本發(fā)明涉及應(yīng)力波探測的，尤其涉及橋梁水下樁基應(yīng)力波探測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水下樁基的穩(wěn)定性對橋梁的安全至關(guān)重要，傳統(tǒng)的檢查方法難以在水下進行，因此需要高效的非破壞性檢測技術(shù)，應(yīng)力波探測利用聲波或超聲波在樁基中的傳播來評估其結(jié)構(gòu)完整性，檢測裂紋、缺陷或材料退化，水下環(huán)境復(fù)雜，波動對探測結(jié)果有影響，需要特定的設(shè)備和技術(shù)來適應(yīng)水下探測的條件。

2、目前，在公開號為cn110487917a的中國發(fā)明專利一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)力波檢測與分析系統(tǒng)中，提出一種基于機器學習的應(yīng)力波檢測與分析的系統(tǒng)，支持主動維修，可以更及時有效地對設(shè)備故障進行發(fā)現(xiàn)并處理，降低維修和更換設(shè)備的成本，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以幫助對應(yīng)力波信號所反映的設(shè)備健康狀態(tài)、故障類型做出更自動化、智能化的判斷，增加裝置的適用性，但是現(xiàn)有技術(shù)不能實現(xiàn)專門對有液體阻礙的橋梁樁基的個性化探測，無法對水下橋梁樁基的異常狀況進行細致的位置探測、完整的異常分類和異常效果輕重檢測，從而不能夠節(jié)約成本，快速對異常情況進行對癥處理。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有技術(shù)不能實現(xiàn)專門對有液體阻礙的橋梁樁基的個性化探測，無法對水下橋梁樁基的異常狀況進行細致的位置探測、完整的異常分類和異常效果輕重檢測，從而不能夠節(jié)約成本，快速對異常情況進行對癥處理。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：橋梁水下樁基應(yīng)力波探測系統(tǒng)，包括發(fā)射模塊、接收模塊、計算模塊和分析模塊；

3、所述發(fā)射模塊利用聲吶發(fā)射水下聲波，采集水下聲波的推水形狀和聲源深度等級對應(yīng)的衍射圖像；

4、所述接收模塊用于接受反射聲波，并對所述反射聲波進行預(yù)處理；

5、所述計算模塊用于計算水下不同應(yīng)力波的特性，繪制所有聲波在所述橋梁的水下樁基內(nèi)部的應(yīng)力波圖像；

6、所述分析模塊根據(jù)所述應(yīng)力波圖像對所述橋梁的水下樁基進行層級分析，設(shè)計置信度模擬計算，對所述計算模塊得到的應(yīng)力波特性進行歷史對比探測，得到不同應(yīng)力波對應(yīng)的橋梁樁基的異常情況。

7、優(yōu)選地，所述發(fā)射模塊包括：

8、調(diào)整聲吶的發(fā)射頻率和波束寬度，按預(yù)設(shè)定頻率發(fā)射聲波，所述預(yù)設(shè)定頻率根據(jù)頻率大小設(shè)為第一發(fā)射頻率~第n發(fā)射頻率，其中n＞1，采集聲波在水下傳播時穿透不同水層產(chǎn)生的衍射波信息，所述衍射波信息包括所述衍射波產(chǎn)生的水深位置、衍射波長和衍射波信號。

9、優(yōu)選地，所述接收模塊包括利用聲吶接收器接收反射回來的應(yīng)力波信號，記錄反射聲波的強度和到達時間。

10、優(yōu)選地，所述計算模塊包括特征提取單元和圖像繪制單元：

11、所述特征提取單元包括：

12、對采集到的應(yīng)力波信號提取詳細信息，所述詳細信息包括傳播路徑、反射角度和衍射模式，將所述詳細信息進行標準化處理后輸入卷積層，從所述詳細信息中提取出詳細信息特征數(shù)據(jù)。

13、優(yōu)選地，所述圖像繪制單元包括：

14、將反射應(yīng)力波信號、衍射波信號和發(fā)射應(yīng)力波信號轉(zhuǎn)化為圖像數(shù)據(jù)的方法包括：

15、將采集到的反射應(yīng)力波信號、衍射波信號和發(fā)射應(yīng)力波信號轉(zhuǎn)換為離散信號，利用濾波器去除噪聲和不需要的頻率成分，提取反射聲波和衍射波的關(guān)鍵特征，所述關(guān)鍵特征包括信號幅度、時間延遲和頻率成分，根據(jù)聲速和信號傳播時間，將信號轉(zhuǎn)換為距離，形成時間-距離圖，根據(jù)傅里葉變換將時間域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，結(jié)合所述關(guān)鍵特征生成頻譜圖，根據(jù)所述時間-距離圖和頻譜圖利用圖像生成軟件生成所述反射應(yīng)力波信號、衍射波信號和發(fā)射應(yīng)力波信號的a-scan圖，通過掃描同一應(yīng)力波信號的多個a-scan圖像，生成b-scan圖像和c-scan圖像，結(jié)合多個所述b-scan圖像生成三維圖像。

16、優(yōu)選地，所述分析模塊包括圖像處理單元、模擬計算單元、對比探測單元和樁基影響單元：

17、所述圖像處理單元包括：

18、根據(jù)所述計算模塊得到的三維圖像，利用三維繪圖軟件建立所述橋梁的水下樁基的三維立體圖結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)所述反射應(yīng)力波信號和發(fā)射應(yīng)力波信號的b-scan圖像和c-scan圖像，將所述橋梁樁基橫截面利用柵格法分割為網(wǎng)格圖形，并用三維直角坐標系表示，在橋梁樁基的異常數(shù)據(jù)對應(yīng)位置進行異常標記，所述異常數(shù)據(jù)包括應(yīng)力波信號所有圖像中的異常值；

19、對所述異常標記位置對應(yīng)的異常值根據(jù)所述詳細信息特征數(shù)據(jù)進行k-means聚類，得到第一異常特征類型~第m異常特征類型，其中m＞1，將所述橋梁樁基的三維立體圖結(jié)構(gòu)模型的尺寸、網(wǎng)格尺寸、異常標記位置的聲波強度和異常標記位置的坐標進行歸一化處理后導(dǎo)入lti路徑正演算法模型，得到路徑正演計算結(jié)果，所述路徑正演計算結(jié)果包括：

20、應(yīng)力波信號的路徑聚集和路徑空白現(xiàn)象，所述路徑聚集現(xiàn)象為第一異常區(qū)現(xiàn)象，所述路徑空白現(xiàn)象為第二異常區(qū)現(xiàn)象，將所述路徑正演計算結(jié)果作為第一圖像探測效果。

21、優(yōu)選地，將所述橋梁樁基的三維立體圖結(jié)構(gòu)模型的尺寸、網(wǎng)格尺寸、異常標記位置的聲波強度和異常標記位置的坐標進行歸一化處理后導(dǎo)入irt速度場反演算法模型計算得到所述橋梁樁基的三維立體圖結(jié)構(gòu)模型的剖析面層析成像結(jié)果，將所述剖析面層析成像結(jié)果拼接組合為三維直方圖形式，得到所述橋梁樁基的三維立體圖結(jié)構(gòu)模型的整體層析成像結(jié)果，根據(jù)所述整體層析成像結(jié)果中的顏色分布得到所述橋梁樁基的詳細異常輕重效果，將所述詳細異常輕重效果作為第二圖像探測效果。

22、優(yōu)選地，所述模擬計算單元包括：

23、將所述第一圖像探測效果和第二圖像探測效果通過置信度模擬計算，得到所述橋梁樁基的異常聲波強度置信區(qū)間，所述異常聲波強度置信區(qū)間代表所述橋梁樁基內(nèi)部質(zhì)量檢測情況，置信度模擬模型計算過程包括：

24、將所述第一圖像探測效果和第二圖像探測效果對應(yīng)的異常特征類型作為統(tǒng)計樣本進行統(tǒng)計分析，所述統(tǒng)計分析包括均值計算和標準差計算，分別得到所述反射應(yīng)力波信號強度的均值及標準差，設(shè)定正常應(yīng)力波信號閾值，計算所述反射應(yīng)力波信號的置信度預(yù)測區(qū)間，計算所述置信度預(yù)測區(qū)間的數(shù)學表達式為：

25、；

26、其中，為置信區(qū)間，a為按照概率分布類型對應(yīng)的統(tǒng)計參量，為反射應(yīng)力波信號強度的均值，σ為反射應(yīng)力波信號強度的標準差，a為正常反射應(yīng)力波信號閾值，所述概率分布類型包括正態(tài)分布、二項分布、泊松分布和均勻分布；

27、高于或低于所述置信度預(yù)測區(qū)間的反射應(yīng)力波信號強度均為異常聲波，將對應(yīng)的異常聲波強度記錄于對應(yīng)的異常標記位置上；

28、所述異常聲波的異常特征類型也記錄于對應(yīng)的異常標記位置上；

29、當所述橋梁樁基的三維立體圖結(jié)構(gòu)模型的整體層析成像結(jié)果中被劃分的網(wǎng)格數(shù)量大于預(yù)設(shè)的劃分閾值時，按照概率分布類型選擇統(tǒng)計參量；

30、若a越小，則統(tǒng)計參量a越大，置信度預(yù)測區(qū)間越高，第二異常區(qū)異?，F(xiàn)象越少；

31、若a越大，則統(tǒng)計參量a越小，置信度預(yù)測區(qū)間越低，第二異常區(qū)異?，F(xiàn)象越多。

32、優(yōu)選地，所述對比探測單元包括：

33、采集歷史橋梁樁基的水下部分三維立體圖結(jié)構(gòu)模型和接收到的歷史應(yīng)力波信號數(shù)據(jù)，所述歷史應(yīng)力波信號數(shù)據(jù)包括反射應(yīng)力波信號、衍射波信號和發(fā)射應(yīng)力波信號的頻譜圖和聲波強度，將當前測出的所述第一圖像探測效果和第二圖像探測效果與根據(jù)歷史應(yīng)力波信號數(shù)據(jù)通過所述計算模塊、圖像處理單元和模擬計算單元相對比，得到當前橋梁樁基與歷史橋梁樁基水下部分的區(qū)別特征，所述區(qū)別特征包括未檢測出的橋梁樁基異常情況，將未檢測出的橋梁樁基異常情況通過所述圖像處理單元和模擬計算單元，得到第三圖像探測效果。

34、優(yōu)選地，所述樁基影響單元包括：

35、將第三圖像探測效果包括的除第一圖像探測效果和第二圖像探測效果之外的探測效果對應(yīng)的異常特征類型進行k-means聚類，得到第m+1異常特征類型~和第k異常特征類型，其中k＞m+1，m＞1；

36、將所述異常標記位置記錄的第一圖像探測效果、第二圖像探測效果、第三圖像探測效果和對應(yīng)的異常特征類型記錄為字典形式，將所述字典形式的地址的指針指向所述異常標記位置的三維坐標存放的內(nèi)存地址位置，設(shè)置鏈式隊列頭節(jié)點分別為第一異常特征類型~第m異常特征類型~第k異常特征類型，將所有異常標記位置的三維坐標存放的內(nèi)存地址位置分別與對應(yīng)的鏈式隊列頭節(jié)點組成鏈式隊列形式；

37、所有異常特征類型分別代表一個橋梁樁基影響效果，所述橋梁樁基影響效果包括材料缺陷、樁基結(jié)構(gòu)缺陷和水下生物附著腐蝕。

38、本發(fā)明的有益效果：實現(xiàn)專門對有液體阻礙的橋梁樁基的個性化探測，對水下橋梁樁基的異常狀況進行細致的位置探測、完整的異常分類和異常效果輕重檢測，從而能夠節(jié)約成本，快速對異常情況進行對癥處理。