极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统及其实施方法技术方案

本发明专利技术提供了一种极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统及其实施方法，所述识别系统包括数据采集系统、数据预处理平台、极点特征聚类分析平台和输出平台。本发明专利技术提供的极点特征聚类分析设计方案，实现了公路隐藏病害的自动识别，有效解决了地质雷达无损检测中回波数据量大、人工解读困难等问题。本发明专利技术采用奇异值分解方法对回波信号进行降维，而且去除了噪声干扰。同时，本发明专利技术通过解卷积过程获取目标的冲激响应，实现了标识目标属性的极点特征提取，对不同属性目标进行聚类分析，构建了极点特征数据库，有效识别了不同介电属性的公路隐藏病害，解决了地质雷达数据解析难以实现自动化的问题。

Road hidden disease identification system based on pole feature clustering and its implementation method

【技术实现步骤摘要】
极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统及其实施方法
本专利技术涉及信号处理
，尤其涉及一种极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统及其实施方法。
技术介绍
随着我国交通基础建设的迅速发展，公路里程不断增大，而由于公路在使用过程中受荷载作用、气候条件变化、地下工程施工等的影响，使得公路出现疏松、裂缝、空洞等隐藏病害，若不引起重视，将逐步发展成道路坍塌，危害人民的生命财产安全。目前对公路下隐藏病害的无损探测主要依赖于探地雷达(GPR)技术，即向地下空间发射高频电磁波，利用地下物体与环境之间的介电差异对接收回波进行处理，提取地下介质分布情况。应用最广泛的GPR探测技术主要是基于B-Scan扫描，通常得到的扫描图像是基于同一场景的多方位多角度测量，并根据周围介电环境重构目标像从而得到目标的相对位置，但是并不能通过信号幅值或双曲线峰值区分不同材质的目标。而且仅通过B-scan图像很难对目标进行精确的解析，识别难度大，主观因素高。近年来，开始有学者将人工智能技术用在探地雷达公路病害检测中。如建立人工神经网络多层模型，用于道路病害的自动诊断；利用深度字典本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统，其特征在于，包括数据采集平台、数据预处理平台、极点特征聚类分析平台和输出平台；/n所述数据采集平台包括地质雷达、雷达支架、数据采集控制装置，所述地质雷达通过车载方式或者悬挂方式设置在所述数据采集平台上，以使所述地质雷达与地面之间形成预设距离，所述数据采集平台形成平面波信号对病害数据进行采集；/n所述数据预处理平台包括滤波模块、自适应增益调整模块、奇异值降维模块，所述数据预处理平台对所述病害数据进行初步处理，获取奇异值分解的特征向量和特征值；/n所述极点特征聚类分析平台包括特征空间模型模块、聚类算法模块、极点特征数据库模块，所述极点特征聚类分析平台使用...

【技术特征摘要】
1.一种极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统，其特征在于，包括数据采集平台、数据预处理平台、极点特征聚类分析平台和输出平台；
所述数据采集平台包括地质雷达、雷达支架、数据采集控制装置，所述地质雷达通过车载方式或者悬挂方式设置在所述数据采集平台上，以使所述地质雷达与地面之间形成预设距离，所述数据采集平台形成平面波信号对病害数据进行采集；
所述数据预处理平台包括滤波模块、自适应增益调整模块、奇异值降维模块，所述数据预处理平台对所述病害数据进行初步处理，获取奇异值分解的特征向量和特征值；
所述极点特征聚类分析平台包括特征空间模型模块、聚类算法模块、极点特征数据库模块，所述极点特征聚类分析平台使用最优特征值与特征向量重构回波信号，从中提取冲激响应，根据所述冲激响应计算极点，构建极点特征空间，通过聚类算法获得不同病害的特征空间分布信息，建立极点特征数据库；
所述输出平台显示病害识别界面，输出病害在极点特征空间之中的聚类类别和介电属性。


2.根据权利要求1所述的极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统，其特征在于，所述数据采集平台还包括车载装置、里程标定装置，所述车载装置的内部设置有容纳空间，所述容纳空间用于放置数据采集与处理系统，各个装置之间使用螺钉进行连接与固定，所述里程标定装置固定设置在轮胎上，所述雷达支架与所述车载装置使用螺钉进行连接与固定，所述雷达支架与所述地质雷达使用塑料螺钉进行连接与固定。


3.根据权利要求1所述的极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统，其特征在于，所述滤波模块用于滤除高频杂波，保留中心频率附近的回波数据；
所述自适应增益调整模块用于根据整体回波能量调整回波之中各个部分的增益，增强目标回波部分的增益，减弱直达波部分的增益；
所述奇异值降维模块用于对信号进行奇异值分解，选择最优特征值和对应的特征向量。


4.根据权利要求1所述的极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统，其特征在于，所述平面波到达地面的覆盖面积的计算公式如下：
s＝(a+2×0.7×tanθ)×(b+2×0.7tanθ)(1)
其中，a为雷达的长，b为雷达的宽，θ为雷达天线波瓣角度。


5.根据权利要求1所述的极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统，其特征在于，所述地质雷达与地面之间的预设距离为29厘米至50厘米，或者所述地质雷达与地面之间的预设距离为70厘米至79厘米。


6.一种极点特征聚类的公路隐藏病害识别系统的实施方法，其特征在于，所述识别系统包括数据采集平台、数据预处理平台、极点特征聚类分析平台和输出平台，所述数据采集平台包括地质雷达、雷达支架、数据采集控制装置，所述数据预处理平台包括滤波模块、自适应增益调整模块、奇异值降维模块，所述极点特征聚类分析平台包括特征空间模型模块、聚类算法模块、极点特征数据库模块；
所述实施方法包括：
所述地质雷达通过车载方式或者悬挂方式设置在所述数据采集平台上，以使所述地质雷达与地面之间形成预设距离，所述数据采集平台形成平面波信号对病害数据进...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丽军，刘博，吴宏涛，孟颖，孙贝，薛春明，周晓旭，梁玉荣，段英杰，李永胜，刘晓，霍尚斌，于明汇，
申请(专利权)人：山西省交通科技研发有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14