一種基于匹配追蹤算法的公路立柱埋深無損檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于匹配追蹤算法的公路立柱埋深無損檢測方法，涉及道路交通 安全設施無損檢測領域。
【背景技術】
[0002] 交通運輸作為推動國民經濟和社會發展的基礎行業、先行產業，在合理配置社會 資源、提高經濟發展與社會服務等方面具有重要意義。公路護欄作為道路交通安全的重要 保障，在發生交通事故時能夠有效減緩車速、防止車輛沖出路面或駛向對向車道從而造成 二次交通事故，被稱為"駕駛員的最后一條安全帶"。然而近年來，高速公路因其頻發的道 路交通安全事故，其發展也已經成為社會之痛和令人矚目的問題。2004年12月中央電視 臺"焦點訪談"節目，專門對山西祁臨高速公路護欄立柱埋入深度嚴重不足的問題作了專題 報道，引起了道路交通管理機構和全社會的廣泛關注。2012年發生的25起重特大道路交 通事故中8起發生在高速公路。高速公路護欄作為保障公路交通安全和人員生命安全的重 要安全設施，能夠有效減緩事故帶來的災難程度，在發生交通事故時，通過護欄板、立柱和 土壤來吸收車輛的沖激能量，阻止高速行駛的車輛沖出路外或駛過中央分隔帶進入對向車 道，從而最大限度的減少人員生命安全和財產的損傷。護欄立柱作為發生交通事故時的主 要承載部分，其對車輛人員的防護主要由立柱的埋深和服役狀況予以保障。
[0003] 然而伴隨著高速公路的快速發展，由于不良施工單位偷工減料、施工不當等原因 導致的埋深不夠，這些都成為了道路交通安全的巨大潛在隱患，因此對于在役立柱的埋深 檢查，及早發現潛在隱患具有巨大的經濟價值和重要的社會意義。由于高速公路立柱埋置 于地表之下屬于隱蔽工程，因此無法通過直觀觀察來檢測公路立柱埋地部分的的長度。目 前采用的常規做法主要還是通過拔粧檢測立柱的服役狀況，一方面拔粧檢測屬于有損檢測 是破壞性的，對公路路基、邊坡造成破壞，且檢測效率低；另一方面這又會帶來二次埋深問 題，需要通過專用的拔粧和打粧機械裝置進行操作，同時需要大量人力物力投入，顯然這對 于需要進行大范圍、快速的高速公路立柱無損檢測不具有實際應用的可行性。為此面對大 范圍檢測需要，設計一種高效、快速、便捷無需拔粧的無損檢測方法顯得尤為重要。
[0004] 超聲導波因其單端激勵，長距離檢測，檢測效率高等特點，被廣泛應用于管道、錨 桿、鋼絞線等長類部件的無損檢測和結構健康監測。然而在護欄立柱的實際檢測和抽樣檢 查中發現，由于導波的頻散與多模態、埋地介質對導波傳播的衰減以及引入的噪聲等導致 回波信號信噪比低，僅利用檢測設備無法識別其中的有用信號。
【發明內容】
[0005] 本發明針對【背景技術】中現有技術的缺陷，提供了一種基于匹配追蹤算法的公路立 柱埋深無損檢測方法。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明通過下述技術方案得以解決：
[0007] 一種基于匹配追蹤算法的公路立柱埋深無損檢測方法，包括如下步驟：
[0008] (1)根據所測公路立柱的內外徑尺寸和材料，計算立柱導波頻散曲線，從而得到 相應檢測模態和頻率導波的傳播速度v ; (2)測得立柱上導波換能器距離地面高度h ; (3) 利用導波檢測設備對公路立柱進行檢測，得到導波檢測信號，根據先驗信息，去除初始盲 區信號和超過立柱長度的信號得到待匹配信號，設為：x(t) =R°x(t)，設Rkx(t)表示在原 子&上第k次的投影與k+1次殘差的線性疊加氣+ #+1x，殘差與投 影是正交的，其中匹配原子集{gT}為Gabor字典；（4)初始化殘差（導波）信號R°x = x， 最佳原子集V°為空集，設置迭代次數T (T > 0)，迭代計數c = 0 ; (5)在原子集{g T}上計 算內積{〈Rkx，g T >} T e r，使式：J 內積最大（即殘差最小），其 中最優比例因子a G (〇，1]，遍歷得到最佳匹配原子\+i e （6)更新迭代次數c = c+1和最佳原子集P+1 = P U {\+i}，計算Rkx在&+1上投影得到k+1次信號稀疏表示： W1 = 乂 +pAUri_+1〉\+1和新的殘差信號：浐' 二尤、(7)如果迭 代次數滿足c多T，則結束迭代；否則將k+1帶入k，重復執行步驟（5)_(7) ;(8)根據《JTG/ T D81-2006公路交通安全設施設計細則》得到所檢測公路立柱的先驗信息，從最佳原子集 7 = 〇中，判定出立柱端面回波的匹配原子&(8!￡，4!￡，4，(3!￡)}，將原子的時移參數4 !￡和 導波速度v帶入公式1 = vX y x/2-h，求得立柱埋置深度。
[0009] 作為一種優選方案，步驟（1)所述超聲導波采用T(0, 1)模態。
[0010] 作為一種優選方案，步驟（1)導波檢測頻率采用50KHz-150KHz。
[0011] 作為一種優選方案，步驟（1)所述超聲導波激勵信號為2-5個周期的調制正弦脈 沖信號。
[0012] 本發明由于采用了以上技術方案，具有如下的有益效果：
[0013] 1、本發明通過基于超聲導波技術進行公路立柱的無損檢測，利用匹配追蹤算法提 高檢測回波信號的檢測精度，可以實現對低信噪比的回波信號進行分析得到端面的回波位 置，完成公路立柱埋深是否達標的檢測目的，提高了導波檢測設備的檢測能力。
[0014] 2、本發明一種基于匹配追蹤算法的公路立柱埋深無損檢測方法提高了利用導波 檢查立柱的精確度和靈敏度，從而提高了的導波檢查的范圍，調高了檢測效率，具有重要的 實際應用價值。
[0015] 3、本發明可以有效利用現有國內外公路立柱檢測設備，采用比較經濟的檢測方 法，達到降低立柱定期檢修和盲目拔粧檢測帶來的巨大經濟成本，具有明顯的現實經濟意 義。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可 以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0017] 圖1為本發明一種基于匹配追蹤算法的公路立柱埋深無損檢測方法無損檢測流 程圖；
[0018] 圖2為本發明一種基于匹配追蹤算法的公路立柱埋深無損檢測方法漢寧窗調制 的5個周期正弦波脈沖激勵信號示意圖；
[0019] 圖3為本發明一種基于匹配追蹤算法的公路立柱埋深無損檢測方法立柱頻散曲 線圖；