练、验证和测试3个步骤。通过训练和测试的结果验证了级联卷积神经网络系统的稳定性,并将级联卷积神经网络和Sobel边缘检测,K值聚类分析进行比较,以论证其优越性。结果表明:级联卷积神经网络在路基病害分类训练中的识别准确率为97.46%,验证中的识别准确率为95.80%,其识别路基病害的精度较高;级联卷积神经网络对发射频率300、500、900 MHz的图像分类准确率分别为94.20%、93.89%、94.57%,对不同公路结构的图像分类准确率分别为94.80%、94.78%、94.28%、94.21%,可见级联卷积神经网络的识别准确性不受雷达发射频率和路面结构的影响;当图像分辨率较低时,Sobel边缘检测和K值聚类分析无法准确提取路基病害几何特征信息,级联卷积神经网络可通过分类器2准确识别;当图像分辨率较高时,Sobel边缘检测和K值聚类分析仅能提取路基病害的部分特征,后续病害类型的识别需要人工完成。可见级联卷积神经网络较其他算法在路基病害识别方面更准确、高效。     

探地雷达检测铁路道床翻浆冒泥时频域特征分析

为研究铁路道床翻浆冒泥病害探地雷达图像的识别,通过在标准铁路轨道上设置翻浆冒泥至道砟面和未至道砟面两种病害模型,研究两种翻浆冒泥病害随时间和含水率变化的时域及频域特征。通过时间域和频域的A扫描数据对比及B扫描数据分析得到:翻浆冒泥至道砟面时在剖面图和时间域波形上形成强反射并能轻易分辨,而未至道砟面反应相对微弱;道床翻浆冒泥使频谱中的特征频点幅值减弱,频域幅值变化百分数在道床翻浆冒泥中显著高于时间域的变化。这两个结论说明在识别探地雷达铁路路基道床翻浆冒泥病害时,应同时结合频域特征点的变化来判断。     

重载铁路既有线路基病害探地雷达无损检测方法

选用探地雷达进行路基病害无损检测试验,通过对探地雷达获取数据的解译和资料调查,研究路基下沉、道砟陷槽、路基翻浆冒泥和路桥过渡段填土不均匀沉降等不同类型的路基病害,从雷达信号反射波的波形、能量变化、同相轴等方面总结不同类型路基病害的雷达图像识别特征.选取具体试验地段,进行动力触探试验,并结合路基岩土体参数进行对比分析.试验结果和探地雷达检测结论基本一致,验证了探地雷达无损检测方法的有效性和适用性.     

探地雷达检测铁路道床翻浆冒泥的时频域特征

为研究铁路道床翻浆冒泥病害探地雷达图像的识别,通过在标准铁路轨道上设置翻浆冒泥至道砟面和未至道砟面两种病害模型,研究两种翻浆冒泥病害随时间和含水率变化的时域及频域特征。通过时间域和频域的A扫描数据对比及B扫描数据分析得到:翻浆冒泥至道砟面时在剖面图和时间域波形上形成强反射并能轻易分辨,而未至道砟面反应相对微弱;道床翻浆冒泥使频谱中的特征频点幅值减弱,频域幅值变化百分数在道床翻浆冒泥中显著高于时间域的变化。这两个结论说明在识别探地雷达铁路路基道床翻浆冒泥病害时,应同时结合频域特征点的变化来判断。     

道路路基脱空病害雷达波场数值模拟与瞬时属性分析

针对道路路基脱空病害的快速识别,采用时间域有限差分法进行病害的雷达波长数值模拟,模拟了脱空病害不同大小、长度、位置及填充的差异,并通过图像增益和复信号分析技术提取雷达波场的振幅、相位和频率等瞬时属性特征,分析了不同脱空地质的雷达波场响应特征。研究结果表明：根据路基脱空病害的地质雷达瞬时振幅图像和单道波归一化幅值可推算出脱空病害上界面信息和脱空区域介质类型;根据充气脱空病害和充水脱空病害瞬时相位图像特征,可判断出路基结构层间信息和脱空病害区域和边界位置;根据充水脱空病害和充气脱空病害瞬时频率图像,可判断出高频和低频电磁波存在位置。此外,根据充水脱空病害单道波瞬时频率图,可得到正向电磁波存在位置,并作为脱空病害下界面位置判断依据。研究成果可为道路病害的智能识别和快速判识提供理论依据。     

基于GPR反射波信号多维分析的隧道病害智能辨识

随着我国隧道工程建设的快速发展,由隧道病害引发的隧道质量和安全问题越发常见.通过地质雷达探测隧道病害对于减少隧道质量和安全问题具有十分重要的意义,为了提高病害探测的效率及可靠性,基于雷达反射波信号多维度分析,提出一种隧道病害智能辨识的新方法.根据反射波信号时域、频域及时频域分析结果提取病害信号辨识的6个典型特征,利用支持向量机算法对典型特征的训练构建病害信号的二分类模型,实现了病害水平分布范围的自动辨识;再依据病害信号的第一本征模态函数分量振幅包络计算病害深度分布范围,最终实现隧道病害的智能辨识.结合某隧道回填层雷达实测数据对智能辨识算法的性能进行评价,与人工辨识结果的对比表明,该智能算法对于病害的辨识能力较强,病害的识别率高达100%,但辨识结果中同时存在少量误判,准确率达78.6%,满足工程应用的需求.该算法可用于隧道工程各类地质雷达探测数据中病害的智能辨识,而对于其他领域的地质雷达探测数据,本文研究成果亦可为不同类型探测目标智能辨识算法的设计提供可行思路.     

基于探地雷达信号频带介电谱特征的公路早期病害检测

现有的探地雷达(GPR)技术都是在公路病害产生后进行病害定位;而不是在病害发生的早期对病害进行预测。为了实现公路早期病害检测,构建了公路早期病害识别系统;该系统充分利用GPR信号的频带介电谱特征,分别抽取训练样本和测试样本的频带介电谱特征向量,以识别公路早期病害情况。实验结果表明:频带介电谱特征向量可较好地表征GPR信号对应的地电信息,适用于GPR信号的分类;该系统能对公路基层的密实度特征和含水量特征进行有效识别,为公路早期病害检测提供了技术保障。此外,该系统具有很强的实时性,对各个测试样本进行特征向量提取和识别的平均耗时不大于0.8 ms。     

心音信号的短时傅立叶变换分析

心音信号是一种典型的非平稳信号,短时傅立叶变换(STFT,又称窗口傅立叶变换)是用于对非平稳信号进行时频分析的有效工具.在用STFT分析心音信号时,窗口宽度的选择是非常重要的.一方面,要使用尽可能窄的窗口来保证信号的局部平稳性,另一方面,要选用较宽的窗口来提高频率分辨率.如何处理这一矛盾就成了问题的关键.通过调整滑动时间窗的宽度,达到了比较满意的效果.首先用窄时间窗进行分析,频谱图具有高时间分辨率,得到了心动周期等时域特征参数.进而逐渐加宽时间窗,最后得到高频率分辨率的频谱图,可以看出各心音成分的频谱特征.实验结果表明,不同时频尺度的STFT分析可以很好地描述正常心音信号的时域和频域特征.     

基于GPR信号频带介电谱特征的公路早期病害检测*

现有的探地雷达(GPR)技术都是在公路病害产生后进行病害定位,而不是在病害发生的早期对病害进行预测。为了实现公路早期病害检测,本文构建了公路早期病害识别系统,该系统充分利用GPR信号的频带介电谱特征,分别抽取训练样本和测试样本的频带介电谱特征向量,以识别公路早期病害情况。实验结果表明：频带介电谱特征向量能较好的表征GPR信号对应的地电信息,适用于GPR信号的分类;该系统能对公路基层的密实度特征和含水量特征进行有效识别,为公路早期病害检测提供了技术保障;此外,该系统具有很强的实时性,对各个测试样本进行特征向量提取和识别的平均耗时不大于0.8ms。     

Feature Extraction and Classification of Echo Signal of Ground Penetrating Radar

0IntroductionGrvoeluonpde dpienne rtercaetinntg y reaardsa r, (wGhiPchR)is i se map lnoeywedte bcyh nsicqieunet idset-and engineers to obtaininformationfromsubsurface and man-made structures .It has advantage of quick,easy and non-de-structive way toi mage the first few meters of the subsurfaceSo,it is widely used in utility location,landmine detectionroad and airport runway inspection,geophysical survey,andarchaeological investigations ,etc[1 ,2]. Conventionally,radaecho signals can be form…     

基于脉内步进LFM时频分析的抗间歇采样干扰方法

在深入研究抗间歇采样干扰的基础上,针对其时域不连续转发与时域不连续采样两个特点,提出一种基于脉内步进线性调频（LFM）时频分析的抗间歇采样干扰方法.该方法利用脉内步进LFM子脉冲之间的正交性互相掩护,通过短时傅里叶变换,将时频矩阵在时间维投影,提取干扰不连续转发段信号,并以该段信号最大值为门限,对时频矩阵进行干扰抑制,抑制后时频矩阵通过逆短时傅里叶变换,得到时域信号,并用于目标检测.理论推导和仿真结果表明,该方法可以有效抑制不同样式的间歇采样干扰,最大限度提取不受干扰信号.      

铁路路基层面的检测与跟踪

利用小波变换将原始雷达记录变换为层面突变信息占主要成分的信号,根据电磁波在层面位置反射回波的特征,设计出层面检测算法,提取出所有道数据的层面点信息,针对层面出现的断裂、跳跃、分岔、交叉等现象,提出层面点归类原则,从而智能地实现层面的跟踪.通过实际资料验证表明,该算法能快速地绘制出铁路路基的层面曲线图,并能反映地下结构层的真实情况,适用于海量数据处理,将技术人员从繁重的读图任务中解脱出来.     

探地雷达资料的高分辨去噪处理及应用

为提高探地雷达资料解释的精度,对探地雷达资料高分辨率去噪处理方法进行研究和探讨.结合二维滤波、预测反褶积和复信号分析等高分辨率处理方法,开发了高分辨率去噪处理模块,并对实际探地雷达记录进行去噪处理.通过处理前后的效果对比与分析,得到探地雷达资料进行去噪处理的最佳模块和最佳流程.     

Application of two migration methods for ground penetrating radar data

This paper begins with the basic principles of finite-difference migration and diffraction scan migration,and then compares the processing results of the practical ground penetrating radar GPR data with these two migration methods.It is illustrated that migration can refocus the reflecting points in radar record to their true spatial location and provide the foundation for interpretation,thus improving precision of interpretation of (GPR) profiles.     

基于三角形剖分的复杂GPR模型有限元法正演模拟

针对基于矩形网格剖分的时域有限差分法(FDTD)和有限单元法(FEM),对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的模型适应性差的问题,从雷达波所满足的Maxwell方程出发,推导探地雷达(GPR)有限元波动方程,通过采用三角形网格剖分和线性插值基函数,在满足时间步长与空间网格差分稳定性前提下,应用Galerkin有限单元法求解GPR波波动方程;同时为消除FEM进行GPR正演模拟时来自截断边界处的超强反射,采用透射边界条件把GPR波在截断边界处的反射波透射出去,进而压制来自截断边界处的反射波。然后,编制GPR有限元正演模拟的Matlab程序。应用该程序分别对起伏分界面、"V"字形2个复杂地电模型进行FEM正演模拟,得到基于三角形网格剖分的FEM正演模拟GPR剖面图,并把该正演模拟剖面图与常规的基于矩形剖分的FEM正演模拟剖面图进行对比,结果表明:基于三角形剖分的FEM对于复杂GPR模型的物性参数分界面拟合更好,其模拟所得的正演剖面与实际模型更相符,具有更高的模拟精度,更有利于指导雷达剖面的数据解译。     

能源管理系统在大型铁路枢纽站的应用研究

以上海虹桥铁路枢纽站为例,对其用于冷热源系统、空调系统、照明系统、引导显示、电梯等重点用能系统集中调度的能源监控系统(EMS)进行了介绍,目的在于使大型铁路枢纽能源管理与能源使用结合起来,运用先进的数据处理与分析技术,进行耗能设备的用能分析与管理,并促使铁路能源管理部门有针对性的开展能源使用管理统计报表分析、平衡分析、实绩管理、预测分析等。通过该系统对铁路枢纽站耗能设备与设施数据的采集、存储和分析,实现了能耗和能效数据的分类、分项、分区对比,找出了其重点用能系统中的无效能耗和节能空间,提高了能源利用效率。根据铁路枢纽站统计的电能消耗数据,预计节能达15%以上。     

多普勒信号分析技术的比较研究

有好几种信号处理技术被应用于超声多普勒信号的分析，为了在平均频率估计的准确性和频谱展宽检测的和生上对各种方法加以优化，并比较这些不同处理方法的性能，该文研究了短时快速傅里叶变换，快速傅立叶变换结合平稳性提高的方法，改进的协方差估计法以及包括伪Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ分布和Ｃｈｏｉ－Ｗｉｌｌｉａｍｓ分布的时间－频率分析方法，通过模拟实验，得出了时间－频率分析方法可适用于多普勒信号的分析，参数估计方法     

常规雷达飞机目标回波多重分形特性分析

常规雷达飞机目标回波的多重分形特性提供了对产生目标回波结构动力学特征的精细描述,为常规雷达飞机目标的分类和识别提供了新的途径.在介绍多重分形的研究方法以及常规雷达飞机目标回波数学模型的基础上,利用多重分形测度分析手段,详细分析常规雷达飞机目标回波的质量指数和多重分形奇异谱等多重分形特性曲线,并定义质量指数对称度Rτ、多重分形谱宽度Δσ和非对称指数Rσ等多重分形特征参数.实验结果表明:喷气式飞机、螺旋桨飞机和直升机这3类飞机目标的常规雷达回波数据具有显著不同的多重分形特征,所定义的3种多重分形特征参数可以作为常规雷达飞机目标分类和识别的有效特征.