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图像识别技术在基桩质量检测中的应用研究

董承全;颜胜才;陈辉;孟军涛

【摘要】在铁路公路桥梁基桩质量检测中,声波透射法被广泛应用.用于评价桩身质

量的声学参量主要为声速、声幅、PSD值.波形特征是反映基桩完整性的主要依据.

但现行检测分析方法中未考虑波形特征.本文在传统的检测分析基础上采用图像识

别技术,将波形特征纳入分析范畴.通过实验室制作了含不同缺陷程度的混凝土立方

体试块模拟现场基桩混凝土缺陷,进行声波透射法测试,建立了缺陷程度与波形特征

值、声速、声幅的定量关系.工程实例表明,波形特征值综合了声速、声幅以及波在

混凝土传播过程中的反射、散射等畸变特征,能客观地反映桩身混凝土质量,与波速、

波幅联合使用,提高了分析判定的可靠性.

【期刊名称】《工程地球物理学报》

【年(卷),期】2013(010)005

【总页数】4页(P736-739)

【关键词】基桩检测;声波透射法;桩身完整性;图像识别技术;波形特征值

【作者】董承全;颜胜才;陈辉;孟军涛

【作者单位】中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081;中国铁道科学研

究院铁道建筑研究所,北京100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京

100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081

【正文语种】中文

【中图分类】P631

1引言

随着高速铁路，高速公路的迅速发展，对桩基承载力和沉降提出了更高要求。为此，

长大混凝土桩被广泛采用。混凝土浇注过程受工艺和设备条件限制，不免会出现质

量缺陷，为此需要对混凝土质量进行检测。声波法作为一项无损检测技术在混凝土

质量检测中被广泛采用，如肖国强等[1]在大体积混凝土检测中，采用声波CT成像

技术较准确地反映了混凝土质量缺陷及分布形态。陈俊栋等[2]进行了表层直达波

CT探测混凝土空洞的试验研究，在单面测试条件下，采用一定的单波测试组合，

获取固体内部界面及空洞信息。楼加丁等[3]采用声波透射法，利用波速振幅频率

测定了裂缝发育的深度和倾向。肖建平等[4]采用三维声波数值模拟方法进行了混

凝土T梁预应力束孔道无损检测。在桩身混凝土质量检测中，胡在良等[5]采用声

波波形包络线法进行了分析，给出了缺陷混凝土与完整混凝土差异性。董承全等[6]

通过理论计算给出了斜率法划分混凝土质量类别方法。文献[7]和文献[8]则对声波

法中声速与混凝土强度关系进行了试验研究，给出了波速—强度经验关系式，以

及试验影响因素进行了分析。通过声波在混凝土中传播速度、幅度变化以及PSD

值等参量综合评价桩身完整性。波形特征是反映混凝土质量的另一重要指标，它综

合了波传播速度、声幅衰减，声波频率以及波传播过程中遇质量缺陷而产生的反射、

散射等畸变特征。现行的分析方法[9]中未考虑波形特征这一重要参量。为了客观

地分析评价桩身完整性，本文在传统分析方法基础上首次采用模糊数学中的图像识

别技术分析计算出波形特征值。特征值大小客观地反映了混凝土质量的优劣。通过

与传统方法对比分析证明该方法更具客观性，不失为评价基桩完整性的有效方法。

2采用图像识别技术对波形特征进行判定

声波透射法是通过声波发射传感器以一定能量和频率在混凝土介质中发射脉冲波，

该波经一段混凝土介质传播后由接收传感器接收经仪器放大记录，分析接收波形的

到时，波速，波幅，波形特征值来判定混凝土质量[10]。完整混凝土波速高，幅值

大，波形规则无畸变，波形特征值高，反之波形特征值小。但传统分析方法中未将

波形特征纳入分析范畴，本文拟采用模糊数学中图像识别技术对波形特征进行分析。

许多模式识别，常常归结为几何图像识别。声波波形实际上是一种几何图形。对于

此类图形可采用方格矩阵法。首先将波形局限在一个框框内，然后将这个框框分成

很多小方格，在每个小方格上按线条出现的清晰程度给予适当隶属度uij，而i、j

是该方格所在的行数和列数。这样构成一个模糊关系矩阵。约定：

uij＝1表示这一格上线条清晰出现，

uij＝0表示这一格上线条不出现，

如图1所示将波形划分成m×n个方格，可得到对应的模糊关系矩阵如图2，并计

算波形特征值Fzi，Fzi表示沿桩深度方向i测点波形特征值。

图中Fzi由下式计算：

式中η表示波形修正系数，由仪器放大系数决定。

图1声波波形方格Fig.1Acousticwaveformgridgraph

图2波形特征值糢糊关系矩阵Fig.2Matrixgraphofwaveformcharacteristic

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