一种基于匹配追踪算法的公路立柱埋深无损检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于匹配追踪算法的公路立柱埋深无损检测方法，涉及道路交通 安全设施无损检测领域。
【背景技术】
[0002] 交通运输作为推动国民经济和社会发展的基础行业、先行产业，在合理配置社会 资源、提高经济发展与社会服务等方面具有重要意义。公路护栏作为道路交通安全的重要 保障，在发生交通事故时能够有效减缓车速、防止车辆冲出路面或驶向对向车道从而造成 二次交通事故，被称为"驾驶员的最后一条安全带"。然而近年来，高速公路因其频发的道 路交通安全事故，其发展也已经成为社会之痛和令人瞩目的问题。2004年12月中央电视 台"焦点访谈"节目，专门对山西祁临高速公路护栏立柱埋入深度严重不足的问题作了专题 报道，引起了道路交通管理机构和全社会的广泛关注。2012年发生的25起重特大道路交 通事故中8起发生在高速公路。高速公路护栏作为保障公路交通安全和人员生命安全的重 要安全设施，能够有效减缓事故带来的灾难程度，在发生交通事故时，通过护栏板、立柱和 土壤来吸收车辆的冲激能量，阻止高速行驶的车辆冲出路外或驶过中央分隔带进入对向车 道，从而最大限度的减少人员生命安全和财产的损伤。护栏立柱作为发生交通事故时的主 要承载部分，其对车辆人员的防护主要由立柱的埋深和服役状况予以保障。
[0003] 然而伴随着高速公路的快速发展，由于不良施工单位偷工减料、施工不当等原因 导致的埋深不够，这些都成为了道路交通安全的巨大潜在隐患，因此对于在役立柱的埋深 检查，及早发现潜在隐患具有巨大的经济价值和重要的社会意义。由于高速公路立柱埋置 于地表之下属于隐蔽工程，因此无法通过直观观察来检测公路立柱埋地部分的的长度。目 前采用的常规做法主要还是通过拔粧检测立柱的服役状况，一方面拔粧检测属于有损检测 是破坏性的，对公路路基、边坡造成破坏，且检测效率低；另一方面这又会带来二次埋深问 题，需要通过专用的拔粧和打粧机械装置进行操作，同时需要大量人力物力投入，显然这对 于需要进行大范围、快速的高速公路立柱无损检测不具有实际应用的可行性。为此面对大 范围检测需要，设计一种高效、快速、便捷无需拔粧的无损检测方法显得尤为重要。
[0004] 超声导波因其单端激励，长距离检测，检测效率高等特点，被广泛应用于管道、锚 杆、钢绞线等长类部件的无损检测和结构健康监测。然而在护栏立柱的实际检测和抽样检 查中发现，由于导波的频散与多模态、埋地介质对导波传播的衰减以及引入的噪声等导致 回波信号信噪比低，仅利用检测设备无法识别其中的有用信号。
【发明内容】
[0005] 本发明针对【背景技术】中现有技术的缺陷，提供了一种基于匹配追踪算法的公路立 柱埋深无损检测方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
[0007] 一种基于匹配追踪算法的公路立柱埋深无损检测方法，包括如下步骤：
[0008] (1)根据所测公路立柱的内外径尺寸和材料，计算立柱导波频散曲线，从而得到 相应检测模态和频率导波的传播速度v ; (2)测得立柱上导波换能器距离地面高度h ; (3) 利用导波检测设备对公路立柱进行检测，得到导波检测信号，根据先验信息，去除初始盲 区信号和超过立柱长度的信号得到待匹配信号，设为：x(t) =R°x(t)，设Rkx(t)表示在原 子&上第k次的投影与k+1次残差的线性叠加气+ #+1x，残差与投 影是正交的，其中匹配原子集{gT}为Gabor字典；（4)初始化残差（导波）信号R°x = x， 最佳原子集V°为空集，设置迭代次数T (T > 0)，迭代计数c = 0 ; (5)在原子集{g T}上计 算内积{〈Rkx，g T >} T e r，使式：J 内积最大（即残差最小），其 中最优比例因子a G (〇，1]，遍历得到最佳匹配原子\+i e （6)更新迭代次数c = c+1和最佳原子集P+1 = P U {\+i}，计算Rkx在&+1上投影得到k+1次信号稀疏表示： W1 = 乂 +pAUri_+1〉\+1和新的残差信号：浐' 二尤、(7)如果迭 代次数满足c多T，则结束迭代；否则将k+1带入k，重复执行步骤（5)_(7) ;(8)根据《JTG/ T D81-2006公路交通安全设施设计细则》得到所检测公路立柱的先验信息，从最佳原子集 7 = 〇中，判定出立柱端面回波的匹配原子&(8!￡，4!￡，4，(3!￡)}，将原子的时移参数4 !￡和 导波速度v带入公式1 = vX y x/2-h，求得立柱埋置深度。
[0009] 作为一种优选方案，步骤（1)所述超声导波采用T(0, 1)模态。
[0010] 作为一种优选方案，步骤（1)导波检测频率采用50KHz-150KHz。
[0011] 作为一种优选方案，步骤（1)所述超声导波激励信号为2-5个周期的调制正弦脉 冲信号。
[0012] 本发明由于采用了以上技术方案，具有如下的有益效果：
[0013] 1、本发明通过基于超声导波技术进行公路立柱的无损检测，利用匹配追踪算法提 高检测回波信号的检测精度，可以实现对低信噪比的回波信号进行分析得到端面的回波位 置，完成公路立柱埋深是否达标的检测目的，提高了导波检测设备的检测能力。
[0014] 2、本发明一种基于匹配追踪算法的公路立柱埋深无损检测方法提高了利用导波 检查立柱的精确度和灵敏度，从而提高了的导波检查的范围，调高了检测效率，具有重要的 实际应用价值。
[0015] 3、本发明可以有效利用现有国内外公路立柱检测设备，采用比较经济的检测方 法，达到降低立柱定期检修和盲目拔粧检测带来的巨大经济成本，具有明显的现实经济意 义。
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明一种基于匹配追踪算法的公路立柱埋深无损检测方法无损检测流 程图；
[0018] 图2为本发明一种基于匹配追踪算法的公路立柱埋深无损检测方法汉宁窗调制 的5个周期正弦波脉冲激励信号示意图；
[0019] 图3为本发明一种基于匹配追踪算法的公路立柱埋深无损检测方法立柱频散曲 线图；